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1、电磁兼容原理及应用第一章第一章 电磁环境与电磁兼容电磁环境与电磁兼容劲舞团SF 华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院1 电磁环境电磁环境：电磁环境：利用电能进行工作的各种电气和电子设备，与利用电能进行工作的各种电气和电子设备，与设备的供电电源、设备的负载、周围的其它电设备的供电电源、设备的负载、周围的其它电气或电子设备、设备操作者或设备为之提供服气或电子设备、设备操作者或设备为之提供服务的人、甚至其它有生命的物质等一起，形成务的人、甚至其它有生命的物质等一起，形成了特定的工作环境。了特定的工作环境。电气、电子设备在运行中大都会经历电磁能量电气、电子设备在运行中大都会经
2、历电磁能量转换的过程，而电磁能量转换过程往往会对周转换的过程，而电磁能量转换过程往往会对周围环境中的其他用电设备、人或生物产生影响。围环境中的其他用电设备、人或生物产生影响。运行中的电气电子设备，也会由于其他设备工运行中的电气电子设备，也会由于其他设备工作时产生电磁能量转换而受到电磁干扰。作时产生电磁能量转换而受到电磁干扰。 电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用1 电磁环境问题与现象：问题与现象：上世纪上世纪5050年代开始，随着自动化年代开始，随着自动化技术和电力电子器件的快速发展，电力电子技技术和电力电子器件的快速发展，电力电子技术的兴起和微电子技术发展
3、迅速向电气设备领术的兴起和微电子技术发展迅速向电气设备领域渗透，形成电气设备和电子设备结合、强电域渗透，形成电气设备和电子设备结合、强电和弱电结合、机械和电气结合、仪表和装置结和弱电结合、机械和电气结合、仪表和装置结合、硬件和软件结合的各种复杂控制系统，而合、硬件和软件结合的各种复杂控制系统，而且在结构上也往往融为一体，同一电网中的用且在结构上也往往融为一体，同一电网中的用电设备越来越多，产生日趋复杂和严重的电磁电设备越来越多，产生日趋复杂和严重的电磁环境和电磁干扰问题。环境和电磁干扰问题。 电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用1 电磁环境问题与现象：问题与
4、现象：除了电气电子设备在运行时由于除了电气电子设备在运行时由于发生电磁能力转换过程可以产生电磁干扰现象发生电磁能力转换过程可以产生电磁干扰现象外，自然现象中也有产生电磁干扰的情况，如：外，自然现象中也有产生电磁干扰的情况，如：静电放电、闪电等现象产生的电子扰动也会引静电放电、闪电等现象产生的电子扰动也会引起电子设备的非正常响应，雷电产生的强大电起电子设备的非正常响应，雷电产生的强大电流甚至影响建筑和人的安全。流甚至影响建筑和人的安全。电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用1 电磁环境电磁干扰基本种类电磁干扰基本种类：自然干扰自然干扰来源于地球和宇宙中的自然电磁
5、现象，如：来源于地球和宇宙中的自然电磁现象，如：宇宙干扰、雷电干扰、大气干扰、热噪声，等宇宙干扰、雷电干扰、大气干扰、热噪声，等人为干扰人为干扰来自于有意发射干扰源和无意发射干扰源：来自于有意发射干扰源和无意发射干扰源：有意发射干扰源：有意发射干扰源：专用于辐射电磁能的设备，如广播、电视、专用于辐射电磁能的设备，如广播、电视、通信、雷达、导航等发射设备，通过向空间发射有用信通信、雷达、导航等发射设备，通过向空间发射有用信号的电磁能量来工作，而对于不需要这些信号的电子设号的电磁能量来工作，而对于不需要这些信号的电子设备或系统将构成干扰。备或系统将构成干扰。无意发射干扰源：无意发射干扰源：发射电磁
6、能力不是其工作的主要目的。如发射电磁能力不是其工作的主要目的。如汽车的点火系统、各种不同的用电装置、电力电子装置、汽车的点火系统、各种不同的用电装置、电力电子装置、电机传动系统、照明装置、高压电力线、科学和医用设电机传动系统、照明装置、高压电力线、科学和医用设备，静电放电，核爆炸电磁脉冲，等。备，静电放电，核爆炸电磁脉冲，等。 电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用1 电磁环境图图1-1 具有多重电磁干扰的生活环境具有多重电磁干扰的生活环境雷达和电视台雷电电力传输线移动电台电机传导噪声交流供电电路点火电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用电气与电子工程学院电磁兼
7、容原理及应用1 电磁环境电磁环境基本概念电磁环境基本概念：电子设备发射出来的电磁干扰具有一定的危害性电子设备发射出来的电磁干扰具有一定的危害性降低电子元件的工作寿命，强度较大的电磁降低电子元件的工作寿命，强度较大的电磁干扰可以击穿电子设备，导致元件及整个系统的干扰可以击穿电子设备，导致元件及整个系统的损坏；影响电子系统的信号，使其信噪比降低，损坏；影响电子系统的信号，使其信噪比降低，影响系统的正常工作；对信息安全与信息保密构影响系统的正常工作；对信息安全与信息保密构成严重威胁；引起人体细胞的生物效应，出现头成严重威胁；引起人体细胞的生物效应，出现头晕、乏力、记忆力减退等现象，严重时会导致人晕、
8、乏力、记忆力减退等现象，严重时会导致人体慢性病变。体慢性病变。 某些情况下，例如军事上，电磁环境的这一复杂某些情况下，例如军事上，电磁环境的这一复杂特性又可以被利用来形成对敌方的干扰。特性又可以被利用来形成对敌方的干扰。 电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用1 电磁环境公共接地阻抗耦合场电缆共模耦合场导线差模耦合线线串扰电源线耦合天线耦合共模差模转换共模差模转换电源噪声抑制接收机被干扰设备故障噪声：电场磁场电压电流图图1-2 电磁干扰从干扰源经耦合通道到接收机的流程图电磁干扰从干扰源经耦合通道到接收机的流程图电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用电气与电子工程
9、学院电磁兼容原理及应用2 电磁兼容的基本概念1 1 电磁兼容：磁兼容：（E1ectromagnetic Compatibility，简写为EMC） 电与磁是不可分割，相互共存的一种物理现象 、物理环境；“电磁兼容”意味着：干扰可以在不损坏信息的前提下与有用信号共存； GB/T4765-1995电磁兼容术语确切定义：电磁兼容是指：设备或系统在其电磁环境中能正常工作，且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。 电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用2 电磁兼容的基本概念1 1 电磁兼容磁兼容的定义中包含着两层意义的定义中包含着两层意义：一是设备要有一定的
10、抗电磁干扰能力，使其在电磁环境中能正常工作；二是设备工作中自身产生的电磁骚扰应抑制在一定水平下，不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰。 电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用2 电磁兼容的基本概念2 2 电磁兼容技磁兼容技术的的发展：展：国外发展水平国内发展水平 EMC是一门独立的学科，随着电磁能量利用的是一门独立的学科，随着电磁能量利用的发展，它的研究将有利于预测并控制变化着的发展，它的研究将有利于预测并控制变化着的地球和天体周围的电磁环境、为了协调环境所地球和天体周围的电磁环境、为了协调环境所采取控制方法、各项电气规程的制定以及电磁采取控制方法、各
11、项电气规程的制定以及电磁环境的协调和电磁能量的合理应用等。环境的协调和电磁能量的合理应用等。 电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用3 基本术语1 1 噪噪声和干和干扰 2 2 电磁干扰三要素电磁干扰三要素3 3 电磁发射电磁发射4 4 电磁骚扰电磁骚扰5 5 电磁干扰电磁干扰6 6 电磁噪声电磁噪声7 7 电磁脉冲电磁脉冲8 8 静电放电静电放电9 9 电磁辐射电磁辐射 10 10 带宽带宽 11 11 宽带发射宽带发射 12 12 窄带发射窄带发射 13 13 串扰串扰 14 14 共模共模 15 15 差模差模 16 16 敏感性敏感性 17 17 骚扰
12、限值骚扰限值 18 18 信噪比信噪比19 19 耦合路径耦合路径 电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用3 基本术语20 20 滤波滤波 21 21 屏蔽屏蔽22 22 电磁屏蔽电磁屏蔽 23 23 屏蔽效率屏蔽效率 24 24 搭接搭接 25 25 接地接地26 26 吸收损耗吸收损耗 27 27 反射损耗反射损耗28 28 线路阻抗稳定网络线路阻抗稳定网络29 29 传输阻抗传输阻抗 其其它电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用4 电磁噪声和干扰的常用描述方式1 噪声频谱和功率噪声频谱和功率2 噪声温度噪声温度3 信噪比
13、信噪比S/N 4 噪声系数噪声系数NF 5 电磁干扰发送量和电磁干扰敏感度电磁干扰发送量和电磁干扰敏感度电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用5 电磁兼容研究的主要内容电磁兼容研究的主要内容 (1) 电磁环境评估电磁环境评估 (2) 电磁兼容标准研究电磁兼容标准研究 (3) 电磁干扰的研究电磁干扰的研究 l干扰源的探讨干扰源的探讨l电磁干扰耦合路径分析电磁干扰耦合路径分析l抗扰性评价抗扰性评价 (4) 电磁干扰测试的研究电磁干扰测试的研究(5)电磁兼容设计方法和控制技术研究电磁兼容设计方法和控制技术研究(6) 其它其它 l电能质量电能质量 l电磁干扰诊断电磁干扰诊断 l电磁场生态影响电磁场生态影响电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用5 电磁兼容研究的主要内容电磁兼容研究的主要内容 电磁干扰诊断电磁干扰诊断复杂电磁环境复杂电磁环境图图1-4 信息系统复杂的电磁环境信息系统复杂的电磁环境电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用电气与电子工程学院电磁兼容原理及应用
