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1、Electromagnetic Compatibility Fundamentals2016-2017-01学期学期电磁兼容基础电磁兼容基础11.1 电磁环境电磁环境1.2 电磁干扰电磁干扰1.3 电磁兼容电磁兼容1.4 电力系统电磁兼容电力系统电磁兼容1.5 电尺寸、单位电尺寸、单位1.6 电磁骚扰源电磁骚扰源1.7 课程计划课程计划第一讲第一讲 绪论绪论21.1 电磁环境电磁环境存在于给定场所的所有电磁现象的总和。存在于给定场所的所有电磁现象的总和。31.1 电磁环境电磁环境41.1 电磁环境电磁环境在在5050年代年代, ,一部一部50W50W的短波电台通信距离可达的短波电台通信距离可达
2、1000km;1000km;到了到了8080年年代代, ,一部一部250W250W的短波电台通信距离一般小于的短波电台通信距离一般小于500km500km。其根本原。其根本原因是因是8080年代电磁干扰比年代电磁干扰比5050年代增强了许多倍。现代社会日益年代增强了许多倍。现代社会日益增多的电磁干扰正在侵入地球空间的各个角落增多的电磁干扰正在侵入地球空间的各个角落, ,像毒雾般污染像毒雾般污染无线电频谱资源。无线电信号首当其冲地受到电磁干扰的危无线电频谱资源。无线电信号首当其冲地受到电磁干扰的危害害, ,受害规模越来越大。受害规模越来越大。51.1 电磁环境电磁环境常用家电的常用家电的电场电场
3、测试数据，来自于世界卫生组织测试数据，来自于世界卫生组织http:/www.who.int/peh-emf/about/WhatisEMF/en/index3.htmlhttp:/www.who.int/peh-emf/about/WhatisEMF/en/index3.html61.1 电磁环境电磁环境常用家电的常用家电的磁场磁场测试数据，来自于世界卫生组织测试数据，来自于世界卫生组织71.1 电磁环境电磁环境人体的电磁场暴露限值人体的电磁场暴露限值-工频工频81.1 电磁环境电磁环境人体的电磁场暴露限值人体的电磁场暴露限值-射频，射频，IEEE C95.1 标准标准91.1 电磁环境电磁环
4、境某某500kV500kV变电站变电站 35kV35kV电抗器附近的低频电磁场电抗器附近的低频电磁场101.1 电磁环境电磁环境某某500kV500kV变电站变电站 35kV35kV电抗器附近的低频电磁场电抗器附近的低频电磁场111.2 电磁干扰电磁干扰电磁骚扰电磁骚扰：任何可能引起装置、设备或系统性能降低或对有生命或无生命物：任何可能引起装置、设备或系统性能降低或对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。质产生损害作用的电磁现象。电磁干扰电磁干扰：电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。：电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。事件事件1 英国谢菲尔德号导弹驱逐舰的惨剧英国谢菲
5、尔德号导弹驱逐舰的惨剧英阿马岛战争中英阿马岛战争中 ，英国谢菲，英国谢菲尔德号导弹驱逐舰上的雷达和尔德号导弹驱逐舰上的雷达和通信系统互相干扰，为了确保通信系统互相干扰，为了确保通信不受干扰而暂时关闭了本通信不受干扰而暂时关闭了本舰雷达，导致没有及时发现来舰雷达，导致没有及时发现来袭的飞鱼导弹，造成舰毁人亡袭的飞鱼导弹，造成舰毁人亡的后果。的后果。121.2 电磁干扰电磁干扰事件事件2 民兵民兵导弹的飞行故障导弹的飞行故障 19621962年，民兵年，民兵导弹进行实弹导弹进行实弹飞行试验时，前两次都失败了，飞行试验时，前两次都失败了，故障现象相似，都是在第故障现象相似，都是在第级级发动机关机前炸
6、毁了，一个高发动机关机前炸毁了，一个高度为度为7.6km7.6km，另一个为，另一个为21.8km21.8km，炸毁前，用于制导的计算机，炸毁前，用于制导的计算机都受到了脉冲干扰。经过分析都受到了脉冲干扰。经过分析和试验，发现故障是由于导弹和试验，发现故障是由于导弹飞行到一定高度时，在相互绝飞行到一定高度时，在相互绝缘的弹头和弹体之间发生了静缘的弹头和弹体之间发生了静电放电，使导弹提前爆炸。电放电，使导弹提前爆炸。 131.2 电磁干扰电磁干扰事件事件3 广州白云机场的导航系统受到严重的干扰广州白云机场的导航系统受到严重的干扰 2002 2002年年1 1月月2020日，广州白云机场由于附近无
7、线寻呼台发射机群日，广州白云机场由于附近无线寻呼台发射机群信号的干扰（互调、带外辐射），迫使导航系统关闭通信扇面，导信号的干扰（互调、带外辐射），迫使导航系统关闭通信扇面，导致大量的飞机在空中盘旋等待，使九十多架航班延误，致大量的飞机在空中盘旋等待，使九十多架航班延误，60006000多旅客多旅客滞留机场。类似事件我国已发生多起。滞留机场。类似事件我国已发生多起。141.2 电磁干扰电磁干扰事件事件4 干扰器影响汽车遥控锁门干扰器影响汽车遥控锁门 某派出所民警在夜间巡逻时，发现三个鬼鬼祟祟的黑影，手里拿着两个遥控器，某派出所民警在夜间巡逻时，发现三个鬼鬼祟祟的黑影，手里拿着两个遥控器，某派出所
8、民警在夜间巡逻时，发现三个鬼鬼祟祟的黑影，手里拿着两个遥控器，某派出所民警在夜间巡逻时，发现三个鬼鬼祟祟的黑影，手里拿着两个遥控器，对着一辆车狂按。此时此刻，车主恰好下车，正背对三人锁车。对着一辆车狂按。此时此刻，车主恰好下车，正背对三人锁车。对着一辆车狂按。此时此刻，车主恰好下车，正背对三人锁车。对着一辆车狂按。此时此刻，车主恰好下车，正背对三人锁车。民警民警民警民警“欲擒故纵欲擒故纵欲擒故纵欲擒故纵”，没有直接抓捕，而是暗中观察。三人一看车主离去，两个，没有直接抓捕，而是暗中观察。三人一看车主离去，两个，没有直接抓捕，而是暗中观察。三人一看车主离去，两个，没有直接抓捕，而是暗中观察。三人一
9、看车主离去，两个望风，一个拉开车门，一头钻了进去望风，一个拉开车门，一头钻了进去望风，一个拉开车门，一头钻了进去望风，一个拉开车门，一头钻了进去随即，民警将三人合围，三偷盗车内财物随即，民警将三人合围，三偷盗车内财物随即，民警将三人合围，三偷盗车内财物随即，民警将三人合围，三偷盗车内财物的疑犯就此落网。的疑犯就此落网。的疑犯就此落网。的疑犯就此落网。 经审讯，三疑犯交代，他们在网上买来经审讯，三疑犯交代，他们在网上买来经审讯，三疑犯交代，他们在网上买来经审讯，三疑犯交代，他们在网上买来2 2 2 2部干扰器是改良后的最新款式。在偷部干扰器是改良后的最新款式。在偷部干扰器是改良后的最新款式。在偷
10、部干扰器是改良后的最新款式。在偷盗前，他们特意实验了一番，发现其中一部特别有效。三人靠它成功了十多次，盗盗前，他们特意实验了一番，发现其中一部特别有效。三人靠它成功了十多次，盗盗前，他们特意实验了一番，发现其中一部特别有效。三人靠它成功了十多次，盗盗前，他们特意实验了一番，发现其中一部特别有效。三人靠它成功了十多次，盗窃车内财物现金若干、笔记本三台、数码相机窃车内财物现金若干、笔记本三台、数码相机窃车内财物现金若干、笔记本三台、数码相机窃车内财物现金若干、笔记本三台、数码相机2 2 2 2台。台。台。台。151.2 电磁干扰电磁干扰(a)(a)Electrostatic discharge,
11、(c) LightingElectrostatic discharge, (c) Lighting(b) electromagnetic pulse, (d) TEMPEST (secure communication and data processing)(b) electromagnetic pulse, (d) TEMPEST (secure communication and data processing)161.3 电磁兼容电磁兼容1.1.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
12、能力。不能承受的电磁骚扰的能力。 GB/T 4365-1995GB/T 4365-1995GB/T 4365-1995GB/T 4365-1995电磁兼容术语电磁兼容术语电磁兼容术语电磁兼容术语2.2.设备或系统在共同的电磁环境中能一起执行各自的功能的共存状态。设备或系统在共同的电磁环境中能一起执行各自的功能的共存状态。即该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其他设备的电磁发射导致或即该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其他设备的电磁发射导致或遭受不允许的降级；它也不会使同一环境中其他设备或系统因受其电磁遭受不允许的降级；它也不会使同一环境中其他设备或系统因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级。
13、发射而导致或遭受不允许的降级。 GJB/T 72-1985GJB/T 72-1985GJB/T 72-1985GJB/T 72-1985定义定义171.3 电磁兼容电磁兼容电磁兼容三要素电磁兼容三要素骚扰源骚扰源耦合路径耦合路径敏感设备敏感设备181.3 电磁兼容电磁兼容耦合途径耦合途径传导耦合（导线、公共阻抗、接地回路），有直接的导电性连接传导耦合（导线、公共阻抗、接地回路），有直接的导电性连接传导耦合（导线、公共阻抗、接地回路），有直接的导电性连接传导耦合（导线、公共阻抗、接地回路），有直接的导电性连接场耦合（电场或容性耦合、磁场或感性耦合、电磁波或辐射耦合）场耦合（电场或容性耦合、磁场或
14、感性耦合、电磁波或辐射耦合）场耦合（电场或容性耦合、磁场或感性耦合、电磁波或辐射耦合）场耦合（电场或容性耦合、磁场或感性耦合、电磁波或辐射耦合）Radiative: Radiative: 辐射耦合（电磁波耦合）辐射耦合（电磁波耦合）辐射耦合（电磁波耦合）辐射耦合（电磁波耦合）Inductive: Inductive: 感性耦合（磁场耦合）感性耦合（磁场耦合）感性耦合（磁场耦合）感性耦合（磁场耦合）Conductive:Conductive:传导耦合（电流耦合）传导耦合（电流耦合）传导耦合（电流耦合）传导耦合（电流耦合）Capacitive: Capacitive: 容性耦合（电场耦合）容性耦合
15、（电场耦合）容性耦合（电场耦合）容性耦合（电场耦合）191.3 电磁兼容电磁兼容基本术语基本术语电磁发射电磁发射：从源向外发射电磁能的现象。：从源向外发射电磁能的现象。电磁噪声电磁噪声：一种明显不传送信息的时变电磁现象，可能与有用信号叠加。：一种明显不传送信息的时变电磁现象，可能与有用信号叠加。抗扰度抗扰度：装置、设备或系统遇电磁骚扰不降低性能的能力。：装置、设备或系统遇电磁骚扰不降低性能的能力。敏感性敏感性：遇电磁骚扰，装置、设备或系统不能避免性能降低的能力。：遇电磁骚扰，装置、设备或系统不能避免性能降低的能力。电平电平：用规定方式在规定时间间隔内求得的诸如功率或场参数等时变量的：用规定方式
16、在规定时间间隔内求得的诸如功率或场参数等时变量的 平均值或加权值。平均值或加权值。骚扰限值：骚扰限值：对应于规定测量方法的最大电磁骚扰允许电平。对应于规定测量方法的最大电磁骚扰允许电平。干扰限值：干扰限值：电磁骚扰使装置、设备或系统最大允许的性能降低。电磁骚扰使装置、设备或系统最大允许的性能降低。发射电平发射电平：规定方法测得的特定装置、设备或系统发射的电磁骚扰电平。：规定方法测得的特定装置、设备或系统发射的电磁骚扰电平。发射限值发射限值：规定电磁骚扰源的最大发射电平。：规定电磁骚扰源的最大发射电平。抗扰度电平抗扰度电平：将某给定的电磁骚扰施加于某一装置、设备或系统而其功能正常：将某给定的电磁
17、骚扰施加于某一装置、设备或系统而其功能正常 工作并保持所需性能等级时的最大骚扰电平。工作并保持所需性能等级时的最大骚扰电平。抗扰度限值抗扰度限值：规定的最小抗扰度电平。：规定的最小抗扰度电平。201.3 电磁兼容电磁兼容基本术语基本术语发射设备与敏感设备的限值与电平独立变量（例如：频率）之间关系发射设备与敏感设备的限值与电平独立变量（例如：频率）之间关系 211.3 电磁兼容电磁兼容设计阶段和成本设计阶段和成本221.3 电磁兼容电磁兼容世界主要国家、地区的电磁兼容管理及实施情况世界主要国家、地区的电磁兼容管理及实施情况发达国家和地区对电磁兼容问题都较为重视，甚至采取立法和认证程序来管理相关产
18、品的电磁发达国家和地区对电磁兼容问题都较为重视，甚至采取立法和认证程序来管理相关产品的电磁兼容性能，对不符合者采取非常严厉的处罚行动。兼容性能，对不符合者采取非常严厉的处罚行动。世界各国对于世界各国对于EMC的管理，一般可分为两种管理形式：的管理，一般可分为两种管理形式： 部份的国家只管制电机、电子产品的电磁辐射干扰部份（部份的国家只管制电机、电子产品的电磁辐射干扰部份（EMI），如美国；），如美国； 另有部份国家也增加了电磁抗扰性（另有部份国家也增加了电磁抗扰性（EMS）的管制，如欧盟地区。）的管制，如欧盟地区。(1)CE指令（指令（EuropeanCommunity） 欧盟89/336/E
19、ECEMC指令要求从1996年开始，凡欲进入欧共体市场的电子、电器和相关产品一定要符合有关电磁兼容标准要求，并在产品上粘贴符合性标记“CE”。CE指定由欧盟总部所制订，该指令落实各会员国，由会员国立法成为国内法令之后，就具有强制性。如果产品满足了EMC要求，检测单位会将产品的型式试验（TypeTest）报告等给厂商。(2)FCC法规（法规（FederalCommunicationsCommission,FCC） 美国联邦通讯委员会在1979年特别制定各种产品的电磁辐射干扰法规，法规编号从Part0Part100，涵盖了各项电机、电子产品。FCC目前对有关产品的要求主要是电磁骚扰特性。FCCPa
20、rt15、Part18、Part68分别是关于射频设备（含广播接收机、数字设备等）、工-科-医射频设备和通信设备的电磁骚扰特性的限制要求。231.3 电磁兼容电磁兼容世界主要国家、地区的电磁兼容管理及实施情况世界主要国家、地区的电磁兼容管理及实施情况 针对进口产品质量安全许可和强制性产品认证工作上存在内外不一致的问题针对进口产品质量安全许可和强制性产品认证工作上存在内外不一致的问题,由国家质量监由国家质量监督检验检疫总局和国家认证认可监督管理委员会共同制定了督检验检疫总局和国家认证认可监督管理委员会共同制定了强制性产品认证管理规定强制性产品认证管理规定（以（以下简称为下简称为规定规定）规定规定
21、于于2001年年11月月21日审议通过，自日审议通过，自2002年年5月月1日起施行，过渡期为日起施行，过渡期为一年。一年。 强制性产品认证的主管单位为国家认证认可监督管理委员会。强制性产品认证的主管单位为国家认证认可监督管理委员会。认证标志的名称为认证标志的名称为“中国强制认证中国强制认证”（英文名称为（英文名称为“China Compulsory Certification”，英文，英文缩写为缩写为“CCC”，）。该标志可简称为，）。该标志可简称为“3C”标志，该认证也简称为标志，该认证也简称为CCC认证或认证或3C认证。认证。 2001年年12月月3日发布日发布第一批实施强制性产品认证的
22、产品目录第一批实施强制性产品认证的产品目录（以下简称为（以下简称为目录目录），），目录共有目录共有19类类132种产品。种产品。3C认证标志认证标志CE认证标志241.4 典型电力系统电磁兼容问题典型电力系统电磁兼容问题特高压输电线路的电磁环境特高压输电线路的电磁环境251.4 典型电力系统电磁兼容问题典型电力系统电磁兼容问题变电站变电站/ /换流站的电磁环境换流站的电磁环境261.4 典型电力系统电磁兼容问题典型电力系统电磁兼容问题变电站变电站/ /换流站的电磁环境换流站的电磁环境271.4 典型电力系统电磁兼容问题典型电力系统电磁兼容问题变电站变电站/ /换流站的电磁环境换流站的电磁环境核
23、电磁脉冲核电磁脉冲地磁干扰地磁干扰由供电线路传来由供电线路传来的低频传导骚扰的低频传导骚扰设施内其它电设施内其它电气或电子设备气或电子设备产生的高频传产生的高频传导和辐射骚扰导和辐射骚扰设施内部或外设施内部或外部的无线电发部的无线电发射装置产生的射装置产生的高频场高频场静电放电静电放电雷电雷电低压设备开关操作引起低压设备开关操作引起的电快速瞬态现象的电快速瞬态现象接地系统中的短路接地系统中的短路电流引起的电位升电流引起的电位升高压装置产生的工频电高压装置产生的工频电场和磁场场和磁场高压回路中绝缘击穿或高压回路中绝缘击穿或避雷器和火花间隙放电避雷器和火花间隙放电引起的电器瞬态现象引起的电器瞬态现
24、象高压回路中操作断路器高压回路中操作断路器或隔离开关引起的电气或隔离开关引起的电气瞬态现象瞬态现象281.4 典型电力系统电磁兼容问题典型电力系统电磁兼容问题变电站变电站/ /换流站的电磁环境换流站的电磁环境291.4 典型电力系统电磁兼容问题典型电力系统电磁兼容问题变电站变电站/ /换流站的电磁环境换流站的电磁环境301.4 典型电力系统电磁兼容问题典型电力系统电磁兼容问题变电站变电站/ /换流站的电磁环境换流站的电磁环境宏脉冲宏脉冲微脉冲微脉冲频谱频谱311.4 典型电力系统电磁兼容问题典型电力系统电磁兼容问题变电站变电站/ /换流站的电磁环境换流站的电磁环境321.4 典型电力系统电磁兼
25、容问题典型电力系统电磁兼容问题变电站变电站/ /换流站的电磁环境换流站的电磁环境331.4 典型电力系统电磁兼容问题典型电力系统电磁兼容问题电力系统对邻近其它系统的电磁影响电力系统对邻近其它系统的电磁影响341.5 电尺寸、单位电尺寸、单位物体的电尺寸是其物理尺寸物体的电尺寸是其物理尺寸l与骚扰源波长与骚扰源波长的比值的比值电小尺寸：电小尺寸：k1/10电尺寸是相对参数；电尺寸是相对参数；电尺寸反映了两点之间的相位差情况；电尺寸反映了两点之间的相位差情况；对于电小尺寸的电路，可以认为导线上的电压对于电小尺寸的电路，可以认为导线上的电压/ /电流的相位是同步变化的；电电流的相位是同步变化的；电容
26、器中为电准静态场；电感中为磁准静态场；可以使用集总参数电路模型；容器中为电准静态场；电感中为磁准静态场；可以使用集总参数电路模型；对于电大尺寸的电路，导线上的电压对于电大尺寸的电路，导线上的电压/ /电流的相位是非同步变化的，因此需使电流的相位是非同步变化的，因此需使用分布参数电路模型；用分布参数电路模型；351.5 电尺寸、单位电尺寸、单位实际中，电磁物理量幅值的变化范围非常大，为了便于表示和运算，常实际中，电磁物理量幅值的变化范围非常大，为了便于表示和运算，常引入分贝引入分贝(dB)(dB)的单位。的单位。定义：定义：361.5 电尺寸、单位电尺寸、单位举例：举例：371.6 电磁骚扰源电
27、磁骚扰源按来源分类按来源分类381.6 电磁骚扰源电磁骚扰源按波形分类按波形分类391.6 电磁骚扰源电磁骚扰源按频率分类按频率分类401.6 电磁骚扰源电磁骚扰源骚扰源的频率特性分析方法骚扰源的频率特性分析方法特点：连续时间信号的频谱是非周期的，周期时间信号的频谱是离散的。反之亦然。特点：连续时间信号的频谱是非周期的，周期时间信号的频谱是离散的。反之亦然。特点：连续时间信号的频谱是非周期的，周期时间信号的频谱是离散的。反之亦然。特点：连续时间信号的频谱是非周期的，周期时间信号的频谱是离散的。反之亦然。四种不同时间信号的频谱分析方法四种不同时间信号的频谱分析方法四种不同时间信号的频谱分析方法四
28、种不同时间信号的频谱分析方法411.7 课程计划课程计划教材：教材：电磁兼容基础，崔翔、何金良、邬雄、陆家榆参考资料：参考资料：1、路宏敏，工程电磁兼容，西安电子科技大学出版社，20032、王洪新，贺景亮，电力系统电磁兼容，武汉大学出版社，20043、何金良，电磁兼容概论，科学出版社，20104、Clayton R. Paul, Introduction to Electromagnetic Compatibility, Wiley- Interscience, 20065、Henry W. Ott, Electromagnetic Compatibility Engineering, Wiely Press, 2009421.7 课程计划课程计划授课计划：授课计划：431.7 课程计划课程计划考核方式：考核方式：1、大作业和课堂练习，合计占40%2、期末考试，占60%答疑：答疑：每周四，14:00-17:00，J5-D20444Thank you!45
