电磁兼容原理与技术

本文详细介绍了电磁干扰的三个要素:干扰源、耦合通道和敏感设备,以及电磁兼容实施的三大步骤:分析预测、设计和试验。探讨了电磁干扰源的分类,包括自然和人为干扰源,特别提到了雷电放电的三个阶段。此外,还阐述了电磁干扰源的基本性质,如频率和空间分布特性。接地和抑制地回路耦合干扰的技术也是讨论的重点,强调了接地的重要性及其在保护设备和人员安全方面的角色。

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形成电磁干扰必须具备的三个因素:

  • 电磁干扰源:产生电磁干扰的元件、器件、设备、系统、分系统、自然现象等
  • 耦合通道:将电磁干扰能量耦合/传递到敏感设备,并使得敏感设备发生响应的媒介
  • 敏感设备:对电磁干扰产生响应的设备

在设备或系统设计的早期阶段注意到电磁干扰对系统的影响,可以采用的电磁兼容措施较多,所需设备的资金较少,取得的效果较好

电磁兼容的实施在技术层面上需要经过的三大步骤:

  • 电磁干扰分析预测
  • 电磁兼容性设计
  • 电磁兼容性试验

电磁兼容计量单位和换算关系

  1. 功率W,mW,μW,nW,pW——10lg
  2. 电压V,mV,μV——20lg
  3. 电流A,mA,μA——20lg
  4. 电场强度V/m,磁场强度A/m,功率密度W/m²——20lg

电磁干扰源的分类

按干扰源的性质:

  • 自然干扰源——雷电、静电、太阳射线
  • 人为干扰源
  1. 功能性干扰源——电视、广播、无线通信、雷达、导航
  2. 非功能性干扰源——静电、高压送变电系统、点火系统

雷电放电的三个阶段:

  1. 先导放电阶段——天空上的云层密集处有很强的电场,这个过程中电流不大、发光微弱,肉眼难以观察,先导放电从高层向地面传递,接近地面时会有地面产生向上的迎面先导,为接下来的主放电阶段形成通路
  2. 主放电阶段——下行先导与迎面先导相遇,云层中的电荷顺着通路向下传播,形成雷电,瞬时功率巨大,空气受热膨胀,产生雷鸣
  3. 余晖放电阶段——剩余电荷继续延通路传输,电流较小,但能量依然很大,持续时间较长
电流大小现象强弱能量大小
先导放电
主放电
余晖放电

电磁干扰源的基本性质

  • 频率特性
  1. 窄带干扰
  2. 宽带干扰
  • 空间分布特性
    天线(有意辐射)
  1. 方向性特性
  2. 极化特性
  3. 空间扩散因子

无意辐射通过统计测量
传导干扰无该指标

  • 时间分布特性
  1. 周期性
  2. 非周期性(可预测)
  3. 随机型(不可预测,无规律)——概率统计
  • 幅度——各个频段内的干扰场强或功率随时间的分布

接地

在系统的某个选定点与某个电位基准面之间建立一条低阻抗的导电通路

接地平面与大地连接的出发点:

  1. 提高电子设备电路系统工作的稳定性
  2. 使系统的屏蔽接地,取得良好的电磁屏蔽效果,达到抑制电磁干扰的目的
  3. 泄放因静电感应在机壳上累计的电荷,避免电荷积累过多形成高压,导致设备内部放电而造成干扰
  4. 防止雷电放电或事故导致金属外壳上出现过高对地电压而危机操作人员和设备的安全

当人体皮肤干燥洁净且无破损时,电阻大约4w-10wΩ,当人出汗或潮湿时,电阻约为1wΩ,流经人体的安全电流,交流电在15-20mA,直流50mA,当流经的电流到100mA时便会出现死亡的现象,国家规定的人体安全电压为36V和12V,36V可保证人体电流小于40mA,同时机器机壳接地,通常规定接地电阻5-10Ω

抑制地回路耦合电磁干扰的技术

  1. 在信号电路中使用隔离变压器
  2. 在信号电路中使用纵向扼流圈
电磁兼容原理技术(Electromagnetic Compatibility principles and techniques, 简称EMC)是一门涉及电磁电子设备相互作用的学科。 电磁兼容原理技术的目的是确保电子设备在电磁环境中正常工作,同时又不对其他设备产生干扰。这个原则对于现代社会和工业具有极大的重要性,因为电子设备的广泛应用和互连导致电磁干扰日益增加。如果电磁兼容性不佳,不同设备之间可能会发生相互干扰,甚至导致设备故障或误操作。 电磁兼容原理技术的核心内容包括电磁场的传播和辐射、电磁敏感度、电磁干扰机制、电磁信号传输、电磁隔离、抗干扰设计等。在电磁兼容原理技术中,关键的步骤包括电磁兼容性设计、电磁兼容性测试和电磁兼容性管理。 电磁兼容原理技术的应用领域广泛,包括电力系统、通信设备、网络设备、汽车电子、航空航天电子等。当我们设计和使用这些设备时,必须考虑电磁兼容原理技术,以确保设备能够在相对复杂的电磁环境中正常运行。 电磁兼容原理技术已经成为电子工程、通信工程和电磁工程等领域的重要课程。理解和应用电磁兼容原理技术,可以帮助工程师更好地设计和开发电子设备,提高设备的可靠性和稳定性。 总结来说,电磁兼容原理技术是为了确保电子设备在电磁环境中正常工作和不造成干扰而研究的学科。它涉及电磁场的传播和辐射、敏感度、干扰机制、信号传输、隔离和抗干扰等方面。对于现代社会和工业来说,电磁兼容原理技术意义重大,它已广泛应用于电力系统、通信设备、汽车电子等行业。通过学习和应用电磁兼容原理技术,可以提高设备的可靠性和稳定性,推动电子设备的发展。
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