电磁兼容2

电磁兼容定义
（Electromagnetic Compatibility-EMC-俗称抗干扰) ：干扰 可以在不损害信息的前提下与有用信号共存。D.White定义： 装臵或者系统具有在其设臵的预定场所投入实际运行时， 既不受周围电磁环境的影响，又不影响周围环境，也不发 生性能恶化和误动作，而能按设计要求正常工作的能力。
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人为噪声
产生噪声的设备
普 通 民 用 电 器 高 频 设 备 电 力 设 备 内 燃 机 有触点电器 有换相器的电机、 电器 放电管
噪声源（括弧内位产生原因）
霓虹灯、彩色电珠等灯具，继电器、电磁开关、电 热被褥、电冰箱、电熨斗等恒温电器。 电钻、牙科医疗器械、汽车发动机、电吸尘器、电 动搅拌机、点动剃须刀、点动按摩器等。 荧光灯、霓虹放电管、高压水银灯等
电磁兼容技术的任务
在阐明电磁环境和电磁环境对电力电子设备影响的基础上， 全面研究电力电子设备、强电-弱电紧密结合的系统等在信 息传递、线路结构、组装配臵等方面的电磁噪声抑制措施， 提出科学的设计原则和实用方法，使产品能够在其所处的 电磁环境中长期稳定运行，发挥其应有的效能，既不被周 围设备发射的电磁能量所干扰，也不妨碍其周围设备的正 常运行
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பைடு நூலகம்
人为噪声
产生噪声的设备
无线 通讯 设备 高速 数字 电路 大功率发射装置 接收装置 电子计算机 核爆炸设备
噪声源（括弧内位产生原因）
广播设备、雷达装置
表现形式
信号发射
（发报机的高次谐波）
电视接收机、调频接收机、调幅接收机 时钟发生器、开关电源等
无用信号发射
无用信号发射 无用信号 高频脉冲
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内部 噪声
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外部 噪声
来自外部电子设备和装臵的噪声，主要有自然噪 声和来自其他设备的认为噪声。
自然噪声
种类 产生原因 特点
凡大气层中能够构成电荷分离、积蓄等条 1、火花放电。 大气层噪声 件时都会产生充放电现象。如雷闪、低压、2、干扰频带很宽，极低频-甚高频。 （空中雷电噪声） 台风、严寒地带的飞雪、火山喷烟、黄沙 3、传送距离相当远。 4、噪声强度和频度随季节、地区。 等。
干 扰 ⑧
电 源
干扰④
其他 系统
系统的电磁兼容行示意图
③、⑤电源和动作器件产生的干扰；①、⑥、⑧分别为输电线路、闪电、其 他系统产生的干扰； ②、 ④、⑦分别为本系统所产生的干扰
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抑制电磁干扰的原则
形 成 条 件 抑 制 措 施
1、向外发送电磁干扰的源—噪声源。
2、传递电磁干扰的途径—噪声耦合和辐射。
电噪 声 影响
重新 定义
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控制装臵：受干扰陷入运行紊乱； 检测仪表：接收到与检测值不对应的变化电量而指示错误； 计数器：接收到正常计数信号以外的脉冲而出现无计数。
叠加于有用信号上、扰乱信号传输、使原来的有用信号发 生畸变的变化电量，简称噪声（Electromagnetic Inter.)
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噪声发生机理和传递方式
噪 声 发 生 机 理
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噪 声 传 递 方 式
噪 声 耦 合 机 理
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噪声发生机理（1）
种类 放 电 噪 声 火花放电 静电放电 持续放电 直击雷 静态接触 冲击 振动 表面损坏 接 触 噪 声 触点抖动 触点不完全接触 电极电荷起伏、电极电压波动 金属氧化物整流、检波输出 热电动势、直流成分 金属接触面的断-续接触 电感电容元件的振荡
干扰的模式
导 线 传 经导线浸入 导
辐 射
感 应 地线 传导 地线 感应
辐射电磁场距离 辐射源波长
平行配线和多芯电缆等近距 离电磁场
电磁波 静电感应：高阻抗电场静电耦合 电磁感应：地阻抗磁场电磁耦合
大 地 和 接 地 电 路
静电耦合：由地线浸入的噪声
地线上出现的噪声电压 电磁耦合：有地线浸入的噪声 电导耦合：外电流流入裸线 天线效应：接地线成为天线 地电流 共模噪声：接地点间的电位差
核爆炸时，四周的气体发生电离，使地磁场突然 异变，呈消失状态。
100kA级电磁脉 冲
无用信号——对本系统是有用信号，而对其他系统是无用信号。
常模 噪声
共模 噪声
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线间感应噪声、对称噪声、串模噪声、差动噪声、 横向噪声。噪声入浸时往返两条线间。见附图 对地感应噪声、纵向噪声、不对称噪声。噪声入 浸线路和地线间。见附图
接触不良
绝缘老化 振荡噪声 串扰 晶体管 二级管 半导体 噪声
电磁 耦合
电子设备 与系统 变阻 器
1 高频 振荡
2
静电
放电
组件 噪声
电容 器 耦合 噪声 漏电 流
常模 噪声
滤波 不良
共模 噪声
静电 耦合
配线 不当 接地 地电 位差 多点 接地
雷
数字集 成电路 各种物 理噪声 模拟集 成电路
滑触 头噪声 尖脉 冲噪 声
屏 蔽 不 良
绝 缘 不 良
信 号 不 平 衡
公共 阻抗 噪声 导体电阻
绝缘
老化
1-与频率与电流成正比 2-与频率与电压成正比
电磁环境示意图
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电磁兼容设计的基础条件
难 点
定 量 描 述
1、电磁干扰产生的原因很多; 2、噪声频谱宽窄不一； 3、时间长短参差不齐；4、周期性和随机性相互交织； 5、噪声传递途径多种多样。 1、用电场强度和磁场强度表示稳定电场和磁场。 2、用电压、电流表示局部电路与整体关系。 3、用统计量和和振幅概率分布函数表示随机变化的干扰 特性。 4、用脉冲峰值分布、能量分布、发生频度分布等参数表 示脉冲噪声。 1、所用各种元件、器件和设备的合理布局； 2、发挥屏蔽、接地、布线设计的作用，采用适当的滤 波手段处理电源等引起的电压、电流瞬变干扰； 3、选择其他行之有效的方法抑制干扰源并切断干扰传 递途径。
2015121316噪声发生机理和传递方式2015121317噪声发生机理1种类发生机理典型情况火花放电线路绝缘损坏造成放电静电放电静电放电引起火花放电持续放电电晕辉光电弧放电使部分线路绝缘损坏静态接触接点的接触压力改变引起接触电阻变化冲击在冲击过程中的接触电阻变化振动机械振动引起接触电阻变化表面损坏接点表面损坏引起的电阻变化触点抖动触点断开又闭合时的抖动状态引起断续电流触点不完全接触触点的面或点未完全断开和闭合的断续状态电极电荷起伏电极电压波动医用电子设备电极处的电压波动金属氧化物整流检波输出金属氧化物的调制检波热电动势直流成分不同金属材料接触处温差所引起的电动势金属接触面的断续接触金属接触面断续接触引起的电流电压变化电感电容元件的振荡lc微弱振荡形成的无用信号2015121318噪声发生机理2种类发生机理典型情况高速数字电路的电源通断集成电路中的过渡过程尖峰电流接通时冲击电流白炽灯和电动机的冲击电流动力线过渡电压线路通断或故障时的异常电压感应雷云层在导线上感应的电荷放电成为自由电荷是电力线上的行波电子开关的动作电子开关器件的相位控制工频电源的非预期信号电源哼声波形畸变无线电频率高频设备发报机振荡器等的高频信号脉冲信号数字电路等的数字脉冲信号扩散无用发射发射机高次谐振接收机局部震荡反射信号本身的延迟信号空中的反射波不匹配传输线路阻抗不匹配引起的反射2015121319噪声传递方式传递途径传递方式决定因素噪声表现方式经导线浸入干扰的模式常模噪声
感应雷
电子开关的动作 工频电源的非预期信号 无线电频率
脉冲信号
无用发射
数字电路等的数字脉冲信号扩散
发射机高次谐振，接收机局部震荡 空中的反射波 传输线路阻抗不匹配引起的反射
反射 信号本身的延迟信号 波 不匹配
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噪声传递方式
传递 途径 传递 方式 决定因素 噪声表现方式 常模噪声：叠加于往返两线间的噪声 共模噪声：叠加于线路和地线间的噪声 电源线：从电源电路浸入的噪声 浸入的线路 信号线：从信号输入线、输出线浸入的噪声 控制线：从控制线浸入的噪声 空 间
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N
In
Vn In
Is R Is
Is
In/2
R
Is N
Vn Vn
In/2
常模噪声 共模噪声
共模噪声有交、直流之分，交流共模噪声分布广， 直流共模噪声由直流接地电位差形成。通常输入输出 线与大地或机壳之间发生的噪声大都是共模噪声，信 号线受到静电感应时产生的噪声也多为共模噪声。 抑制共模噪声的方法：屏蔽、接地、隔离等。大多 抑制措施都是针对共模噪声而言的。
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发生机理
典型情况 线路绝缘损坏造成放电 静电放电引起火花放电 电晕、辉光、电弧放电使部分线路绝缘损坏 天空云层和大地地表之间的放电 接点的接触压力改变，引起接触电阻变化 在冲击过程中的接触电阻变化 机械振动引起接触电阻变化 接点表面损坏引起的电阻变化 触点断开又闭合时的抖动状态引起断续电流 触点的面或点未完全断开和闭合的断续状态 医用电子设备电极处的电压波动 金属氧化物的调制检波 不同金属材料接触处温差所引起的电动势 金属接触面断-续接触引起的电流、电压变化 LC微弱振荡形成的无用信号
电子控制设备 抗干扰技术
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电磁环境与干扰
电磁 兼容 技术 主要 内容 噪声 定义 和 噪声 种类 噪声 发生 机理 和 传递 方式 描述 电磁 噪声 的一 般术 语 抑制 电磁 干扰 的一 般措 施
早期：电气设备的能量交换对无线电、通讯设备产生电磁干扰，抗干扰技术 也很成熟并且已制定成标准。 近期：机、电、仪一体化技术的发展，机械、电力、电子、仪表、强电、弱 电紧密结合高级自动化系统结构融为一体电磁干扰、电磁环境 复杂如何抑制、防治相互干扰成为自动化技术可靠运行的关键技术， 成为自动化、计算机、仪表等领域的共同课题工业电子控制设备电 磁兼容技术。 2018/12/8 2
太阳噪声 宇宙噪声
（银河噪声）
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1、噪声大小取决于太阳黑子的数 太阳黑子发射出的噪声和太阳黑子增加和 量和活动激烈程度，有时可增数千 倍。 活动激烈时产生的磁暴。 2、对无线电通讯干扰严重。 目前尚未探明发生原因，但已提出很多学 1、干扰无线电通讯。 说，如：宇宙太空电子自由转移说，银河 2、对宇宙航行有危害。 系恒星体上爆炸现象说。
表现形式
火花放电、电弧 放电、脉冲噪声 火花、电弧放电， 摩擦接触 辉光放电 谐波、畸变、高 频噪声 无用信号 无用信号 无用信号 电晕、电弧放电 火花、电弧放电 反射 放电 多种噪声
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电力电子装置
工业用高频设备 高频医疗设备 超声波设备 电力线（输配电线） 电气化铁路 机动车
晶体管、晶闸管、整流器、逆变器等
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噪声发生机理（2）
种类 过 渡 性 噪 声 无 用 信 号 发生机理 高速数字电路的电源通-断 接通时冲击电流 动力线过渡电压 典型情况 集成电路中的过渡过程尖峰电流 白炽灯和电动机的冲击电流 线路通-断或故障时的异常电压 云层在导线上感应的电荷放电成为自由电荷，是电 力线上的行波 电子开关器件的相位控制 电源哼声、波形畸变 高频设备、发报机、振荡器等的高频信号
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设 计 内 容
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噪声定义与噪声种类
噪 声 定 义
常模 噪声 与 共模 噪声
噪 声 种 类
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噪声定义
基本 定义 基本 噪声 图像 干扰
常规定义：不同频率、不同程度混杂组合在一起的声音。 电工定义：不需要的电流和电压在某种条件下成为影响电 路正常工作的干扰电流和干扰电压。 GB2900：任何不希望有的信号；广义地说是在一有用频 带内的任何不希望有的干扰。 产生源：收音机、电话机、对讲机、磁带录音机等。 现象：“嗞”、“呜”、“咔达”、“噼”等嘈杂声、振 荡声。 电噪声:与基本噪声对应的变化电量。 图象再现：依靠电波—荧光屏上出现雪花、波浪纹、颤动 等—电噪声对电视图像的干扰。
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电磁兼容技术的主要内容
电 磁 环 境
抑制 电磁 干扰 的 原则
电磁 兼容 设计 基础 条件
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电磁环境示意
输配电 线路
干扰① 电子部分 干扰③ 动作器件 （电动机、继电器等） 干扰②
其他分系统
通 讯 线 路
信号发生、变换、处理
干 扰 ⑤ 干 扰 ⑥ 干 扰 ⑦
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噪声种类
热噪声：导体、半导体中电子热骚动所形成的热噪声，遍布整个 频谱-白噪声；所有具有电阻的元件均产生。 散粒噪声：电子管热阴极发射的电子随机变化时形成一种不规则 运动而在很宽频带内出现电压浮动现象。 闪变噪声：电子管阴极产生的噪声-表面漏电效应造成载流子密度 的波动，低频下最高-低频噪声。 颤噪声：机械振动引起电子管电极振动导致电极电流波动而产生 的电压波动-振动噪声。 交流哼声：直流电路中混入交流分量而形成交流哼声。 感应噪声：电路中器件布局、配线和接地方式不当发生静电感应、 电磁感应并通过线路耦合而形成的噪声。 断裂噪声：器件之间接触不良，连线不好引起的噪声。 尖峰噪声：切断感性负载时发生的冲击和衰减振荡噪声。 振荡噪声：由于去耦问题放大电路部分输出反馈给输入而引起的 振荡。 反射噪声：高速电路在长线传输时由于阻抗不匹配使信号在始端 或终端处发生反射，叠加与信号，产生畸变。
3、承受电磁干扰（对噪声敏感）的客体—受扰设备。
1、抑制噪声源，直接消除干扰原因。 2、消除噪声源和受扰设备之间的噪声耦合和辐射，切 除电磁干扰的传递途径。
设 计 阶 段
3、加强受扰设备抵抗电磁干扰的能力，降低其对噪声 的敏感度。
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电磁环境
器件配 置不当 间歇振动 继电器 开关接触 器插座 电缆 可变 电阻器 线 圈 旁路不良 热电 动势 调节不良 电源接 触不良 无线 电 功率 线路 收发 报机 汽车 点火 电机 电刷 直流 变换 弧光 放电 开关 电源 晶闸 管 辉光 放电 其 他 日光 灯
高频加热器、高频电焊机、电子加热器等 甚高频、特高频医疗设备，电测仪等 探伤仪、测探仪、超声波清洗机、鱼群探测仪 （绝缘老化、触点金属腐蚀、接触不良） 车厢内机器、整流器等（驶轮瞬时脱离铁轨） （本身引起反射） 点火系统 发动机、电刷、喇叭、方向指示器、电压调节器
（工频感应、静电感应、电磁感应）（大地漏电流）工频或脉冲