2_电磁兼容的工程方法与预测V1

电磁兼容技术——II.电磁兼容工程高嵩2020/1/12电磁兼容1本章内容1.电磁兼容技术术语2.电磁兼容的工程方法3.电磁兼容标准与认证4.测量单位及换算关系1.电磁兼容技术术语2020/1/12电磁兼容3电磁兼容术语的重要性电磁兼容作为一门新兴的综合性学科，必然要定义一系列的名词和术语。电磁兼容要解决一个国家、一个地区甚至世界范围内的电力电子系统兼容工作的问题，保障电力电子设备、系统的可靠运行，就必须规定统一的名词术语，保证叙述、设计及论证的统一性，保证试验、测旦和检验结果的可比性。电磁兼容标准的一个重要内容就是统一规定名词术语。国家军用标准GJB72-85规定了《电磁干扰和电磁兼容名词术语》EMC国家标准GB／T4365-1995规定了《电磁兼容术语》EMC国家标准GB／T17624.1-1998规定了《电磁兼容综述电磁兼容基本术语和定义的应用与解释》对应的国际标准IEC6100-12020/1/12电磁兼容4一般术语设备作为一个独立单元进行工作，并完成单一功能的任何电气、电子或机电装置。分系统介于设备与系统之间的概念。许多装置或设备的组合，也是许多设备或分系统的组合。也可安装于不同地方。系统若干设备、分系统、专职人员及可执行或保障工作任务的技术组合。2020/1/12电磁兼容5一般术语2020/1/12电磁兼容6噪声与干扰术语电磁噪声(electromagneticnoise)是“一种明显不传送信息的时变电磁现象，它可能与有用信号叠加或组合”。电磁噪声通常是脉动的和随机的，但也可能是周期的。自然噪声(naturalnoise)自然噪声是“由自然电磁现象产生的电磁噪声”，是来源于自然现象而不是由机械或其他人造装置产生的噪声。人为噪声(man-madenoise)是“由机电或其他人造装置产生的噪声”。2020/1/12电磁兼容7噪声与干扰术语无线电噪声(radionoise)是“射频频段内的电磁噪声”。一般认为无线电频率是从9kHz一3000GHz，而“电磁现象”则包括所有的频率，除包括无线电频率之外，还包括所有的低频(台直流)电磁现象。脉冲骚扰(噪声)(inpulsivedisturbancenoise)其效应能分解成一系列不连续脉冲的电磁骚扰(噪声)。随机骚扰(噪声)(randomdisturbancenoise)时间上和(或)幅度上随机出现的大量不连续的电磁骚扰(噪声)。电磁骚扰，略。2020/1/12电磁兼容8噪声与干扰术语电磁干扰，略。无线电干扰(radiointerference)是“在射频频段(9kHz一3000GHz)内的电磁于扰”。传导干扰(Conductedinterference)沿着导体传播的电磁干扰。辐射干扰(radiatedinlerference)通过空间以电磁波形式传播的电磁干扰。2020/1/12电磁兼容9噪声与干扰术语宽带干扰(brozdbandinterference)有足够宽的频谱能量分布，以致所用的干扰测量仪在正负两个脉冲带宽内调谐时，其输出响应变化不大于3dB的一种电磁干扰。窄带干扰(narrowbandinterference)基本领谱能量处于所用干扰测量仪通带以内的电磁干扰。干扰源(interferencesource)任何产生电磁干扰的元件、器件、装置或自然现象。天电干扰(atmosphericlnterference)由大气无线电噪声引起的干扰。宇宙干扰(cosmicinterference)由银河系的电磁辐射所造成的干扰。2020/1/12电磁兼容10发射术语电磁发射(electromagneticemission)是“从源向外发出电磁能的现象”，即以辐射或传导形式从源发出的电磁能量。此处的“发射”与通信工程中常用的“发射”含义并不完全相同。电磁兼容中的“发射”既包含传导发射，也包含辐射发射，而通信工程中的“发射”主要指辐射发射；电磁兼容中的“发射”常常是无意的，因而并不存在有意制作的发射部件，是一些本来做其他用途的部件(例如电线、电缆等)充当了发射源(部件)的角色，而通信中则是精心制作发射部件(例如天线等)，并且“发射”是在无线发射台产生的。电磁辐射(electromagneticradiation)是由不同于传导机理所产生的有用信号的发射或电磁骚扰的发射。电磁辐射是将能量以电磁波形式由源发射到空间并且以电磁波形式在空间传播。注意“发射”与“辐射”的区别。“发射”指向空间以辐射形式和沿导线以传导形式发出的电磁能量，而“辐射”指脱离场源向空间传播的电磁能量，不可将两者混淆。2020/1/12电磁兼容11发射术语机壳辐射(cabinetradiation)由设备外壳产生的辐射，不包括所接天线或电缆产生的辐射。辐射发射(radiationemission)是通过空间传播的、有用的或不希望有的电磁能量。传导发射(conductedemission)是沿电源、控制线或信号线传输的电磁发射。宽带发射(broadbandemission)是能量谱分布足够均匀和连续的一种发射。当电磁干扰测量仪在几倍带宽的频率范围内调谐时，它们的响应无明显变化。窄带发射(narrowbandemission)是带宽比电磁干扰测量仪带宽小的一种发射。2020/1/12电磁兼容12发射术语杂散发射(spuriousemission)是在必要发射带宽以外的一个或几个频率上的电磁发射。这种发射电平降低时不会影响相应信息的传输。杂散发射包括谐波发射、寄生发射及互调制的产物，但不包括为传输信息而进行的调制过程在紧靠必要发射带宽附近的发射。谐波发射(harmonicemission)发射机发出的频率为载波频率整数倍的不是信号组成部分的一种发射。寄生发射(parasiticemission)发射机发出的由电路中不希望有的振荡引起的一种电磁辐射。它既不是信息信号的组成部分，也不是载波的谐波。2020/1/12电磁兼容13电磁兼容性术语对骚扰的抗扰度(immunitytoadisturbance)装置、设备或系统面临电磁骚扰不降低运行性能的能力。电磁敏感性(EMS,ElectromagneticSusceptibility)在存在电磁骚扰的情况下，装置、设备或系统不能避免性能降低的能力。注：敏感性高，抗扰度低。骚扰限值(limitofdisturbonce)对应于规定测量方法的最大电磁骚扰允许电平。干扰限值(limitofinterference)干扰限值是“电磁骚扰使装置、设备或系统最大允许的性能降低”。电磁兼容电平(elcctromagneticcompatibilitylevel)预期加在工作于指定条件的装量、设备或系统上规定的最大电磁骚扰电平。性能降低(degradationofperformance)是“装置、设备或系统的工作性能与正常性能的非期望偏离”。2020/1/12电磁兼容14电磁兼容性术语骚扰源的发射电平用规定的方法测得的由特定装置、设备或系统发射的某给定电磁骚扰电平。来自骚扰源的发射限值——规定电磁骚扰源的最大发射电平。发射裕量——装置、设备或系统的电磁兼容电平与发射限值之间的差值。抗扰度电平将某给定的电磁骚扰施加于某一装置、设备或系统而该装置设备或系统仍能正常工作并保持所需性能等级时的最大骚扰电平。注：超过此电平，该装置、设备或系统就会出现性能降低。而敏感性电平是指，刚刚开始出现性能降低的电平。所以对某一装置、设备或系统而言，抗扰度电平与敏感性电平是同一个数值。抗扰度限值——规定的最小抗扰度电平。抗扰度裕量——装置、设备或系统的抗扰度限值与电磁兼容电平之间的差值。电磁兼容裕量——装置、设备或系统的抗扰度限值与骚扰源的发射限值之间的差值。2020/1/12电磁兼容15电磁兼容性术语骚扰抑制——削弱或消除电磁骚扰的措施。干扰抑制——削弱或消除电磁干扰的措施。电源骚扰——经由供电电源线传输到装登上的电磁骚扰。电源抗扰度——对电源骚扰的抗扰度。电源去耦系数——施加在电源某一规定位置上的电压与施加在装置规定输入端且对装置产生同样骚扰效应的电压值之比。电波暗室一种专门设计的房间，它具有吸收入射电磁波的各个界面，对所研究频段的电磁波，基本上保持无反射条件。受试设备(EUT，EquipmentUnderTest)受试设备（试样）是“待试验或正在试验中的装置、设备、分系统或系统”。2.电磁兼容的工程方法2020/1/12电磁兼容17EMC工程分析电磁兼容性分析与预测是进行合理的电磁兼容设计的基础。系统设计开始阶段就开展电磁兼容性分析与预测是十分重要的。分析和研究典型耦合模式成为电磁兼容研究中快速识别干扰机理的捷径。电磁兼容的工程分析方法采用计算机模拟、计算机辅助分析、测量分析等技术方法。如SEMCAP程序、IPP-1程序及IAP程序等。在采取解决EMC问题的措施时，应权衡利弊研究出最合理的措施满足电磁兼容性要求。2020/1/12电磁兼容18EMC控制技术电磁兼容性控制技术即电磁干扰控制技术，有以下6类：传输通道抑制。具体方法有滤波、屏蔽、搭接、接地、合理布线等。空间分离。抑制空间辐射骚扰和感应耦合骚扰的有效方法。时间分隔。当骚扰源非常强不易采用其他方法可靠抑制时，常采用时间分隔的方法。频谱管理电气隔离。避免电路中传导干扰的可靠方法，同时还能使有用信号正常耦合传输。常见的原理有机械耦合、电磁耦合、光电耦合。其他技术。如对消与限幅。2020/1/12电磁兼容19EMC分析与设计方法电磁兼容性分析方法问题解决法“头痛医头、脚痛医脚”的方法，不能从根本上解决电磁干扰问题。适于比较简单的设备。规范法按现行电磁兼容标准规定的极限值计算，并核实其一致性，对系统的电磁兼容有一定的预见性。主要缺点在于既有可能过储备设计，同时谋求解决的问题又不一定是真正存在的问题。系统法在产品的初始设计阶段对产品的每一个可能影响产品电磁兼容性的元器件、模块及线路建立数学模型，利用计算机辅助设计工具对其电磁兼容性进行分析预测和控制分配，从而打下良好基础。2020/1/12电磁兼容20EMC分析与设计方法电磁兼容性设计方法基本方法是指标分配和功能分块设计。即首先根据有关的标准把整体电磁兼容指标逐级分配到各功能块上，细化成系统级、设备级、电路级和元件级的指标。然后按照既定指标进行电磁兼容设计。2020/1/12电磁兼容21EMC分析与设计方法电磁兼容设计的具体内容分析系统所处的电磁环境选择频谱及频率制定电磁兼容要求与控制计划设备及电路的电磁兼容设计电磁兼容设计的主要参数敏感度门限和干扰允许值电磁干扰安全系数敏感度阈值失效干扰电平费效比2020/1/12电磁兼容22EMC分析与设计方法电磁兼容设计的要点抑制电磁骚扰源的设计要点抑制干扰耦合的设计要点对敏感设备的设计要点2020/1/12电磁兼容23EMC分析与设计方法电磁兼容设计的程序成立电磁兼容技术组，协调处理各种电磁兼容性事宜。制定电磁兼容大纲，规划各种电磁兼容计划，协调各种技术参数．选用分析适用的标准规范，对标准中的各项要求进行分析和选择删减或补充，以达到最佳费效比。分析设备或系统所处的电磁环境和提出电磁兼容性要求，正确选择设计的主攻方向确定频谱要求，协调频率配置，消除可能的干扰。拟订电磁干扰控制计划，对元器件、模块、电路采取合理的干扰抑制和防护技术。拟订电磁兼容性分析预测方案。制定电磁兼容性验证要求和试验计划。如果没有电磁兼容性技术基础，还要配备电磁兼容性技术专业人员及必要的设备对系统工程人员进行必要的电磁兼容性技术培训。2020/1/12电磁兼容24EMC分析与设计方法系统电磁兼容设计程序2020/1/12电磁兼容25EMC分析与设计方法设备电磁兼容设计流程2020/1/12电磁兼容26EMC测量与试验电磁兼容性测试的意义确保电磁兼容设计的正确性和可靠性，科学地评价设备的电磁兼容性能。找出设备设计及生产过程中在电磁兼容性方面的薄弱环节，为用户安装和使用设备提供有效的数据。电磁兼容分析与设计复杂，各种杂散发射千差万别，很难控制，因此其理论计算结果更加需要实际测量来检验。2020/1