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工程电磁兼容ElectroMagneticCompatibility任课教师：杜明星2012年2月2一、课程简介课程名称：英文名称：课程代码：课程类别：学分：总学时：先修课程：0课程说明考试课；期末考试占80％，平时成绩占20％。电路、微机原理及接口技术、电力电子技术、电力电子装置及控制考核方式及各环节所占比例：161专业课0462146ElectroMagneticCompatibility工程电磁兼容3二、课程内容0课程说明第一章绪论（2学时）第二章传导干扰（2学时）第三章辐射干扰（2学时）第四章接地与搭接（2学时）第五章屏蔽（2学时）第六章滤波（2学时）第七章抗干扰电路及元件（2学时）第八章电磁兼容的仿真及测量（1学时）第九章实际大功率计算机控制系统的电磁兼容设计举例（1学时）4在复杂的电磁环境中，每台电子、电气产品除了本身要能抗住一定的外来电磁干扰保持正常的工作以外，还不能产生对该电磁环境中的其他电子、电气产品所不能容忍的电磁干扰，或者说，既要满足有关标准规定的电磁敏感度极限值要求，又要满足其电磁发射极限值要求，这就是电子、电气产品电磁兼容应当解决的问题，也是电子、电气产品要通过电磁兼容认证的必要条件。一、电磁兼容的概念第一章绪论电磁兼容（EMC，ElectroMagneticCompatibility）含义：简言之，就是指在同一电磁环境中的上述各种设备都能正常工作又互不干涉，达到“兼容”状态。5一、电磁兼容的概念第一章绪论1、电磁干扰的危害：（1）电磁干扰对设备的危害（2）电磁场对人体的危害移动电话、收音机等设备影响导航系统的正常运行；雷击引起的浪涌电压，属于高能电磁干扰，具有很大的破坏力。电磁干扰也可能影响到生物电假肢的正常工作。70年代在美国曾出现过类似事故。一位戴生物电控制假肢的骑摩托车者，当行驶至某高压送电线下方时，由于假肢系统受电磁干扰而失控，后果是人仰车翻。；手机的辐射功率被大脑吸收，长时间使用会对大脑产生一定危害（尚无定论，仅为统计结果）。6一、电磁兼容的概念第一章绪论2、电磁干扰的定义：（1）电磁骚扰电磁骚扰(EMD，ElectroManneticDisturbance)是“任何可能引起装置、设备或者系统性能降级或对有生命或无生命物质产生作用的电磁现象”。（2）电磁干扰电磁干扰(EMI，ElectroManneticInterference)是“电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降”。电磁干扰是由电磁骚扰引起的后果。电磁骚扰是一种物理现象，可能引起设备性能的降级或损害，但不一定形成后果。7一、电磁兼容的概念第一章绪论3、电磁干扰源的分类：传播途径传导干扰辐射干扰电耦合磁耦合电磁耦合近区场感应耦合远区场感应耦合频带窄带干扰宽带干扰实施者的主观意向有意干扰源无意干扰源干扰源性质自然干扰人为干扰8一、电磁兼容的概念第一章绪论3、电磁干扰源的分类：按干扰频率范围分，可细分为5种，如下表所示：分类频率范围典型电磁干扰源工频及音频干扰源50Hz及其谐波输电线；电力牵引系统；有线广播甚低频干扰源20kHz以下雷电等载频干扰源10～300kHz高压直流输电高次谐波；交流输电及电气铁路高次谐波射频、视频干扰源300kHz～300MHz工业、科学、医疗设备；电动机；照明电气；宇宙干扰微波干扰源300MHz～100GHz微波炉；微波接力通信；卫星通信9一、电磁兼容的概念第一章绪论4、电磁干扰的三要素：电源敏感设备电磁干扰源耦合途径（传输通道）敏感设备指产生电磁干扰的任何元件、器件、设备、系统或自然现象。指将电磁干扰能量传输到受干扰设备的通道和媒介。指受到电磁干扰影响，或者说对电磁干扰发生响应的设备。10一、电磁兼容的概念第一章绪论5、自然干扰：宇宙干扰雷电干扰大气干扰指来自太阳系、银河系及河外星系的电磁骚扰，主要包括太空背景噪声和太阳、月亮、木星等发射的无线电噪声。指由夏季本地雷电和冬季热带地区雷电放电所产生。指除雷电放电外大气中的尘埃、雨点、雪花、冰雹等微粒在高速通过飞机、飞船表面时，由于相对摩擦运动而产生电荷迁移从而沉积静电，当电势升高到1MV时，就发生火花放电、电晕放电。热噪声指处于一定热力学状态下的导体中所出现的无规则电起伏，它是由导体中自由电子的无规则运动引起的。11一、电磁兼容的概念第一章绪论6、人为干扰：有意发射干扰源为了保证一定的作用距离，这些设备具有高功率的发射机，向空间发射大量的电磁能量。特点主要表现在：这些无线电发射设备，均按无线电管理的有关规定，工作在制定的频段上，以抑制各无线系统间的相互干扰，这些设备的发射功率及工作频率可人为地予以规定及限制，而且辐射能量的空间分布是由发射天线的方向性决定的。广播（包括调频广播）和电视发射台的数量多，发射功率大而且发射天线高，发射的电磁能量覆盖很广的区域，广播与电视发射对环境所造成的电磁污染比同功率的其他工业干扰源要大的多。12一、电磁兼容的概念第一章绪论6、人为干扰：无意发射干扰源用于工业、科学、医疗及生活中的高功率设备。主要种类有：汽车等机动车辆。其他一些无意发射设备。静电放电干扰。核爆炸电磁脉冲。13二、电磁兼容技术的发展第一章绪论1、电磁兼容技术发展史1866年，第一台发电机发电，利用电磁效应工作的电气设备越来越广泛，造成电磁环境的“污染”。1823年，安培提出了电流产生磁力的基本定律。1831年法拉第发现电磁感应现象。1840年，美国人亨利成功地获得了高频电磁振荡。1864年，麦克斯韦综合了电磁感应定律和安培全电流定律，总结出麦克斯韦方程，提出位移电流的理论。1881年，英国科学家希维赛德发表了“论干扰”的文章，标志着研究干扰问题的开端。1888年，德国物理学家赫兹首创了天线，第一次把电磁波辐射到自由空间，同时又成功接收到电磁波，用实验证实了电磁波的存在，从此开始了对电磁干扰问题的实验研究。1889年，英国邮电部门研究了通信中的干扰问题，使干扰问题的研究开始走向工程化和产业化。19世纪的发展历程14二、电磁兼容技术的发展第一章绪论1、电磁兼容技术发展史20世纪以来，随着通信、广播等无线电事业的发展，人们逐渐认识到需要对各种电磁干扰进行控制。20世纪40年代，为了解决飞机通信系统受到电磁干扰造成飞行事故的问题，开始较为系统地进行电磁兼容技术的研究。1945年开始，美国颁布了一系列电磁兼容方面的军用标准和设计规范，电磁兼容技术进入新的阶段。20世纪60年代，信息高速公路和高速计算机技术成为人类社会生产和生活的主导技术，电磁兼容获得空前发展。20世纪70年代，电磁兼容技术逐渐成为非常活跃的学科领域之一。20世纪80年代，美国、德国、日本、前苏联和法国等经济发达国家在电磁兼容研究和应用方面达到了很高的水平。从1996年1月1日开始，欧洲共同体12国和欧洲自由贸易的北欧6国共同宣布电磁兼容性许可制度，使电磁兼容性认证与电工电子产品安全认证处于同等重要的地位。20世纪的发展历程15二、电磁兼容技术的发展第一章绪论2、我国电磁兼容技术发展我国过去的工业基础比较薄弱，电磁环境危害尚未充分保露，对渐次兼容认识不足。1966年由原第一机械工业部制定的部级标准JB-854-66《船用电气设备工业无线电干扰端子电压测量方法与允许值》1983年，发布了第一个国家电磁兼容标准（GB/T3907-1983）《工业无线电干扰基本测量方法》。1984年，中国通信学会、中国电子学会、中国铁道学会和中国电机工程学会在重庆召开了第一届全国性电磁兼容学术会议。1992.5，中国电子学会和中国通信学会在北京成功地举办了“第一届北京国际电磁兼容学术会议（EMC’92/Beijing）”。1986年，我国成立了“全国无线电干扰标准化技术委员会”（简称无干委）。2001.12，国家发布了《强制性产品认证管理规定》，“ChinaCompulsoryCertification”，简称为“3C”认证。该规定里包含电磁兼容性认证。16三、电磁兼容性的实施第一章绪论1、技术措施为了实现系统内、外的电磁兼容，需从技术上和组织上两方面采取措施。从分析电磁干扰三要素（即干扰源、耦合途径和敏感设备）入手，采取有效的技术手段：抑制干扰源，减少不希望有的发射；消除或减少干扰耦合；增加敏感设备的抗干扰能力，削弱不希望的响应。2、组织措施为了抑制干扰实现电磁兼容，国际上成立了一系列的组织，还有各国政府及军事部门等，它们制定了一系列电磁兼容标准、规范和频谱分配，规定了干扰发射的极限值，限制各种设备发射出超过标准的干扰，并使各种系统在制定的频域、时域及空域上工作，尤其是推行强制性电磁兼容认证，以保证电磁兼容的有效实施。17三、电磁兼容性的实施第一章绪论电磁兼容的控制技术1、传输通道抑制：具体方法有滤波、屏蔽、搭接、接地、合理布线。2、空间分离：地点位置控制、自然地形隔离、方位角控制、电场矢量方向控制。3、时间分离：时间共用准则、主动时间分隔、被动时间分隔等。4、频谱管理：频谱规划/划分、制定标准规范、频率管制等。5、电气隔离：变压器隔离、光电隔离、继电器隔离、DC/DC变换等。6、其他技术。18四、电磁兼容技术术语第一章绪论1、一般术语设备（equipment）设备是指作为独立单元进行工作，并完成单一功能的任何电气、电子或机电装置。分系统（subsystem）从电磁兼容性要求的角度考虑，下列任一状况都可以认为是分系统：①作为整体起作用的许多装置或设备的组合，但并不要求其中的装置或设备独立起作用；②作为在一个系统内起主要作用并完成单项或多项功能的许多设备或分系统的组合。19第一章绪论1、一般术语系统（system）系统是指“若干设备、分系统、专职人员及可以执行或保障工作任务的技术组合”。系统分系统设备设备设备分系统设备设备设备分系统设备设备设备系统、分系统、设备关系图四、电磁兼容技术术语20第一章绪论1、一般术语电磁兼容性（electromagneticcompatibility）是指在不损失有用信号所包含的信息条件下，信号和干扰共存的能力。标准（standard）/建议（recommendation）标准和建议是能够被重复和连续地使用，由认可的标准化组织批准的一套技术规范，其符合性不是强制性的而是推荐性的。IEC对标准所下的定义为：标准是为了促进国际贸易，对某个技术领域达成国际一致意见的公开文档。一致意见是根据批准和出版国际标准的严格程序得到的。四、电磁兼容技术术语21第一章绪论1、一般术语技术规范（technicalspecification）技术规范在详细内容和完整性方面近似标准，因为未达成一致意见或还不成熟，为通过批准程序。技术报告（technicalreports）除了未达成一致意见外，技术报告还具有以下特点：①所涉及的内容仍处于技术发展阶段，不适于作为国际标准出版，但将来有可能成为国际标准；②将某个标准化组织的标准作为资料出版；③包含与将要出版的国际标准不同内容的信息，例如特定技术领域的技术水平的调查信息。四、电磁兼容技术术语22第一章绪论1、一般术语工业、科学、医疗仪器（industrialscientificandmedical（ISM）equipment）按工业、科学、医疗、家庭或类似用途的要求而设计，用以产生并局部使用无线电频率能量的设备或装置，不包括用于通信领域的设备。电磁环境（electromagneticenvironment）存在于给定场所的所有电磁现象的综合。“给定场所”即“空间”，“所有电磁现象”包括了全部“时间”与全部“频谱”。四、电磁兼容技术术语23第一章绪论2、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。自然噪声（naturalnoise）是由自然电磁现象产生的电磁噪声。人为噪声（man-madenoise）是由机电或其他人造装置产生的噪声。无线电噪声（radionoise）是射频频段内的电磁噪声