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电磁兼容emc应用及技术实例详解pdf免费版

  • 语言:中文
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编辑点评:电磁兼容emc应用及技术实例详解pdf

小编今天给大家带来的是电磁兼容emc应用及技术实例详解,系统地讲解了电磁兼容设计这门新技术,以及电磁兼容的相关标准与实施,对大家的学习这方面的内容非常的有用,感兴趣的欢迎下载学习哦

内容简介

本书从产品的设计和试验两条主线出发,系统地讲解了电磁兼容设计这门新技术,以及电磁兼容的相关标准与实施。在入门篇中通过各种电磁兼容试验,介绍了国家现行标准的试验技术,

使读者能够对电磁兼容技术有充分的认识;在提高篇中本着实用的目的深入浅出、循序渐进讲解了电磁兼容的各种技术手段,并且尽量避免了冗长的理论公式,使读者能够很轻松地掌握电磁兼容这门技术;

最后,在精通篇中本书通过一系列实例深化并补充了对电磁兼容标准和技术的理解。

相关内容部分预览

作者简介

在本书的编写过程中,固安信通铁路信号器材有限责任公司的潘广明工程师、张伯虎工程师、寇海军工程师和周新工程师提供了大量的技术案例,

北京市产品质量监督检验所电磁兼容检测室的武杰主任、刘广航工程师和刘堃工程师为本书提供了大量的测试实例。

常见电磁兼容(EMC)问题及解决办法

一般电子产品都最容易出的问题有:RE--辐射,CE--传导,ESD--静电。

通讯类电子产品不光包括以上三项:RE,CE,ESD,还有Surge--浪涌(雷击,打雷)

医疗器械最容易出现的问题是:ESD--静电,EFT--瞬态脉冲抗干扰,CS--传导抗干扰,RS--辐射抗干扰。

针对于北方干燥地区,产品的ESD--静电要求要很高。

针对于像四川和一些西南多雷地区,EFT防雷要求要很高。

如何提高电子产品的抗干扰能力和电磁兼容性:

1、 下面的一些系统要特别注意抗电磁干扰:

(1) 微控制器时钟频率特别高,总线周期特别快的系统。

(2) 系统含有大功率,大电流驱动电路,如产生火花的继电器,大电流开关等。

(3) 含微弱模拟信号电路以及高精度A/D变换电路的系统。

2、 为增加系统的抗电磁干扰能力采取如下措施:

(1) 选用频率低的微控制器

选用外时钟频率低的微控制器可以有效降低噪声和提高系统的抗干扰能力。同样频率的方波和正弦波,方波中的高频成份比正弦波多得多。虽然方波的高频成份的波的幅度,比基波小,

但频率越高越容易发射出成为噪声源,微控制器产生的最有影响的高频噪声大约是时钟频率的3倍。

(2) 减小信号传输中的畸变

微 控制器主要采用高速CMOS技术制造。信号输入端静态输入电流在1mA左右,输入电容10PF左右,输入阻抗相当高,高速CMOS电路的输出端都有相当的 带载能力,即相当大的输出值,

将一个门的输出端通过一段很长线引到输入阻抗相当高的输入端,反射问题就很严重,它会引起信号畸变,增加系统噪声。当 Tpd>Tr时,就成了一个传输线问题,必须考虑信号反射,阻抗匹配等问题。

信号在印制板上的延迟时间与引线的特性阻抗有关,即与印制线路板材料的介电常数有关。可以粗略地认为,信号在印制板引线的传输速度,约为光速的1/3到1/2之间。微控制器构成的系统中常用逻辑电话元件的Tr(标准延迟时间)为3到18ns之间。

在印制线路板上,信号通过一个7W的电阻和一段25cm长的引线,线上延迟时间大致在4~20ns之间。也就是说,信号在印刷线路上的引线越短越好,最长不宜超过25cm。而且过孔数目也应尽量少,最好不多于2个。

当信号的上升时间快于信号延迟时间,就要按照快电子学处理。此时要考虑传输线的阻抗匹配,对于一块印刷线路板上的集成块之间的信号传输,要避免出现Td>Trd的情况,印刷线路板越大系统的速度就越不能太快。

用以下结论归纳印刷线路板设计的一个规则:

信号在印刷板上传输,其延迟时间不应大于所用器件的标称延迟时间。

(3) 减小信号线间的交叉干扰

A 点一个上升时间为Tr的阶跃信号通过引线AB传向B端。信号在AB线上的延迟时间是Td。在D点,由于A点信号的向前传输,到达B点后的信号反射和AB线 的延迟,Td时间以后会感应出一个宽度为Tr的页脉冲信号。

在C点,由于AB上信号的传输与反射,会感应出一个宽度为信号在AB线上的延迟时间的两倍,即 2Td的正脉冲信号。这就是信号间的交叉干扰。干扰信号的强度与C点信号的di/at有关,与线间距离有关。当两信号线不是很长时,AB上看到的实际是两 个脉冲的迭加。

CMOS工艺制造的微控制由输入阻抗高,噪声高,噪声容限也很高,数字电路是迭加100~200mv噪声并不影响其工作。 若图中AB线是一模拟信号,这种干扰就变为不能容忍。如印刷线路板为四层板,

其中有一层是大面积的地,或双面板,信号线的反面是大面积的地时,这种信号间 的交叉干扰就会变小。原因是,大面积的地减小了信号线的特性阻抗,信号在D端的反射大为减小。特性阻抗与信号线到地间的介质的介电常数的平方成反比,

与介 质厚度的自然对数成正比。若AB线为一模拟信号,要避免数字电路信号线CD对AB的干扰,AB线下方要有大面积的地,AB线到CD线的距离要大于AB线与 地距离的2~3倍。可用局部屏蔽地,在有引结的一面引线左右两侧布以地线。

(4) 减小来自电源的噪声

电源在向系统提供能源的同时,也将其噪声加到所供电的电源上。电路中微控制器的复位线,中断线,以及其它一些控制线最容易受外界噪声的干扰。电网上的强干扰通过电源进入电路,即使电池供电的系统,电池本身也有高频噪声。模拟电路中的模拟信号更经受不住来自电源的干扰。

(5) 注意印刷线板与元器件的高频特性

在 高频情况下,印刷线路板上的引线,过孔,电阻、电容、接插件的分布电感与电容等不可忽略。电容的分布电感不可忽略,电感的分布电容不可忽略。电阻产生对高 频信号的反射,引线的分布电容会起作用,当长度大于噪声频率相应波长的1/20时,就产生天线效应,噪声通过引线向外发射。

印刷线路板的过孔大约引起0.6pf的电容。

一个集成电路本身的封装材料引入2~6pf电容。

一个线路板上的接插件,有520nH的分布电感。一个双列直扦的24引脚集成电路扦座,引入4~18nH的分布电感。

这些小的分布参数对于这行较低频率下的微控制器系统中是可以忽略不计的;而对于高速系统必须予以特别注意。

(6) 元件布置要合理分区

元件在印刷线路板上排列的位置要充分考虑抗电磁干扰问题,原则之一是各部件之间的引线要尽量短。在布局上,要把模拟信号部分,高速数字电路部分,噪声源部分(如继电器,大电流开关等)这三部分合理地分开,使相互间的信号耦合为最小。

(7) 处理好接地线

印刷电路板上,电源线和地线最重要。克服电磁干扰,最主要的手段就是接地。

对 于双面板,地线布置特别讲究,通过采用单点接地法,电源和地是从电源的两端接到印刷线路板上来的,电源一个接点,地一个接点。印刷线路板上,要有多个返回 地线,这些都会聚到回电源的那个接点上,就是所谓单点接地。所谓模拟地、数字地、大功率器件地开分,是指布线分开,而最后都汇集到这个接地点上来。与印刷 线路板以外的信号相连时,通常采用屏蔽电缆。对于高频和数字信号,屏蔽电缆两端都接地。低频模拟信号用的屏蔽电缆,一端接地为好。

对噪声和干扰非常敏感的电路或高频噪声特别严重的电路应该用金属罩屏蔽起来。

(8) 用好去耦电容

好 的高频去耦电容可以去除高到1GHZ的高频成份。陶瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好。设计印刷线路板时,每个集成电路的电源,地之间都要加一个去耦 电容。去耦电容有两个作用:一方面是本集成电路的蓄能电容,提供和吸收该集成电路开门关门瞬间的充放电能;另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典 型的去耦电容为0.1uf的去耦电容有5nH分布电感,它的并行共振频率大约在7MHz左右,也就是说对于10MHz以下的噪声有较好的去耦作用,对 40MHz以上的噪声几乎不起作用。

1uf,10uf电容,并行共振频率在20MHz以上,去除高频率噪声的效果要好一些。在电源进入印刷板的地方和一个1uf或10uf的去高频电容往往是有利的,即使是用电池供电的系统也需要这种电容。

每10片左右的集成电路要加一片充放电电容,或称为蓄放电容,电容大小可选10uf。最好不用电解电容,电解电容是两层溥膜卷起来的,这种卷起来的结构在高频时表现为电感,最好使用胆电容或聚碳酸酝电容。

去耦电容值的选取并不严格,可按C=1/f计算;即10MHz取0.1uf,对微控制器构成的系统,取0.1~0.01uf之间都可以。

3、 降低噪声与电磁干扰的一些经验

(1) 能用低速芯片就不用高速的,高速芯片用在关键地方。

(2) 可用串一个电阻的办法,降低控制电路上下沿跳变速率。

(3) 尽量为继电器等提供某种形式的阻尼。

(4) 使用满足系统要求的最低频率时钟。

(5) 时钟产生器尽量靠近到用该时钟的器件。石英晶体振荡器外壳要接地。

(6) 用地线将时钟区圈起来,时钟线尽量短。

(7) I/O驱动电路尽量靠近印刷板边,让其尽快离开印刷板。对进入印制板的信号要加滤波,从高噪声区来的信号也要加滤波,同时用串终端电阻的办法,减小信号反射。

(8) MCD无用端要接高,或接地,或定义成输出端,集成电路上该接电源地的端都要接,不要悬空。

(9) 闲置不用的门电路输入端不要悬空,闲置不用的运放正输入端接地,负输入端接输出端。 (10) 印制板尽量使用45折线而不用90折线布线以减小高频信号对外的发射与耦合。

(11) 印制板按频率和电流开关特性分区,噪声元件与非噪声元件要距离再远一些。

(12) 单面板和双面板用单点接电源和单点接地、电源线、地线尽量粗,经济是能承受的话用多层板以减小电源,地的容生电感。

(13) 时钟、总线、片选信号要远离I/O线和接插件。

(14) 模拟电压输入线、参考电压端要尽量远离数字电路信号线,特别是时钟。

(15) 对A/D类器件,数字部分与模拟部分宁可统一下也不要交叉。

(16) 时钟线垂直于I/O线比平行I/O线干扰小,时钟元件引脚远离I/O电缆。

(17) 元件引脚尽量短,去耦电容引脚尽量短。

(18) 关键的线要尽量粗,并在两边加上保护地。高速线要短要直。

(19) 对噪声敏感的线不要与大电流,高速开关线平行。

(20) 石英晶体下面以及对噪声敏感的器件下面不要走线。

(21) 弱信号电路,低频电路周围不要形成电流环路。

(22) 任何信号都不要形成环路,如不可避免,让环路区尽量小。

(23) 每个集成电路一个去耦电容。每个电解电容边上都要加一个小的高频旁路电容。

(24) 用大容量的钽电容或聚酷电容而不用电解电容作电路充放电储能电容。使用管状电容时,外壳要接地。

电磁兼容原理及其应用笔记

第一章 电磁兼容概述

[公式] 电磁兼容的基本概念

[公式] 电磁兼容性的概念

[公式] 电磁噪声与电磁干扰

电磁噪声是指不带有任何信息,即与任何信号都无关的一种电磁现象。电磁噪声的来源有自然界、机电设备或其他人为装置。电磁噪声通常是随机的,但也可以是周期性的。

电磁干扰则是指任何能够中断、阻碍、降低或限制通信电子设备有效能的电磁能量。

严格地说,噪声和干扰的含义是不同的,干扰指的范围更广。

[公式] 电磁兼容性

如何使处于同一电磁环境下的各种电气、电子设备或系统能够正常工作而又互不干扰,达到所谓的“兼容”状态。换句话说,电磁兼容是指电气、电子设备或系统的一种工作状态,在这种工作状态下,

它们不会因为内部或彼此间存在电磁干扰而影响其正常工作。而电磁兼容性则是指电气、电子设备或系统在预期的电磁环境中,按设计要求正常工作的能力。电磁兼容性包含以下两方面的含义:

设备或系统应具有抵抗给定电磁干扰的能力,并且具有一定的安全裕量,即它应不会因受到处于同一电磁系统中的其他设备或系统发射的电磁干扰而产生不允许的工作性能降低。

设备或系统不产生超过规定限度的电磁干扰,即它不会产生使处于同—电磁环境中的其它设备或系统出现超过规定限度的工作性能降低的电磁干扰。

[公式] 差模干扰和共模干扰

电磁兼容技术的一对基本概念是差模干扰和共模干扰。

[公式] 差模干扰

差模干扰的产生大多来自磁耦合或共模/差模转换。它与有用信号是串联的,会引起测量误差、误动作等等。

[公式] 共模干扰

共模电压不形成与有用信号串联的干扰电压,大的共模电压有可能在信号线和仪器外壳或线路中性点间引起表面闪络,也可能造成永久性的伤害。

[公式] 分贝单位的定义及换算关系

电磁兼容问题常用表征干扰发射和接收的电磁参数表示,如电压、电流、场强、功率等,这些量的取值范围非常大。感兴趣的相关量是干扰量与被干扰量的比值,或干扰被抑制的程度,

因此对电磁兼容的定量评价常用与被讨论量的比值来表示。因为在电磁兼容领域中这些参数的宽范围是常见的,所以常用分贝(dB)表示,分贝有压缩数据的特点,可以用来表示变化范围很大的数值关系。

用分贝表示可以使许多以10 为底的乘幂的比值有简单明了的表示。这种表示方法更大的优点是可以把相乘的比值变成简单的相加,因而能够采用某些概念,如信噪比等。

[公式] 功率的分贝定义

两个功率比值的dB定义为:

[公式]

其中,功率 [公式] 应采用相同的量纲。

需要说明的是,dB 仅为两个量的比值,是无量纲的。随着dB 表示式中的基准参考量的单位不同,dB 在形式上也带有某种量纲。如以 [公式] 作为基准功率,则式 [公式] 的分贝值就表示[公式] 功率相对于 

[公式] 的倍率,即以 [公式] 为 [公式] 。此时,以带有功率量纲的分贝 [公式] 表示 [公式] ,称为分贝瓦,所以:

[公式]

如果变更 [公式] 的量纲,则有以下关系式:

[公式]

[公式] 电压的分贝单位

电压的分贝单位定义为:

[公式]

类型 [公式] 有:

[公式]

[公式] 电流的分贝单位

电压的分贝单位定义为:

[公式]

同理有:

[公式]

[公式] 电场强度、磁场强度的分贝单位

电场强度 [公式] 的单位有 [公式] ,对应的分贝单位分别有 [公式] 。以 [公式] 表示时,它是以 [公式] 为基准的电场强度分贝数,即:

[公式]

磁场强度 [公式] 的单位有 [公式] ,对应的分贝单位分别有 [公式] 。以 [公式] 表示时,它是以 [公式] 为基准的电场强度分贝数,即:

[公式]

[公式] 电磁干扰三要素

形成电磁干扰必须同时具备以下三个因素:

电磁干扰源,指产生电磁干扰的元件、器件、设备、分系统、系统或自然现象;

耦合途径或称耦合通道,指把能量从干扰源耦合(或传输)到敏感设备上,并使该设备产生响应的媒介;

敏感设备或称被干扰设备、干扰接收设备,指对电磁干扰产生响应的设备。

由电磁干扰源发出的电磁能量,经过某种耦合通道传输至敏感设备,导致敏感设备出现某种形式的响应并产生干扰效果。这一作用过程及其效果,称为电磁干扰效应。

关于电磁干扰的耦合途径,一般分成两种方式,即传导耦合方式和辐射耦合方式。电磁干扰源通过其中的一种耦合方式或同时通过两种方式,对敏感设备进行干扰。

敏感设备是由不同电路原理、不同结构和不同器件组成的、具体的受干扰的电气设备,它们在同一电磁干扰作用下的响应程度差别很大,通常用敏感度来描述敏感设备对电磁干扰的响应程度。。

敏感度门限是指敏感设备最小可辨别的不希望有的响应信号电平,即敏感电平的最小值。敏感程度越高,表示干扰作用响应的可能性越大,即设备抗电磁干扰的能力越差。显然,电气设备的敏感度越高,对信号响应的电平越小,对电磁干扰作用影响性能的敏感度门限也越低。

在分析和设计电气设备的电磁兼容性,或解决出现的电磁干扰问题时,首先必须分清干扰源、耦合途径和敏感设备三个基本要素,其中前两个因素尤其难于寻找和分析。在复杂的电气设备中,有时一个元器件,

它既是干扰源,同时又被其它信号干扰;有时一个电路受许多干扰源的共同作用;有时干扰途径来自几个渠道,既有传导耦合,又有辐射耦合。

为了达到电气设备或系统的电磁兼容性,需要

尽量削弱干扰源;

抑制干扰耦合途径;

降低每个设备的敏感度。

[公式] 主要的电磁干扰源

[公式] 电磁干扰源的分类

电磁干扰源有许多种划分方法。

按功能划分:有功能性干扰源和非功能性干扰源;

按性质划分:有自然干扰源和人为干扰源;

按传输方式划分:有传导干扰源和辐射干扰源;

按频带划分:有窄带干扰源和宽带干扰源。

等等。功能性干扰源是指设备实现功能过程中造成对其它设备的直接干扰,如雷达、无线电通信;非功能性干扰源是指用电装置在实现自身功能的同时伴随产生或附加产生的副作用,如开关闭合或切断产生的电弧放电、继电器和汽车点火系统。

电磁干扰源通过传导或辐射形式施加电磁干扰。传导干扰是指可以用电路等效的无用的电磁能量,辐射干扰是指从电子设备或其连接线中泄漏到空间的无用的电磁能量。

[公式] 自然干扰源

自然干扰源包括大气噪声源、天声噪声源和元器件内部的热噪声源等。大气噪声源包括雷电放电和局部自然干扰源,天声噪声源包括太阳噪声和宇宙噪声。

[公式] 雷电放电

雷电是一种大气物理现象,更确切地说是伴随雷电产生的雷电电磁脉冲。雷电电磁脉冲是最为严重的自然电磁干扰源。

[公式] 雷电的产生及特点

雷云是积聚了大量电荷的云层。当雷云中电荷积累到一定程度,空间电场强度超过大气游离放电的临界电场强度(约 [公式] )时就会发生云间或对大地的放电,雷电就是由雷云放电引起的。对地面物体而言,起主要破坏作用的是雷云对大地(或接地物体)的放电。

雷电具有以下几个特点:

冲击电流大,其峰值范围为数 [公式] 至数百 [公式] ;

持续时间短,一般雷击分为先导放电和主放电两个阶段,其中主放电持续时间约 [公式] ;

雷电往往是多重的,同一放电通道中往往有多次放电尾随,放电之间的时间间隔约为 [公式] ;

频带宽,雷电冲击波的上升时间多为 [公式] ,雷电冲击波从极低频到 [公式] 都有能量分布,主要能量分布在[公式] 左右,高频分量随 [公式] 衰减。

来自雷电放电的大气干扰的传播取决于频率。在极低频,地波可以传播数百千米;电离层波也可传播非常远的距离。雷电的中频和高频分量的传播与相应频率的无线电信号传播相似。

[公式] 雷电的破坏作用

雷电的危害一般分为直接雷击和雷击感应。

当雷电流直接击中到地面或接地物体(如建筑物)时,大电流将产生强烈的热效应和电动力效应。雷电流流过导体时还将造成不同点之间严重的电位不均衡,在电子设备中造成干扰,也可能使绝缘闪络。同时,雷电放电辐射的电磁能量,对附近和远场点的电气和电子设备产生电磁干扰,对存放易燃物品的建筑物也易引起爆炸的危险。

雷击感应主要有静电感应和电磁感应两种。雷电放电时,先导通道中电荷所产生的静电场突然消失,会在其它导体上感应高电压,这就是静电感应。由于雷电流有极大的峰值和陡度,在它周围的空间产生变化的强大电磁场,处在此电磁场中的导体会感应出较大的电动势,这就是电磁感应。

对电子设备的危害主要是由雷击在电源和通信线路中感应的电压和电流浪涌引起的。

[公式] 局部自然干扰源

沙暴和尘暴是局部的自然干扰源。带电尘粒与导电表面或介质表面相撞后,分别带上不同极性的电荷,可能造成放电。

[公式] 天声噪声源

太阳噪声是主要的天声噪声源之一,有热噪声和非热噪声二种形式。处于静止期的太阳所发射的热辐射占据了整个无线电频段。在高于[公式] 的频段,由太阳表面(绝对温度为[公式] 左右)产生的黑体辐射所覆盖;在较低频段,由太阳的高温表层(色球层和光球层)提供绝大部分辐射。处于活动时期的太阳所产生的辐射与太阳黑子的面积及数目有关。剧烈活动的太阳将产生大于静止期太阳辐射[公式] 的辐射。太阳雀斑也是太阳噪声源的重要形式。

宇宙噪声来自非太阳系的外层空间。

[公式] 热噪声

热噪声是电阻一类导体或元器件中由于电子的布朗运动而引起的电噪声。在一定温度下,导体中电子与分子撞击会产生一个短暂的电流小脉冲。由于随机性,电流小脉冲的平均值为零。但电子的随机运动会产生一个交流成分,这个交流成分即为热噪声。从直流到微波范围,电阻热噪声具有均匀的功率谱密度。

[公式] 人为干扰源

随着科学技术的发展,人们不断地生产和应用各种用电装置,其中有些装置是用以专门辐射电磁能量的,例如,广播、通信、电视、雷达等无线电装置;还有些装置是无意地辐射电磁能量,例如,交通车辆、照明设备、输电线、工业、科学及医用电子设备等,这些有意或无意产生的电磁能量形成了人为干扰。

[公式] 开关操作

开关操作会产生电磁干扰,主要是由于开关在通或断的工作过程中会产生快速变化的电压和电流,这些浪涌电流和尖峰电压形成了干扰源。当开关触头间隙的场强大于介质的击穿场强时,就会发生放电;放电电流较大时,放电就转化为电弧放电。任何开关装置,在断开和闭合时都产生瞬变,在正常工作期间,会出现电弧。由于电弧的存在导致电极的发热,触点金属温度很容易达到金属的汽化点。电流过零时,电弧熄灭,间隙内金属微粒和空间电荷的存在使间隙的击穿电压很低,间隙电压的恢复将使电场迅速超过间隙放电所需的值,电弧就会重燃。由于开关触点要弹跳几次才能完全闭合,因此介质绝缘强度的部分恢复与间隙电压恢复之间的竞争,会使电弧出现多次熄灭与重燃,整个转换过程中的瞬态电压实际是由一群脉冲组成的。

[公式] 静电放电(ESD)

静电放电(ESD)即积累的静电电荷放电,是一种自然现象,也是一种有害的干扰源。当两种介质特性不同的材料发生接触或相互摩擦时,两者之间会发生电荷的转移,在材料表面会积累大量正电荷或负电荷。固体、液体甚至气体都会因接触分离而带上静电,飞机、车辆、用电设备以及人体都会积累电荷成为带电体。当电荷积累到一定量时,带电物体与其它物体接近时就会产生电晕放电或火花放电,形成静电放电干扰。在弹药、火工品及易燃易爆气体、粉尘等静电危险场所,因静电危害造成了许多燃烧、爆炸等恶性事故。

随着电子设备在电力系统中的广泛应用,静电放电也会对电子设备产生干扰。当带电体接触电子设备时,产生的放电电流造成噪声干扰,影响电子设备的正常工作,还可能导致设备的永久性损坏。大多数半导体器件都很容易受静电放电而损坏,特别是大规模集成电路器件更为脆弱,静电荷在物体上的累积往往使物体对地形成高电压,在附近形成强电场。很强的静电场会导致MOS 场效应器件的栅氧化层被击穿,使器件失效。另一种故障是静电放电脉冲的能量产生局部发热,使半导体局部熔断损坏。潜在性静电危害是一般静电危害中最棘手的问题,它不易被发现。在静电放电过程中会产生上升时间极快、持续时间极短的初始大电流,并产生强烈的电磁辐射形成静电放电电磁脉冲,其电磁能量往往会引起电子系统中敏感部件的损坏、翻转,或使保护装置误动。

[公式] 输电线路

随着输电线路电压等级的不断提高,高压输电线路所产生的电磁辐射对通信线路、广播电视、人体产生的影响,越来越受到人们的关注。

[公式] 工频电磁干扰

输电线路对通信线路的影响包括静电感应和电磁感应。由于静电耦合作用,输电线路的电场会在邻近的通信线路上产生感应电压,即静电感应。同样,输电线路的磁场也会在邻近的通信线路上产生感应电压。

[公式] 瞬态电磁干扰

在瞬态干扰方面,输电线路主要存在电晕放电和间隙击穿等问题。高压输电线路工作时,导线(电极)附近存在很强的电场。由于宇宙射线和其它作用,在导线表面附近空气中存在的大量的自由电子,在电场作用下加速撞击气体分子,使气体分子发生电离。电场强度越高,气体电离加剧。伴随着电离和复合等过程,辐射出大量光子,在黑暗中可以看到在导线附近空间有蓝色的晕光,同时还伴有咝咝放电声,这种特定形式的气体放电称为电晕放电。在工频电压的每半个周期内,当电场强度比较高时,就会产生电晕;当场强较低时,电晕放电就会熄灭。因此,电晕放电是以脉冲群的形式存在,脉冲群宽度为几毫秒,组成脉冲群的窄脉冲重复频率很高,宽度和上升时间为数纳秒。高压输电线路的导线、绝缘子和各种金具上较容易出现电晕。一般来说,交流线路的无线电干扰比直流线路的大。发生电晕放电时,会产生高频脉冲电流,而且会辐射出大量电磁波,造成对电子设备和无线电的干扰。随着输电线路电压的不断提高,延伸范围不断扩大,线路上电晕造成的无线电干扰已成为输电线路对外不可忽视的电磁干扰。在恶劣天气条件下,如雨天和雪天,电晕放电会大大加剧,高压电力传输线干扰电平可能提高10-20dB。随着电力线路的老化,干扰电平也会发生变化。

[公式] 无线电干扰源

无线电是指在自由空间(空气和真空)传播的电磁波,其频率范围为一个有限频带,上限频率为300GHz,下限频率较不统一。在各种射频规范中,常见的有种:3kHz-300GHz(ITU-国际电信联盟规定),9kHz-300GHz,10kHz-300GHz。

无线电技术是通过无线电波传播信号的技术,其原理在于导体中电流强弱的改变会产生无线电波。

一台发射机除了发射工作频带内的基波信号外,还带有谐波信号发射和非谐波信号发射,它们将对有限的频谱资源产生污染。

[公式] 电磁干扰的危害

电子设备和系统受强电设备干扰或系统内部的电磁影响,造成性能下降或不能工作的情况,是电磁干扰最为常见的危害。

概括而言,电磁能量对人类活动有三大危害:

电磁干扰会破坏或降低电子设备的工作性能;

电磁干扰能量可能引起易燃易爆物的起火和爆炸,造成武器系统的失灵、储油罐起火爆炸,带来巨大的经济损失和人身伤亡;

电磁干扰能量可对人体组织器官造成伤害,危及人类的身体健康。

[公式] 电磁干扰对电气、电子设备的危害

上述损坏效应归纳起来主要有:

高压击穿

当器件接收电磁能量后可转化为大电流,在高阻抗处也可转化为高电压,结果可引起接点、部件或回路间的电击穿,导致器件的损坏或瞬时失效。

器件烧毁或受瞬变干扰

除高压击穿外,器件因瞬变电压造成短路损坏的原因一般都归结于功率过大而烧毁,或PN 结的电压过高而击穿,无论是集成电路、存储器还是晶体管、二极管、可控硅等都是一样的。

电涌冲击

对有金属屏蔽的电子设备,即使壳体外的微波能量不能直接辐射到设备内部,但是在金属屏蔽壳体上感应的脉冲大电流,像浪涌一样在壳体上流动,壳体上的缝隙、孔洞、外露引线一旦将一部分浪涌电流引入壳内设备,就足以使内部的敏感器件损坏。

影响电路正常工作

电磁干扰对低压电子电路有较大影响。

[公式] 电磁能量对易燃易爆装置的危害

电磁波通过电爆装置的控制线路,感应耦合形成干扰电流可引起爆炸。可能干扰电爆装置,使其误引爆。电磁波对电引爆器构成严重威胁的例子举不胜举。

[公式] 电磁干扰对燃油的危害

各种燃油在强电磁场作用下有发生燃烧和爆炸的危险。一般的常见事故有三种情况。

直接照射

试验表明,燃油蒸汽在电磁波频率为2MHz-13MHz 范围发射天线辐射的电磁波照射下,如果发射功率为100W,天线与燃油距离为11.5m-75m 之间就会发生自燃而引起爆炸。

电火花点燃

在大功率发射天线周围给飞机加油时,在特定条件下当油枪嘴从飞机油箱中抽出来的瞬间会引起爆炸。

静电放电

当易挥发的燃油装在密封的油罐车中运输时,由于燃油在车罐内晃动摩擦会造成电荷积累,产生静电放电。

[公式] 电磁能量对人体的危害

电磁能量通过对人体组织器官的物理化学作用会产生有害的生理效应,造成较严重的危害。电磁辐射对人体的危害表现为热效应和非热效应两方面。

电磁兼容emc应用及技术实例详解pdf截图

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