电磁兼容原理与应用
(第1讲)
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1 概述
1.1 引言
Electromagnetic Interference，EMI
电气和电子设备在正常运行的同时，也往外发射有用或无用的电磁能量，这些能量会影响其它设备的正常工作，这就是电磁干扰。
Electromagnetic Compatibility，EMC
对电磁干扰进行分析、设计和验证测试的学科领域就是电磁兼容。
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例子
某办公设备制造商将新型复印机的第一台样机放在总部办公室了，一个主管发现当有人在复印时，大厅里的时钟有时会复位，或者发生一些怪事。
原因：复印机功率调节电路中的SCR整流，含有陡变电流，频谱成分也很丰富，并能通过复印机的交流电源线耦合出去，进入建筑物内的公共电网。
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例子
1967年7月29日，美国Forrestal航空母舰驶离北部越南的海岸，甲板上停留了众多加满燃油的歼击机，机上装载了1000磅的炸弹，还有空对空导弹和空对地导弹。
其中一枚导弹不经意间被发射，击中了另一架飞机，造成油箱爆炸，死亡了134名现役军人。
原因：大功率搜索雷达在屏蔽连接器的接触片两端产生的射频（RF）电压导致了这场灾难。
由此美国军方率先提出电磁兼容，成为EMC技术发展的开端。
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生物效应
人也是一种自然界产生电场和磁场的源。
心电图（ECG）指示人的心脏的功能。
典型的ECG信号峰值约为1mV、重复率每分钟45—150次。
脑电图（EEG）由脑细胞的电信号建立。
典型的EEG信号约为30uV—50uV、阿尔法律动约10Hz左右。
研究人类和其他生物系统连续暴露在低强度的电场或电磁场中的效应，也是现代流行的很活跃的研究领域。
这些场会在人体内感生出电流。
人体细胞组织中的小磁性粒子能够受到外来时变场的力矩作用。
这有可能影响生物系统的反馈功能，诸如一些通道的开启和关闭，以及由此影响到细胞的行为。
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1.2 电磁兼容的基本概念
1）设备或系统应具有抵抗给定电磁干扰的能力，并且有一定的安全余量，即它应不会因受到处于同一电磁环境中的其它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。
2）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。
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我国的定义（国家标准）：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰能力。
IEEE的定义：一个装置在其所处的电磁环境中满意地工作，同时又不产生超过规定值的电磁骚扰。
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91.2.2 差模干扰与共模干扰¾差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，这种干扰直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。
差模干扰主要由空间电磁场在信号间耦合
感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成。
10共模干扰
共模干扰是信号对地的电位差，出现于信号芯线和中性线（例如测量接地线）之间。
主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。
共模电压有时较大。
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，一般情况下将造成永久性的损害。
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共模/差模转换
当信号电路与地回路之间有多点相连时，共模电压将在来、去引线中驱动出不同的电流，它们在阻抗上引起不同的电压降。
来、去引线上具有不同的对地电压，从而在接收机的输入端产生了差模干扰电压，即出现了共模/差模转换。
1.2.3 分贝单位的定义及换算关系分贝具有压缩数据的特点，如108的电压范围是160dB。
EMC中各种干扰电压、电流、场强、功率、功率密度的跨度范围是很大的，所以EMC单位用分贝来表示。
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。
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1.3 主要的电磁干扰源1.3.1 电磁干扰源的分类
自然干扰源
雷电放电
局部自然干扰源
天声噪声源
热噪声人为干扰源
开关操作
静电放电（ESD）
输电线路
无线电干扰源
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雷电照片
1.3 主要的电磁干扰源1.3.1 电磁干扰源的分类
自然干扰源
雷电放电
局部自然干扰源
天声噪声源
热噪声人为干扰源
开关操作
静电放电（ESD）
输电线路
无线电干扰源
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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。
1.3 主要的电磁干扰源1.3.1 电磁干扰源的分类
自然干扰源
雷电放电
局部自然干扰源
天声噪声源
热噪声人为干扰源
开关操作
静电放电（ESD）
输电线路
无线电干扰源
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日珥
太阳黑子
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1.3 主要的电磁干扰源1.3.1 电磁干扰源的分类
自然干扰源
雷电放电
局部自然干扰源
天声噪声源
热噪声人为干扰源
开关操作
静电放电（ESD）
输电线路
无线电干扰源
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热噪声是电阻一类导体或元器件中由于电子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。
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1.3 主要的电磁干扰源1.3.1 电磁干扰源的分类
自然干扰源
雷电放电
局部自然干扰源
天声噪声源
热噪声人为干扰源
开关操作
静电放电（ESD）
输电线路
无线电干扰源
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开关操作
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。
开关中的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。
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静电放电（ESD）
9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。
9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。
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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。
广播电视、通讯工具、空中交通管理雷达、远程导航仪器等先进设备，它们的发射机发射很强的电磁波。
对于它们相应的接收设备来说，这些电磁波是传送信息的重要载体，但是对于其它各种电子仪器和设备来说却是无用而有害的干扰源。
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1.4 电磁干扰的危害
1.4.1 电磁干扰对电气、电子设备的危害
1.4.2 电磁能量对易燃易爆装置的危害
1.4.3 电磁干扰对燃油的危害
1.4.4 电磁能量对人体的危害
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第1章小结
电磁兼容的含义
共模干扰、差模干扰、共模－>差模
分贝的定义和换算
电磁干扰三要素：干扰源、途径、敏感设备自然干扰源
人工干扰源
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2 电磁干扰传输和耦合理论2.1 电磁干扰的传输途径
传导传输方式（传导耦合）：路对路的耦合
辐射传输方式（辐射耦合）：场对路的耦合
z传导耦合：
在干扰源和敏感器之间有完整的电路连接，
包含电阻性、电容性、电感性三种；
z辐射耦合：
（1）电磁波被天线接收，称为天线耦合；
（2）空间电磁场对导线感应，称为场对线耦合；
（3）空间电磁场对闭合回路的耦合，称为闭合回路耦合。
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（1）电吹风机产生射频噪声，
方式通过电视机天线耦合；（2）射频噪声还在电视机的电源线中感应，再以传导方式
进入电视机；
（3）吹风机还在电源中产生高频谐波和尖脉冲波，通过连
接导线以传导耦合方式使电
视机受到干扰。
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41电容性干扰例子
（1
）导线对导线的电容性耦合
导线1为干扰源，其对地电压为
U1＝10V ，干扰源的频率f ＝
10MHz ，导线2所在的干扰接收
电路中接有一负载R 。
导线1和导
线2的直径均为d ＝2mm ，两导线
相距a ＝20mm ，导线离地面高度
h ＝10mm。