要:随着越来越多的电气、电子系统出现并应用在我们的生活中,我们也便越来越频繁的被迫使着去面对一个问题――电磁干扰。由于各类电气、电子系统在工作的同时不可避免的会产生电磁骚扰,因此怎样才能使得在同一空间内工作的电气、电子系统能达到电磁兼容以实现良好工作便成为了我们不得不认真研究的一个课题。
With the rapid development of electrical and electronic products in context with the living, we are obligated to face up a very serious problem engendered from the extensive uses of those products, - “The Electromagnetic interference”. It occurs and impacts on each other when various electrical and electronic systems working. Therefore, the solution about how to achieve the integrated electromagnetic compatibility in one spatial area becomes a subject for us to research and discuss potentially.
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太阳及宇宙射线:由于太阳磁暴造成电离层变动,引起电波传播的衰落起伏,影响短波和超短波通信。
而人工骚扰源则种类众多,大致可分为如下几类:
静电放电:人为静电放电的放电脉冲可高达数千伏,对人身和设备都会造成骚扰及损害,也可引起油罐爆炸、集成电路失效;
核电磁脉冲:由核爆炸引起的电磁脉冲同时释放出X射线和伽马射线,核电磁脉冲上升时间约为10纳秒,持续时间约为600纳秒,场强高达每米50kV,足以对系统的电子设备构成破坏力;
电气、电子系统电磁骚扰源,此类电磁骚扰源是日常生活中遇到的最多的骚扰来源,具体分析又可细分为:
a.汽车点火系统:汽车点火系统在火花放电时产生电磁骚扰,其频率主要集中于电视频段和超短波通信频段;
b.高压电力线:来自超高压输电线路及绝缘子表面放电,其频谱主要分布在中短波频段,通常在30MHz以下;
c.工业、医学、科研使用的变频设备:包括感应加热、微波加热、高频焊接、高频医疗器械等,是城市中重要的骚扰源,其频谱分布从低频、高频直至超高频、微波频段;
d.数字电路装置:包括电脑、程控交换机、工业程序控制器、电子仪器等,由于电子电路的开/关过程产生快速脉冲电流,由此产生的电磁骚扰其频谱从数十赫到数百兆赫;
e.高频振荡回路:包括发射机、接收机及时钟本振频率等基频及其谐波,由几十千赫到几百兆赫;
f.电网开关操作及晶闸管导通过程:开/关过程会形成强烈的电流脉冲,在电网线路上形成严重骚扰,其频谱主要在中波、短波及超短波;
g.电网电压波动:由于供电电网的暂时跌落以致中断或者大容量负荷的突然变更、各相电压间的瞬时不平衡等都将导致电压波形畸变,伴随高次谐波产生,其骚扰频谱从几百赫到几十千赫,且能量巨大,可对与电网相连的电子电器设备产生骚扰或引起误动作;
h.家用电器骚扰(包括微电机、控制器、定时器等):由于电机换向器换向过程及定时器的开关动作均会对电网形成骚扰,其骚扰频谱从几十千赫到数百兆赫。
在分析了解了生活中存在的各类骚扰源之后,下一个要研究的问题就是:骚扰源是怎样干扰系统正常工作的呢?
通过对各类骚扰源的分析我们知道,每一类骚扰源都具有其固有的频率(频段),当系统的工作频率(频段)与电磁骚扰源的频率(频段)有较大的间隔时,系统将不会受到电磁干扰;而当系统的工作频率(频段)与电磁骚扰源的频率(频段)相同或相近时,系统的正常工作就将受到干扰。干扰的产生必须具备三个要素:干扰源、干扰途径、受扰目标。各类干扰其实质归根结底都是电磁波,因此电磁波传播的途径也即是干扰途径,共有以下三种:
辐射:骚扰源如果不是在一个全封闭的金属外壳内,它就可以通过空间向外辐射电磁波,其辐射场强取决于装置的骚扰电流强度、装置的等效辐射阻抗以及骚扰源的发射频率,如果骚扰源的金属外壳带有缝隙与孔洞,则辐射的强度跟骚扰波长有关,当孔洞的大小与波长可比拟时,则可形成骚扰子辐射向四周辐射;
传导:骚扰源可通过与其相连的导线向外部发射,也可通过公共阻抗或接地回路耦合,将骚扰带入其它回路;
感应耦合:感应耦合是介于辐射途径与传导途径之间的第三条途径,当骚扰源的频率很低时其辐射能力相当有限,若骚扰源也不直接同其它导体连接,此时电磁骚扰能量可通过与其相邻的导体产生感应耦合将电磁能转移到其它导体上。
我们通过分析干扰产生的三要素可以显而易见,减少干扰源、截断干扰途径、提高受扰目标的抗干扰性能均可降低干扰的产生及对系统的影响。在实践中我们通常采用的措施是:
1. 滤波,通过抑制系统中的各类谐波及过电压以减少干扰源
建筑内存在有大量产生高次谐波的电气设备及电气元件,如气体放电灯及电子整流器、计算机显示器、不间断电源、整流器、电机变频调速器及软起动器等。大量的谐波是产生电磁骚扰的主要因素之一,而且谐波除了产生电磁骚扰外还将带来诸多不利影响,如:产生过高的中线电流;造成电网线路及设备过热甚至绝缘损坏引燃;使电网功率损耗增加;电网质量下降;过高的频率导致集肤效应显著,使得导体的载流量降低;在相邻的铁磁材料中产生磁感应,并在导电材料中产生热量损耗,亦即磁滞损耗;在相邻金属材料中感应的电压及由此而产生的电流与流过导体的电流频率成正比,这种损耗称为涡流损耗,谐波导致更大的涡流损耗;使并联电容器的容抗因频率的增加而减小从而使电容器过电流发热最终导致电容器击穿;
异频的谐波电压和电流形成的无功损耗称为畸变功率,畸变功率导致系统功率因数减小且无法以通常的无功功率补偿方
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