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智能建筑环境之电磁兼容

发布于:2005-08-21 15:30:21 来自:电气工程/建筑智能化 [复制转发]
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.

关键词:智能建筑 intelligent building 电磁兼容 electromagnetic compatibility        电磁环境 electromagnetic environment 电磁干扰 electromagnetic interference  电磁辐射 electromagnetic radiation 自然噪声 natural noise           人工噪声 man-made noise  谐波 harmonic


正文:随着科技的进步及经济的发展,越来越多的电气、控制及通讯系统出现并逐渐成为我们日常工作、学习、生活中重要甚至是不可或缺的一部分。

在今天,通常建筑内设有如下系统:

1. 建筑设备自动化系统(BAS) 该系统将建筑物或建筑物群内的电力、照明、空调、给排水、动力、电梯、防灾、防盗、防暴力侵入、车库管理等设备或系统以集中监视、控制和管理为目的,运用先进的自动化仪表、仪器、计算机过程控制和网络通信技术构成一个综合的系统,达到优化设备运行、提高物业管理效率、增强建筑物的利用和服务功能、最大限度的节省能源和人力并对各类紧急事件做出快速反应。

2. 办公自动化系统(OAS) 该系统是应用计算机技术、通信技术、多媒体技术和行为科学等先进技术,使人们的部分办公业务借助于各种办公设备并由这些办公设备与办公人员构成服务于某种办公目标的人机信息系统。

3. 通讯及计算机网络系统(CNS) 该系统是基于综合布线系统(GCS)实现的建筑内的语音、数据、图像的传输,同时与外部通信网络(公用电话网、综合业务数字网、计算机互联网、数据通信网、卫星通信网等)相联。

我们将建有这些系统、且这些系统正常有序的工作,能为建筑的使用者提供便捷有效的服务的建筑称为智能建筑(IB)。

然而,我们发现在很多建筑中虽然拥有了门类繁多的智能系统,可是这些智能系统却不能正常、稳定的工作。究其原因虽然很多,但其中很重要且几乎是所有的建筑内都会存在的一个原因就是这些智能系统工作的环境不够理想,亦即由于受到各种电磁干扰而导致智能系统不能正常、稳定的工作。

这种例子其实在我们的生活中也很常见。例如在我们的家里相邻摆放的电视机跟电脑,当电脑工作时由于时钟信号及电脑采用的开关变频电源等产生高次谐波,于是电脑向空间发散出电磁波干扰电视机的接收信号;而电视机本机震荡会产生强烈的电磁骚扰向四周空间发射并可通过电源线将电磁骚扰传入电网,影响与电网相连的设备,此时电脑跟电视机两者既是电磁骚扰源,同时又遭受外部电磁骚扰的影响。
为了使二者能够在同一空间内同时正常的工作,我们可以通过合理的设计、恰当的放置,使二者彼此互不干扰,这时我们称电视机跟电脑两者在同一个空间内达到电磁兼容。怎样才能使得众多的系统及设备能够达到电磁兼容呢?为了更清楚的了解这个问题,我们首先要明确几个概念。

电磁骚扰:任何可能引起装置、设备或系统性能降低或者对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象;

电磁干扰:电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降;

电磁兼容性: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务构成不能承受的电磁骚扰的能力。

在明确了这几个基本概念之后,接下来我们看看在生活中都存在有哪些骚扰源。概括的说,能产生电磁骚扰的骚扰源可以分为两大类:自然骚扰源(自然噪声)及人工骚扰源(人工噪声)。自然骚扰源是自然界本身存在的电磁骚扰源,主要包括有闪电、太阳及宇宙射线。

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只看楼主 我来说两句抢地板
  • 布丁
    布丁 沙发
    电磁兼容的问题是个很重要的问题啊!现代化的智能化建筑必然要采用很电子设备,由于厂家的不同的技术力量不同,可能会出现很电磁干扰的现象,这个值得注意!
    2005-08-21 19:35:21

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  • 盗亦有道
    盗亦有道 板凳
    闪电:由闪电引起的冲击电流可高达100kA,上升时间仅几个微秒,此冲击电流在系统中可感应出高达100~200kV的浪涌电压,而与雷电伴生的雷电云其电场每米高达几十千伏,在导体端部可以引发静电放电,造成大气电磁骚扰(电磁噪声);
    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
    2005-08-21 15:30:21

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这个家伙什么也没有留下。。。

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