論電工技術(shù)領(lǐng)域中的電磁兼容

黃光輝,黃 丹

（內(nèi)江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，641000）

0 引言

電磁兼容（EMC）是指各種電氣設(shè)備在包圍的電磁環(huán)境中能正常工作并且不對該環(huán)境造成影響，換言之即電磁干擾在不破壞信息傳遞的情況下與有用信號同時工作。從定義中可以看出EMC包括兩點要求：一是指設(shè)備在常規(guī)運轉(zhuǎn)過程當中所產(chǎn)生的電磁干擾在極限范圍內(nèi)；第二點是指電氣設(shè)備對所在環(huán)境中的電磁干擾具備抗擾性。在日常的電氣使用過程中人們只有發(fā)現(xiàn)電氣出問題后才意識到電磁環(huán)境的嚴重程度。因此在電工領(lǐng)域EMC的設(shè)計成為電氣系統(tǒng)設(shè)計當中的重要環(huán)節(jié)。

通常而言，電氣設(shè)備出現(xiàn)故障主要由三方面的原因?qū)е拢和话l(fā)類、老化類和隨機類。其中隨機類是指設(shè)備在使用過程中的某段時間出現(xiàn)故障但有能自行恢復(fù)的現(xiàn)象，這一類故障也是最主要的故障。但是如果電氣設(shè)備環(huán)境出現(xiàn)磁場干擾太大，其他兩類故障也會隨之發(fā)生。EMC設(shè)計是指就隨機類故障頻發(fā)的現(xiàn)象進行分析、改進，從而提高電器設(shè)備的安全性和可靠性，進一步對設(shè)備的調(diào)試、維修等更加便捷。如果設(shè)計中用E表示EMC的設(shè)計目標，那么目標和時間約束可以用下列關(guān)系式進行表示

E=[X1,X2,X3,X4]T (1)

在該等式中X1、X2同時滿足E的約束條件（進行可行性設(shè)計需要以滿足某些設(shè)計限制為條件，這些限制統(tǒng)稱為總約束）。

X1)產(chǎn)生干擾的約束;

X2)傳播干擾的約束;

X3)接收干擾的約束;

X4)干擾的產(chǎn)生、傳播和接收三者在時間一致性的約束。

在電磁干擾環(huán)境下，干擾的產(chǎn)生、傳播、接受不可能消除，但是從等式中可以看出以滿足EMC設(shè)計目標要求為條件對干擾進行限制，即進行一定程度的限制從而完成EMC的可行性設(shè)計。

1 EMC 問題的起源及現(xiàn)狀

EMC問題的出現(xiàn)是伴隨著電工技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的。在傳統(tǒng)EMC中主要通過抑制通信系統(tǒng)中的無線電波中的電磁干擾的方式來解決該問題。但是現(xiàn)代EMC問題中除了通信系統(tǒng)外還有非通信系統(tǒng)。如各類電子設(shè)備、計算機、家電產(chǎn)品等等在生產(chǎn)過程、運輸及管理過程等環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題。能反映技術(shù)的現(xiàn)今與否最先是在軍事領(lǐng)域，當然EMC問題也首先在軍事領(lǐng)域得到反映。二戰(zhàn)期間，美國軍隊在探討EMC問題的基礎(chǔ)上制訂了無線電干擾。1946年期間通過多次測試美國國家標準協(xié)會頒布人類史上第一個標準民用無線電干擾儀器C63.1。二戰(zhàn)結(jié)束以后EMC技術(shù)的發(fā)展是推動軍事力量發(fā)展的主要動力。60年代起，EMC程序逐步擴展到軍事材料的各領(lǐng)域。美國在這時期成立了EMC分析中心和制定了EMC計劃。70-80年代時期，EMC技術(shù)擴展到商業(yè)領(lǐng)域，如出現(xiàn)電動工具干擾家庭娛樂系統(tǒng)、電控大門被開啟等等。90年代以來EMC技術(shù)受到越來越多的人的關(guān)注，在日常中如果手機、個人電腦被處于開機狀態(tài)被帶上飛機會對飛機的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)造成信號干擾，甚至?xí)斐娠w機失事。1996年我國主辦了第四屆全國電磁兼容學(xué)術(shù)會議。參加本次會議的人有上百人，100多篇相關(guān)學(xué)術(shù)論文在會上進行交流，論文涉及到EMC的各方面。

2 EMC問題對策原則及措施

找出電氣設(shè)備、電工產(chǎn)品等各種電磁干擾是解決EMC問題的第一步，也是提高電產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵。宏觀上看電磁干擾主要來自四個方面，如圖1所示：

圖1 干擾來源示意圖

圖1 中，箭頭為雙向箭頭，即任何一種電氣設(shè)備都肯能會產(chǎn)生或者接受EMC信號，并且還會傳輸給其他設(shè)備。電磁干擾的四個方面主要是 ：電磁輻射 E（f）、信號傳導(dǎo) S（f）、電源傳導(dǎo) P（f）以及干擾地線傳導(dǎo) G（f）。電磁干擾與信號發(fā)出的頻率相關(guān)，因此我們可以把干擾當作頻率的函數(shù)，為便于分析，各種干擾統(tǒng)一用N（f）來表示

N（f）=E（f）+S（f）+G（f）+P（f）（1）

若電氣設(shè)備的電磁兼容性為 EMC（f），則可用評價不等式給出

EMC（f）≥ N（f）+A（2）

式中 A— —設(shè)備滿足電磁兼容要求的安全余量 EMC（f）實際由兩部分組成

EMC（f）=EMC1（f）+EMC2（f）（3）

EMC1（f）表示設(shè)備自身具備的電磁兼容門限，EMC2（f）表示經(jīng)電磁兼容設(shè)計后設(shè)備增加的那部分電磁兼容門限，相互間的關(guān)系如圖2 所示。由式（2）及（3）可以得到 EMC2（f）

EMC2（f）≥ N（f）-EMC1（f）+A（4）

不同的干擾源對安全余量A的要求也不同，A=6～8dB（傳導(dǎo)干擾）、A=8～10dB（輻射干擾），EMC2（f）也被稱為干擾噪聲衰減系數(shù)。我們可以根據(jù)式（5）定量作依據(jù)來進行EMC設(shè)計。如圖2所示：

圖2 電磁兼容評價不等式示意圖

除了對電工設(shè)備的電磁干擾來源進行設(shè)計以外，還可以分析電磁兼容，預(yù)測EMC的可兼容性設(shè)計模型。在混合電路中，仿真電路通過的前提下，必須考慮到電磁兼容達標與否，如果沒有達標則血藥對其進行修改調(diào)整電磁發(fā)射，以及重新選擇設(shè)備器件。電路設(shè)計如圖3所示：

圖3 電路框架圖

對電工設(shè)備的干擾源及接收器預(yù)測以，主要的電路途徑結(jié)合分析后，即可對電磁兼容通過電腦輔助設(shè)計模型。如圖4所示即為理想化的電磁兼容設(shè)計模型。

圖4 電磁兼容設(shè)計模型

3 EMC動向

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的同時，電工設(shè)備、產(chǎn)品的開發(fā)越來越多的領(lǐng)域涉及到EMC問題。由于考慮到EMC問題，在其約束下電子系統(tǒng)的設(shè)計顯得更為復(fù)雜，電工產(chǎn)品也面臨著同樣的問題。在目前的文獻研究中提出首先在固定的電磁環(huán)境下所研發(fā)的系統(tǒng)必須性能良好，第二該系統(tǒng)必須符合EMC標準。目前EMC的應(yīng)用向各個領(lǐng)域開始擴展，相關(guān)的新理論、新技術(shù)也不斷呈現(xiàn)。目前EMC干擾消除的方法是使用自適應(yīng)性預(yù)測器（ALP），ALP主要是通過控制移動通信中的碼分多址（CDMA）中的BPSK窄帶干擾從而達到避免感染的目的當然現(xiàn)在很多單位都在研制關(guān)于降低計算輻射的技術(shù)。另外隨著不斷深入分析電磁危害，對EMC的精確測試引起越來越多的人關(guān)注。

4 結(jié)論

電工領(lǐng)域中普遍存在EMC問題，在電工技術(shù)部門也不斷應(yīng)用EMC。因此進一步規(guī)范EMC技術(shù)標準從而消除電磁干擾的破壞性尤為重要。在世界范圍工業(yè)化程度較高的國家先后成立的EMC標準制訂委員會并且逐步走向國際統(tǒng)一標準。在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，EMC在理論和技術(shù)方面也需要不斷得到發(fā)展。電工領(lǐng)域的各產(chǎn)品、設(shè)備面對目前的實際情況，首先必須應(yīng)用和解決好EMC問題，把故障減少到最低狀態(tài)，提高可靠性，確保質(zhì)量安全。

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