变电站电磁干扰及电磁兼容论文(整理版)

第一篇：变电站电磁干扰及电磁兼容论文(整理版)

变电站综合自动化结课论文

班级：电自100 班

姓名：

学号：20100100

变电站的电磁干扰及电磁兼容

引言

电力系统作为一个强大的电磁干扰源，在运行时会产生各种电磁干扰。各种以微电子和计算机技术为基础的二次设备（例如继电保护、远动、通信设备等）是干扰的敏感者，极易受到干扰影响而出现误动、程序运行异常等非正常工作状态，甚至造成元器件或者设备的损坏。随着智能电子设备、就地化智能终端和保护、高频率低电压微处理器、非常规互感器等新技术的采用，电力系统二次设备的抗干扰性能将面临更大的挑战。

变电站综合自动化系统，是利用多台微机和大规模集成电路组成的自动化系统，代表常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏，用微机保护代替常规的继电保护屏，改变常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。因此，变电站综合自动化是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电站领域的综合应用。变电站综合自动化系统具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。

变电站在电力系统中，是一次设备和二次设备最集中的场所。系统运行方式的变化、开关的动作、雷电流的出现以及二次回路电缆间的电磁耦合都会对二次回路产生干扰。因此，变电站是电力系统电磁干扰和电磁兼容性问题的主要研究对象。

本文将从电磁干扰源、电磁干扰危害以及防电磁干扰的措施三个方面对变电站电磁兼容问题做一定的阐述。

一、电磁干扰源分析

变电站综合自动化系统的电磁干扰源有外部干扰和内部干扰两方面。内部干扰是由自动化系统结构、元件布置和生产工艺等决定。外部干扰源主要有交、直流回路开关操作、扰动性负荷(非线性负荷、波动性负荷)短路故障、大气过压(雷电)、静电、无线电干扰和和电磁脉冲等。

变电站中一次回路的任何暂态过程都会通过不同的耦合途径传入二次回路形成电磁干扰，二次回路本身也会产生干扰。二次回路中的设备主要包括继电保护、控制、信号、通信和监测等仪器仪表。它们都属于弱电装置，耐压能力与抗干扰能力较弱。因此，不加防范就会干扰二次设备的正常工作，严重时会造成二次设备绝缘击穿损坏，形成永久性故障。下面主要论述变电站中的电磁干扰源及其特性。

1、谐波的干扰

电力系统是由电感、电阻和电容组成的网络，在一定的参数配合下可能对某些频率产生谐振，,出现过电压和过电流。由于变压器铁芯的非线性，高次谐波电流会使电源电压波形畸变，电源的高次谐波电压通过电容耦合，会在二次设备上产生高次谐波感应电压和感应电流。当此电压和电流值超过某一数值时，就会造成二次设备误动或毁坏。

2、开关量操作引起的干扰

开关操作引起的干扰是变电站微机综合自动化系统所受到的最主要的电磁干扰。当线路或变压器发生短路故障时，开关(断路器)要做出跳闸动作。此时，在开关动、静触头间将发生开断、电弧重燃的反复过程。在此过程中将感应出很高的脉冲电压和高频振荡电流。当振荡电流和脉冲电压与微机监控系统中要处理的开关量和脉冲量同频段时，将使监控和保护等二次系统受到影响，尤其对高速运行和传递数字逻辑信号的微机、计算机干扰更为严重。

3、雷击干扰

当雷电击中变电站后，大电流将经由接地点泄入地网，使接地点电位大大升高。若二次回路接地点靠近雷击大电流的入地点，则二次回路接地点的电位将随之升高，会在二次回路中形成共模干扰，形成过电压，严重时会造成二次设备绝缘击穿。对于二次电缆来说，由于电缆外皮两端与接地网相连，当有雷电流流过地网时。会在电缆两端产生电位差，电流将流过二次电缆的外皮，在二次电缆的芯线上感应出感应电势，叠加在信号上造成干扰。综合自动化变电站中有大量的数字集成电路装置，如远动RTU装置、微机保护装置和微机故障录波装置等。这些装置的电源工作电压一般为5 V，对雷击干扰尤为敏感。如RTU装置，它是由微机处理器和计算机接口电路等构成，当雷电流通过电力电缆、户外二次电缆、交流工作电源等进入RTU主机时，会在RTU的外壳与大地之间产生一个瞬时达到几kV的高电压，该高电压将直接危害着RTU装置的运行安全，甚至会导致设备损坏。

4、二次回路自身干扰

二次回路自身的干扰主要是通过电磁感应而产生的。到目前为止，我国变电站综合自动化设备的数字集成电路装置，很多是采用单片机系统来实现的，单片机系统中的印刷电路板(PCB)上的器件均是由直流电源供电。而直流回路中有许多大电感线圈，在直流回路进行开关操作时，线圈两端将出现过电压，它会在二次回路设备上感应出不利于二次设备正常工作的感应电压和感应电流，对PCB上的器件造成干扰，从而干扰单片机系统的正常工作。

二、电磁干扰可能产生的后果

电磁干扰间可以顺利通过各种分布电容或分布电感耦合到变电站综合自动化系统中，一旦干扰侵入自动化系统内，便将对系统的正常工作造成严重影响，其干扰的后果各式各样，归纳起来有以下几类：

(1)电源回路干扰。使计算机电源受干扰，造成计算机工作不稳定，甚至死机。

(2)模拟量输入、输出通道干扰后果。从TA(小电流互感器)或TV(小电压互感器)的二次引线引入浪涌电压，造成采样数据错误，轻则影响采样精度和计量的准确度；重则可能引起微机保护误动，甚至可能损坏元器件。

(3)开关量输入、输出通道干扰的后果。变电站现场断路器、隔离开关的辅助触点通过长线至开关量输入回路，其受干扰会产生辅助触点抖动，甚至造成分、合位置判断错误。开关量的输出通道由计算机的输出至断路器的跳、合闸的出口回路。除了易受外界引入的浪涌电压干扰外，自动装置内部，微计算机上电过程也容易有干扰信号，导致误动。

(4)CPU和数字电路受干扰的后果。当CPU正通过地址线送出一个地址信号时，若地址线受干扰，使传送的地址错误，导致取错指令、操作码或取错数据，结果有可能误判断或误发命令，也可能取到CPU不认识的指令操作码而停止工作或进入死循环；如果CPU在传送数据过程中，数据线受干扰，则造成数据错误，逻辑紊乱，对于微机保护装置来说也可能引起误动或拒动，或引起死机。计算机的随机RAM是存放中间计算结果、输入输出数据和重要标志的地方，在强电磁干扰下，可能引起RAM中部分区域的数据或标志出错。所引起的后果如数据线受干扰一样，也是很严重的。大部分自控装置的程序和各种定值存放在EPROM或电子盘中，如果EPROM受干扰而程序或定值道破坏，将导致相应的自动装置无法工作。

三、变电站的电磁兼容技术措施

对于变电站综合自动化系统来说，消除或抑制干扰应针对电磁干扰的三要素进行，即消除或抑制干扰源；切断电磁耦合途径；降低装置本身对电磁干扰的敏感度。针对综合自动化系统在多个变电站的实际运行情况，下面介绍几种电磁兼容技术措施：

(1)拟制干扰源的影响。外部干扰源往往是通过连接导线端子串入自动化系统的，可采用屏蔽措施，具体的有一次设备与自动化系统输入、输出的连接采用带有金属外皮(屏蔽层)的控制电缆，电缆的屏蔽层两端接地，对电场耦合和电磁耦合都有显著的削弱作用；二次设备内，综合自动化系统中的测量和微机保护或自控装置所采用的各类中间互感器的一、二次绕组之间加设屏蔽层，这样可起电场屏蔽作用，防止高频干扰信号通过分布电容进入自动化系统的相应部件；机箱或机柜的输入端子上对地接一耐高压的小电容，可抑制外部高频干扰；变电站综合自动化系统的机柜和机箱采用铁质材料，使其本身也是一种屏蔽。

(2)接地和减少共阻抗耦合。接地是变电站综合自动化系统电磁兼容的重要形式措施之一。该系统的地线种类有微机电源地和数字地、模拟地、信号地、噪声地、屏蔽地等五种地线。正确的工作接地，对系统的安全可靠工作来说关系重大，而且必须根据实际情况灵活处理。

① 微机电源采取浮地方法即其零线不与机壳相连。这是目前变电站综合自动化系统和各种微机自动装置或微机保护装置经常采用的方法。这种方法必须尽量减少电源线同机壳之间的分布电容。

② 微机电源地与机壳共地。由于“浮地”或不良接地不仅破坏了接地系统的完整性，而且可能成为一个干扰分配系统。因此，对含有模／数转换和高增益放大器的微机装置，宜采用微机电源地与机壳和大地共地的接线方式。这种共地方式可切除放大器正反馈通道，并可消除通过分布电容间导线耦合的低频干扰的影响。③ 一点接地。变电站综合自动化系统属于低频系统，且其各个子系统都由多块插件组成，应尽量采用一点接地的原则。因为在低频的布线和元件问的电感并不是什么大问题，主要是避免接地电路形成环路，避免地线形成环流。

④ 数字地和模拟地的处理。A／D转换器的数字地通常和电源地是共地连接的，由于数字地上电平的跳跃会造成很大的尖峰干扰，会影响A／D转换器的模拟地电平的波动，影响转换结果的精度。为此常采用模拟地和信号地连在一起浮空而不与数字地连在一起或采取数字地和模拟地共地或模拟地和数字地通过一对反相二极管相连接。

⑤ 噪声地的处理。对于继电器或电动机等回路的噪声地，采取独立地的方式，不要与模拟地和数字地合在一起。

(3)电站综合自动化系统中，采取良好的隔离可以减少于扰传导侵入。行之有效的隔离措施有以下几种：

① 模拟量的隔离。变电站的监控系统、微机保护装置以及其他自动装置所采集的模拟量处于强电回路中，必须经过设置在自动化系统各种交流输入回路中的隔离变压器TA、TV隔离，这些隔离变压器一、二次之间必须有屏蔽层，而且屏蔽层必须接安全地，才能起到比较好的屏蔽效果。② 开关量输入、输出的隔离。变电站综合自动化系统开关量的输入，主要是断路器、隔离开关的辅助触点和主变压器分头位置等。开关量的输出，大多数也是对断路器、隔离开关和主变压器分接开关的控制。这些断路器和隔离开关都处于强电回路中，如果与自动化系统直接连接，必然会引入强的电磁干扰。因此，要通过光电耦合器隔离或继电器触点隔离，这样会取得比较好的效果。

③ 强、弱信号电缆的隔离。强、弱信号不应使用同一根电缆；信号电缆应尽可能避开电力电缆；尽量增大与电力电缆的距离，并尽量减少其平行长度。

④ 二次设备配线时，应注意避免各回路的相互感应印刷电路板上的布线要注意避免互感。

第二篇：电磁兼容论文

本学期，我选修了电磁兼容这门课程。通过电磁兼容课程的学习，老师教会了我许多，一方面是有关电磁兼容方面的知识，另一方面是有关生活和人生方面的体会和感悟。由于与电机系统的电磁兼容有关的问题大都涉及一些高年级的知识，作为大二的我还没有学习，所以对于电机系统的电磁兼容问题没有过于深刻的理解和探究。我想通过以下几个方面来阐述我所理解的电磁兼容问题。

一．电磁兼容的概念

在国际电工委员会标准IEC对电磁兼容的定义为：系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作，同时不会对其他系统和设备造成干扰。

EMC包括EMI（电磁干扰）及EMS（电磁耐受性）两部分，所谓EMI电磁干扰，乃为机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声；而EMS乃指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。

电磁兼容（electromagnetic compatibility）各种电气或电子设备在电磁环境复杂的共同空间中，以规定的安全系数满足设计要求的正常工作能力。也称电磁兼容性。它的含义包括：①电子系统或设备之间在电磁环境中的相互兼顾；②电子系统或设备在自然界电磁环境中能按照设计要求正常工作。若再扩展到电磁场对生态环境的影响，则又可把电磁兼容学科内容称作环境电磁学。

电磁兼容的研究是随着电子技术逐步向高频、高速、高精度、高可靠性、高灵敏度、高密度（小型化、大规模集成化），大功率、小信号运用、复杂化等方面的需要而逐步发展的。特别是在人造地球卫星、导弹、计算机、通信设备和潜艇中大量采用现代电子技术后，使电磁兼容问题更加突出。

二．系统电磁兼容技术发展现状

电磁兼容技术是在研究电磁干扰机理和电磁干扰防护技术的过程中发展起来的。电磁干扰是人们早就发现的电磁现象, 它几乎和电磁效应现象同时被发现, 1881年英国科学家发表“ 论无线电干扰”的文章, 标志着研究干扰问题的开始。1888年德国物理学家赫兹首创了天线, 第一次把电磁波辐射到自由空间, 同时成功地接收到电磁波,用实验证实了电磁波的存在, 从此开始了对电磁干扰问题的实验研究。1889年英国邮电部门研究了通信中的干扰问题, 使干扰问题的研究开始走向工程化和产业化。

按照研究对象的不同,可将电磁兼容问题自上向下划分为如下6 个层次:环境级电磁兼容问题、系统级电磁兼容问题、分系统级电磁兼容问题、设备级电磁兼容问题、电路级电磁兼容问题和器件级电磁兼容问题等。

系统电磁兼容技术在军事装备领域发挥着重要作用,它不仅是武器装备的一种性能,更是武器装备的一种能力。系统电磁兼容问题是大型复杂系统全寿命周期中必须面对的客观问题。如果解决不当,其不仅带来大量研制经费的浪费,同时还将导致系统从根本上丧失使用能力。

系统电磁兼容技术主要包括:系统电磁兼容设计技术和系统电磁兼容试验技术。设计技术包括:电磁兼容仿真、分析、预测、评估、优化、设计规范、设计方法、工程控制等技术和过程;试验技术包括:试验规范制定、标准制定、项目选择、实施方法、场地建设、误差处理等技术和过程。

三．电磁干扰的危害

强的电磁场会对人们的健康带来一定的危害。多年来各国学者对此进行了长期、深入、艰苦的研究工作。研究的结论是，无论工频还是射频电磁场，当超过一定强度时，对人体健康都是有害的。关键是危害的性质、程度与后果对电磁场强之间的关系。

相对较弱的电磁干扰对设备或系统造成的恶性电磁干扰事故是触目惊心的。可举出20 世纪70 年代的两个例子：美国一炼钢厂曾经因为控制天车的电路被干扰而造成整个钢水包的钢水完全倾倒在车间地面上的事故；一个配载假肢的骑摩托车人，当行车至高压电力线下时，由于假肢的控制电路受到干扰而造成车毁人亡的事故。

图 1 示出了残疾人用的电动轮椅在未采取抗干扰措施之前暴露于20V/m 电场强度下，其工作出现的反常现象。测试时轮椅工作在常用状态（30r/min）。由图可见，当加以不同频率的电磁辐射时，其工作失控，转速在 0～100r/min 之间变化，干扰频率从100MHz～700MHz。我们知道，这些频率被电视广播、调频广播以及移动通信所占用。

还有许多情况，电磁干扰造成的事故也可能是恶性的。例如：电磁辐射可能干扰电爆装置，使其误引爆。美国土星火箭上大约使用了150个电爆装置；一架飞机使用的电爆装置也在百个以上；航天飞机上大约有500个电爆装置。可见这一问题的严重性。

我们都知道，在民用飞机座舱内不允许使用移动通信手机或游戏机之类的数字型电器。这是由于这些设备产生的电磁骚扰不仅可以通过机内电缆耦合到机的敏感设备上，更严重的是，电磁辐射骚扰可能通过机舱窗户向机外辐射。而在机身上存在有大量的天线与传感器，可能直接接收电磁骚扰辐射。

四．生活中的电磁兼容

电磁兼容是指器件在工作的过程中即不干扰其它电器，同时也不被其它电器所干扰。有电磁兼容问题意味着有电磁之间的相互干扰问题。机电一体化的大时代背景下，每一个电器元件的核心都是电路板，也就是PCB板。电路板的板间是存在干扰的。在设计板子的过程中应该考虑到这个问题，一般板子不能太大，其频率也不能太高，频率如果过高就不能将电气元件当成理想的集总电气元件使用，要考虑它在高频条件下的性质。比如是电脑一般都是有两个频率的。这些都是与电磁干扰相关联的考虑。

另一个与生活息息相关的东西就是手机。手机实际上是“蜂窝”电话。接收手机信号的是分布在各处的手机机站，手机发出的信号会通过附近的机站被发送出去。当我们在长途行驶的车上打电话时，偶尔会出现掉线的情况。这实际是我们在车辆行驶的过程中离一个正在通信着的机站越来越远，而距离另外一个机站越来越近，这时我们的手机就会选择切换机站。如果我们手机从一个机站脱离，而另一个机站满负荷而无法接入，就会出现掉线的情况。在我们的生活中，我们还会遇到许多相类似的问题。我们通常都习以为常。但其实只要我们仔细的思考，我们就会发现电磁干扰和电磁兼容在我们的生活中处处存在。

五．解决电磁兼容的实施办法

电磁兼容的实施性方法包含了组织措施与技术措施两个方面。

技术上有合适的接地，合理的布线，屏蔽。滤波，电气隔离，限幅，续流，计算机软硬件措施等。组织上有具有一定电磁兼容能力的元器件，标准、规范，频谱管理，空间分离，时间分隔等。

接地

接地是电子设备的一个很重要问题。接地目的有三个：

（1）接地使整个电路系统中的所有单元电路都有一个公共的参考零电位，保证电路系统能稳定地干作。

（2）防止外界电磁场的干扰。机壳接地可以使得由于静电感应而积累在机壳上的大量电荷通过大地泄放，否则这些电荷形成的高压可能引起设备内部的火花放电而造成干扰。另外，对于电路的屏蔽体，若选择合适的接地，也可获得良好的屏蔽效果。

（3）保证安全工作。当发生直接雷电的电磁感应时，可避免电子设备的毁坏；当工频交流电源的输入电压因绝缘不良或其它原因直接与机壳相通时，可避免操作人员的触电事故发生。此外，很多医疗设备都与病人的人体直接相连，当机壳带有110V或220V电压时，将发生致命危险。

因此，接地是抑制噪声防止干扰的主要方法。接地可以理解为一个等电位点或等电位面，是电路或系统的基准电位，但不一定为大地电位。为了防止雷击可能造成的损坏和工作人员的人身安全，电子设备的机壳和机房的金属构件等，必须与大地相连接，而且接地电阻一般要很小，不能超过规定值。

电路的接地方式基本上有三类，即单点接地、多点接地和混合接地。单点接地是指在一个线路中，只有一个物理点被定义为接地参考点。其它各个需要接地的点都直接接到这一点上。多点接地是指某一个系统中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引线的长度最短。接地平面，可以是设备的底板，也可以是贯通整个系统的地导线，在比较大的系统中，还可以是设备的结构框架等等。混合接地是将那些只需高频接地点，利用旁路电容和接地平面连接起来。但应尽量防止出现旁路电容和引线电感构成的谐振现象。

屏蔽

屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。

因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量（涡流损耗）、反射能量（电磁波在屏蔽体上的界面反射）和抵消能量（电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波）的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。

屏蔽体材料选择的原则是：

（1）当干扰电磁场的频率较高时，利用低电阻率的金属材料中产生的涡流，形成对外来电磁波的抵消作用，从而达到屏蔽的效果。

（2）当干扰电磁波的频率较低时，要采用高导磁率的材料，从而使磁力线限制在屏蔽体内部，防止扩散到屏蔽的空间去。

（3）在某些场合下，如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时，往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体。

滤波

滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施。滤波器可以显着地减小传导干扰的电平，因为干扰频谱成份不网于有用信号的频率，滤波器对于这些与有用信号频率不同的成份有良好的抑制能力，从而起到其它干扰抑制难以起到的作用。所以，采用滤波网络无论是抑制干扰源和消除干扰耦合，或是增强接收设备的抗干扰能力，都是有力措施。用阻容和感容去耦网络能把电路与电源隔离开，消除电路之间的耦合，并避免干扰信号进入电路。对高频电路可采用两个电容器和一个电感器（高频扼流圈）组成的CLCMπ型滤波器。滤波器的种类很多，选择适当的滤波器能消除不希望的耦合。

正确选用无源元件

实用的无源元件并不是“理想”的，其特性与理想的特性是有差异的。实用的元件本身可能就是一个干扰源，因此正确选用无源元件非常重要。有时也可以利用元件具有的特性进行抑制和防止干扰。

电路技术

有时候采用屏蔽后仍不能满足抑制和防止干扰的要求，可以结合屏蔽，采取平衡措施等电路技术。平衡电路是指双线电路中的两根导线与连接到这两根导线的所有电路，对地或对其它导线都具有相同的阻抗。其目的在于使两根导线所检拾到的干扰信号相等。这时的干扰噪声是一个共态信号，可在负载上自行消失。另外，还可采用其它一些电路技术，例如接点网络，整形电路，积分电路和选通电路等等。总之，采用电路技术也是抑制和防止干扰的重要措施。

六．结语

从电磁兼容领域来看，无论从理论研究、实验室水平、标准化工作等方面与工业发达国家相比，我国当前还处在一个较低的水平。但是无论从国家安全还是保护人身安全与健康，保护环境来看，电磁兼容都起着相当重要的作用；而且它又是一个创新力度较强的学科，所以还需要我们这一代人的努力学习与创造，发展我国乃至世界的电磁兼容水平。

第三篇：电磁兼容原理论文

电磁兼容原理、技术及应用

设计论文

电磁兼容性屏蔽

系

别

滨江电子信息工程系

专业名称

电子信息

班级名称

电子信息<三>班

学生姓名 陈贵龙学号 20082305924 指导教师

吴大中 职称 高级教师

论文设计时间

2010年12月20日－2010年12月26日 摘要 本文简单介绍了广义的电磁屏蔽设计基本思路和实现方法 关键词 电磁兼容性 电磁屏蔽设计 电磁屏蔽材料和屏蔽方法 一.引言

电子设备工作时，会受到各种电磁干扰(Electro-magnetic Interference)，包括自身的干扰和来自其它设备的干扰，同时也会对其它设备产生电磁干扰。电磁干扰若超过了设备的允许值，就会影响设备的正常工作。电磁屏蔽有2个目的，一方面能防止干扰源对设备或系统内部产生有害影响，另一方面也可以防止设备或系统内有害的电磁辐射向外传播。为了满足这些设备对电磁干扰屏蔽的需要，在过去的几年中人们开发了大批新的改良的产品。根据屏蔽的工作原理可将屏蔽分为以下3大类：电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁场屏蔽。当干扰源产生的干扰是以电压形式出现时，干扰源与电子设备之间就存在容性电场耦合，可将其视为分布电容间的耦合。为消除或抑制这种干扰，要进行电场屏蔽。其设计应遵从的原则是：(1)屏蔽体要尽量靠近受保护物，而且屏蔽体的接地必须良好；(2)屏蔽效果的好坏与屏蔽体的形状有着最直接的关系。屏蔽体如果能够做成全封闭的金属盒最好，但在工程实践中还需要根据实际情况而定；(3)屏蔽体的材料要以良导体为好，对厚度没有严格的要求，只要有足够的强度即可。(1)磁场屏蔽

当干扰源以电流的形式出现时，此电流所产生的磁场通过互感耦合对邻近信号形成干扰。此时，为了抑制干扰，要施行磁场屏蔽。磁 场屏蔽机理主要是依靠高导磁材料所具有的低磁阻，对磁通起着分路的作用，从而使得屏蔽体内部的磁场大为减弱。

总之，对于磁场屏蔽来讲：(1)当电磁场干扰源的频率较高时，利用高电导率、低电阻率的金属材料中产生的涡流反向磁场，形成对外来电磁波的抵消作用，从而达到屏蔽的效果。(2)当电磁场干扰源的频率较低时，要采用高磁导率的材料，构成低磁阻通路，从而使磁力线限制在屏蔽体内部，防止扩散到屏蔽的空间去，使大部分磁场被集中在屏蔽体内。(3)在某些场合下，如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时，往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体。

(2)电磁场屏蔽

单纯的电场或磁场干扰源是很少见的，通常所说的电磁干扰是指电场和磁场同时存在的高频电磁场干扰。电磁场屏蔽用于抑制干扰源和敏感设备距离较远时通过电磁场耦合产生的干扰，它必须同时屏蔽电场和磁场，通常采用电阻率小的良导体材料，空间干扰电磁波在入射到金属体表面时会产生反射和吸收，电磁能量被衰减，从而起到屏蔽作用。

静电屏蔽与静磁屏蔽很容易采取良导体材料实现，但在交变电磁场中，电场和磁场总是同时存在于同一空间的，因此必须同时考虑电场和磁场的屏蔽。然而，由于频率的不同，交变电磁场的干扰效应区也不同，实际中应区别对待。二.材料的选择

对于屏蔽体来说，所选择的材料的类型对其性能和成本影响极大。在设计屏蔽体时有一点是重要的，就是要深入了解普通使用的不同屏蔽合金的特性。对这些不同性能的理解就可使你选择合适的材料，去满足目标要求。

磁屏蔽目的：通常是保护电子线路免于受到诸如永磁体、变压器、电机、线圈、电缆等产生磁场的干扰，当然屏蔽强的磁干扰源使它免于干扰附近的元器件功能也是一个重要的应用目的。磁屏蔽材料参数及材料划分：磁屏蔽体由磁性材料制成，衡量材料导磁能力的参数是磁导率，通常以数字来表示相对大小。真空磁导率为1，屏蔽材料的磁导率从200到350000；磁屏蔽材料的另一个重要参数是饱和磁化强度。磁屏蔽材料一般分为三类，即高导磁材料、中导磁材料和高饱和材料

高饱和磁导率材料的磁导率在80000-350000之间，经热处理后其饱和场可达7500Gs；中磁导率材料通常和200-50000，饱和场可达18000-21000Gs。为提高导电材料的磁场屏蔽效果，应采取如下措施：（1）使用良单体；（2）注意屏蔽体的结构设计，避免因开孔、缝隙等而影响涡流的流通回路，应减小孔缝的最大尺寸，从而提高屏蔽效果；（3）使屏蔽体有一定的厚度，一般要大于10倍的透入深度。在需要于极小空间内降低磁场时，典型上使用这些合金。在需要提供比要求更高屏蔽时，或是磁场强度较高场强时需要具有更高饱和值材料时，这些材料常被选中。在屏蔽目标仅需要稍微减少场强时，或是当场强足以使高磁导率屏蔽体饱和时，超低碳钢(ULCS)可能是最佳的选择。这些较低成本材料的碳含量典型小于0.01%；与其它钢相比，其有较高的磁导率和极优的饱和性能。这些材料具有较小的柔韧性，并比硅钢较容易制造，这就允许在大面积屏蔽项目中容易安装和以同样的方式加工出小型组件。ULCS可与高磁导率材料一起使用，以为需要高饱和保护和高衰减等级建立最佳的屏蔽体。

对于低温用的屏蔽体，Cryoperm10为一种最佳选择。与Mumetal一样，C ryoperm10也是一种高磁导率镍铁合金，它是经特殊加工而成的，以提供在降低温度时磁导率增加。标准的屏蔽合金（比如Mumetal）在低温时就失去了其大部分磁导率。但是Cryoperm10可在77.3到4.2°K时的磁导率却增加10倍。

由于材料的成本占屏蔽体价格的一半，所以使用较薄的尺寸能满足所要求的屏蔽特性和结构性能是最好了。厚度为0.002到0.010英寸的箔材是最低成本的选择。这些箔材能以同等的化学组分和性能特性获得，并可作为标准的以镍为基础的和ULCS材料。

设计低成本屏蔽体的最重要的一步，就是对这些典型屏蔽材料特性及其对屏蔽性能影响的了解。一旦合适的材料被选中，其重点要集中于基本的设计考虑，以使其不但性能最佳，而且对成本的影响最小。三．设计考虑因素

屏蔽体的尺寸在屏蔽效率和成本方面的重要性极大。屏蔽体的有效半径越小，其整体性能就越好。但是，设计屏蔽体的目的是使其包络试图屏蔽的组件和空间，并应该靠得很近。由于材料占屏蔽体设计的大部分成本，因此较小屏蔽体就可以在较低成本下获得较优的性能。

每当有可能，屏蔽体应与所有壁靠近，以避免场泄漏。这种结构（即使是矩形）也是最接近于圆形的，它可以建立一个半闭合的磁路。另外，全部箱体可在所有轴上获得屏蔽特性，这样就可以保证最好的屏蔽性能。当特殊的性能和进出口需要时，可移动的盖板、罩和门均可组合到屏蔽体设计中去。

利用盖板、罩和门时或使用两块或多块板构建屏蔽体时，在多块板间保持磁连续性和电接触是很重要的。可通过机械式（利用磨擦组件）或焊接保持磁连续性。在拐角或过渡连接，使用焊接可获得最佳性能。维持表面间的连续性就可以保证磁力线连续沿其低磁阻路径前进，这样可以提高屏蔽效能。在交流场，保持磁连续性就允许较高的感应电流屏蔽，在直流场，对于适当的磁力线分路，连续性也是重要的。

新型屏蔽结构和常用材料 由铝、钢、铜组合的屏蔽体，对电磁波有很大的反射损耗，所以只适用电屏蔽。电屏蔽体一般对各种频率都具有良好的电屏蔽作用。铁和高导磁率的合金体则对磁场波有很大的吸收损耗，所以用它们做成的屏蔽体，适合用在磁屏蔽环境。如果 条件允许可用不锈钢制造具有很高可靠性的电磁屏蔽机壳。当设备处于机械应力下时，防倾斜拐角有助于机壳保持机械性能的完整性和屏蔽效能。安装在凹槽上的板子，它的连续导电性和屏蔽效能由铍铜合金的弹性屏蔽垫圈来保证。在通信、计算机、自动化、医疗等商用电子设备上选择最有效的电磁屏蔽衬垫时，通常可以考虑以下三种衬垫类型：导电橡胶、导电布、铍铜指簧。依据设备的不同需要，这几种类型的衬垫可提供不同程度的电磁屏蔽，适合不同的形状和环境密封的要求。现在流行新型的屏蔽材料还有导电塑料、活化导电镀膜塑料、发泡铝、发泡镍、超微晶纳米晶合金、镍基/钴基非晶态合金、坡莫合金箔带等等。

多重屏蔽 多重屏蔽的原则是：各屏蔽层之间不能连接在一起，其间应该隔开空气或者填充其他介质。否则就失去多层屏蔽的作用；各层屏蔽体的材质也不应该相同。除了要考虑磁导率外，还要考虑饱和电平。有的时候由于需要不得不对系统/分系统进行双重甚至更多层的电磁屏蔽。有些系统设备内部电磁环境非常恶劣，使得对外壳屏蔽效能的要求也就很高。所以，在设备的内部的局部，如：PCB、电源的输入输出滤波、屏蔽部分辐射严重的元器件、适当地采用隔离电路、缩短引线、用接地平面代替接地回路的引线、使用符合EMC相公标准要求的器件等等。一般设备中最大的干扰源是振荡电路，这种电路应该用辅助分屏蔽体封闭后再装入系统主屏蔽体中。这些分屏蔽体和主屏蔽箱内、外屏蔽体/其他分屏蔽体之间除了一点必要的连接外（须经过滤波器来控制出入口），其他必须隔绝 在设计过程早期就应考虑这些问题，可使这些主要设计参数对屏蔽体的成本影响较小。但是，这些因素要比材料本身对屏蔽体性能的影响要大。这样，在设计屏蔽体时，最先保证这些基本参数通常是需要的。

四.磁屏蔽的解决方案

磁屏蔽的定义：为减少齿部和压板(压圈)上漏磁通集中现象，以降低齿压板和边端铁心的温度，在铁心外侧和铁心压板之间设有的阶梯形的锥形叠片铁心。用来吸收漏磁通的磁分路。

屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量（涡流损耗）、反射能量（电磁波在屏蔽体上的界面反射）和抵消能量（电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波）的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。五.屏蔽的目的、原理

屏蔽的目的：(1)限制内部产生的辐射超出某一区域；（2）防止外来的辐射进入某一区域。

屏蔽按其机理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽3种。按其屏蔽体结构可分为完整屏蔽、不完整屏蔽及编织带屏蔽。1.电场屏蔽

电场屏蔽的目的是消除或抑制静电或交变电场与被干扰电路的电耦合。电场屏蔽有分静电场屏蔽和交变电场屏蔽。①静电场屏蔽

导体置于静电场中并达到静电平衡后，该导体是一个等位体，内部电场为零，导体内部没有静电荷，电荷只能分布在导体表面。若该导体内部有空腔，空腔中也没有电场，因此，空腔导体起到了隔绝外部静电场的作用。若将带电体置于空腔内部，会在空腔导体表面感应出等量电荷，如果把空腔导体接地，则不会在导体外部产生电场，可以起到隔绝内部电荷的作用。

实现静电场屏蔽，需要满足两个条件：（1）有完整的屏蔽体（2）屏蔽体良好接地 ②交变电场屏蔽

在交变电场情况下，导体间的电场感应是通过耦合电容起作用，为了减少这种影响，就要减少耦合电容，其中的一个方法就是对被干扰电路采取屏蔽措施。2.磁场屏蔽 磁场屏蔽的目的是消除或抑制恒定磁场或交变磁场与被干扰回路的磁偶合。通常，可以利用导磁材料和导电材料两种方法进行屏蔽。磁场屏蔽通常是指对直流或低频磁场的屏蔽，其效果比电场屏蔽和电磁场屏蔽要差的多。

（1）利用高导磁材料进行磁场屏蔽

（2）利用导电材料产生反向的抵消磁场来实现磁场屏蔽 3.电磁场屏蔽

电磁场屏蔽是利用屏蔽体阻止电磁波在空间传播。电磁波在穿越屏蔽体时，会产生反射和吸收，导致磁场能量衰减。

电磁场屏蔽措施：（1）使用良导体（2）使屏蔽体有一定的厚度，以抑制电磁场，一般厚度要大于10倍的透入深度；（3）避免因开孔、缝隙等引起的屏蔽效果下降，孔缝的最大尺寸一般应小于最高频率电磁波波长的1/20。

六．屏蔽体设计原则与注意事项

屏蔽体的实际应用很广，包括专门的屏蔽室、设备的外壳或机箱、设备内部敏感单元的屏蔽盒及各种屏蔽线缆等。不同设备各自特点及不同工作环境，对屏蔽的要求不同，屏蔽体的设计也各有特点，但其基本的设计原则和处理方法是一致的。

一、屏蔽体设计原则

良好的屏蔽体设计应当根据屏蔽性能要求及实际情况选取最经济、有效的设计方案。为此，应当考虑以下原则： 1.明确电磁骚扰源及敏感单元 2.大致确定屏蔽体的屏蔽效能 3.确定屏蔽方式 4.进行屏蔽完整性设计

二、穿透和开口注意事项

1.要注意由于电缆穿过机壳使整体屏蔽效能降低的程度。典型的未滤波的导线穿过屏蔽体时，屏蔽效能降低30dB以上。

2.电源线进入机壳时，全部应通过滤波器盒。滤波器的输入端最好能穿出到屏蔽机壳外；若滤波器结构不宜穿出机壳，则应在电源线进入机壳出专为滤波器设置一隔舱。

3.信号线、控制线进入/穿出机壳时，要通过适当的滤波器。具有滤波插针的多芯连接器适于这种场合使用。

4.穿过屏蔽体的金属控制轴，应该用金属触片、接地螺母或射频衬垫接地。也可不用接地的金属轴，而用其它轴贯通波导截止频率比工作频率高的园管来做控制轴。

5.必须注意在截止波导孔内贯通金属轴或导线时会严重降低屏蔽效能。

6.当要求使用对地绝缘的金属控制轴时，可用短的隐性控制轴，不调节时，用螺帽或金属衬垫弹性安装帽盖住。7.为保险丝、插孔等加金属帽。

8.用导电衬垫和垫圈、螺母等实现钮子开关防泄漏安装。9.在屏蔽、通风和强度要求高而质量不苛刻时，用蜂窝板屏蔽通风口，最好用焊接方式保持线连接，防止泄漏。

10.尽可能在指示器、显示器后面加屏蔽，并对所有引线用穿心电容滤波。

11.在不能从后面屏蔽指示器/显示器和对引线滤波时，要用与机壳连续连接的金属网或导电玻璃屏蔽指示器/显示器的前面。对夹金属丝的屏蔽玻璃，在保持合理透光度条件下，对30～1000m的屏蔽效能可达50～110dB。在透明塑料或玻璃上镀透明导电膜，其屏蔽效果一般不大于20dB。但后者可消除观察窗上的静电积累，在仪器上常用。

七．总结

屏蔽是降低设备电磁辐射干扰方法的主要一种，在屏蔽的同时也应该注意滤波和接地的重要性。如使用平衡变压器、接地、隔离变压器、铁氧体磁环、光电耦合器、减小公共地的阻抗、减小互联电缆的环路面积、对电缆进行分组、将带宽减小到必要的程度、减小输入阻抗、减小电路的环路面积、将敏感器件屏蔽起来、使用瞬间干扰抑制器件、改变工作频率、PCB电磁兼容布线等设计合理，就会对屏蔽效能要求甚少，有时候不屏蔽就可以满足性能要求。

第四篇：电磁兼容测试

一、前言

自从麦克斯韦建立电磁理论、赫芝发现电磁波百余年来，电磁能得到了充分的利用。尤其在科学发达的今天，广播、电视、通信、导航、雷达、遥测遥控及计算机等领域得到了迅速的发展，给人类创造了巨大的物质财富，特别是信息、网络技术的爆炸性发展，使世界的对话距离和时间骤然缩短，世界的面貌焕然一新，地球村的梦想将成为现实。然而，伴随电磁能的利用，也带来了电磁干扰的产生。元用的电磁场，通过辐射和传导的途径，以场和电流(电压)的形式，侵人工作着的敏感的电子设备，使其无法正常工作。而且，如同生态环境污染一样，随着科学技术的发展.电磁环境的污染也越来越严重。它不仅对电子产品的安全与可靠性产生危害，还会对人类及生态产生不良影响。当然，这种污染不会滞留和积累电磁能量，一旦电磁骚扰源停止工作，干扰也即消失。

电磁环境的不断恶化，引起了世界各工业发达国家的重视，特别是二十世纪七十年代以来，进行了大量的理论研究及实验工作。进而提出了如何使电子设备或系统在其所处的电磁环境中，能够正常的运衍，而对在该环境中工作的其它设备或系统也不引人不能承受的电磁干扰的新课题。这就是所谓的电磁兼容。

电磁兼容学是一门新兴的跨学科的综合性应用学科。作为边缘技术，它以电气和元线电技术的基本理论为基础，并涉及许多新的技术领域，如微波技术、微电子技术、计算机技术、通信和网络技术、以及新材料等等。电磁兼容技术研究的范围很广，儿乎所有现代化工业领域，如电力、通信、交通、航天、军工、计算机和医疗等都必须解决电磁兼容问题。研究的热点内容主要有：

电磁干扰源的特性及其传输特性；

电磁干扰的危害效应；

电磁干扰的抑制技术；

电磁频谱的利用和管理；

电磁兼容性标准与规范；

电磁兼容性的测量与试验技术；

电磁泄漏与静电放电等。

电磁兼容学又是技术与管理并重的实用工程学。开展这样的工程，需要投入大量的人力和财力。国际标准化组织已经和正在制定EMC的有关标准和规范。我国在这方面的起步虽然较晚，但发展很快。随着市场经济的发展，我国要参与世界技术市场的竞争，进出口的电子产品都必须通过EMC检验。因此，我国政府和相关部门越来越关注EMC问题，不断制定了有关的强制性贯彻标准。各部门和军兵种也都开始研究并建立了不同规模的EMC实验室和检测中心。各种形式的技术研讨和交流，促进了EMC技术的普及、推广和应用。我国98年已立法强制对六类进口电子产品(计算机、显示器、打印机、开关电源、电视机和音响)及通信终端产品施行EMC检测。99年国家质量监督局发布了《EMC认证管理办法》。我国电子技术标准化研究所EMC测试实验室被美国联邦通信委员会通过了FCC认可。从2000年2月16日起，出口美国的信息技术设备和发射及接收设备，由该实验室出具的数据将被美国直接接受。目前，国内也正在审定和验收正式的EMC认证机构和实验室。

产品的EMC检测是实现电磁兼容不可缺少的技术手段，强制贯彻电磁兼容标准，则是保证产品质量和提高市场竞争力的先决条件。

二、电磁兼容基本概念

关于EMC的有关概念、定义和术语，在1995年颁布的国家标准GB/T4365“电磁兼容术语”中有详细的阐述。这里仅就几个主要概念作一些辅助说明。

1.电磁环境(Electromagnetic Environment)

指存在于给定场所的所有电磁现象的总和。

给定场所即空间。所有电磁现象包括全部时间与全部频谱。

2.电磁兼容性(Electmmagnetic Compatibiiity-EMC)

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的能力。

对于EMC这一概念，作为一门学科，可译为“电磁兼容”，而作为一个设备或系统的电磁兼容能力，可称为“电磁兼容性”。

由定义可以看出，EMC包括两个方面的含义，即设备或系统产生的电磁发射，不致影响其它设备或系统的功能；而本设备或系统的抗干扰能力，又足以使本设备或系统的功能不受其它干扰的影响。这就又引出了另外两个概念——电磁干扰和电磁敏感度。

3.电磁干扰(Electromagnetic Interference-EMI)

电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。

所谓电磁骚扰(Electmmagnetic Disturbance)是指任何可能引起装置、设备或系统性能降低或者对有生命或元生命物质产生损害作用的电磁现象。它可能是电磁噪声、无用信号或传播媒介自身的变化，它可能引起设备或系统降级或损害，但不一定会形成后果。而电磁干扰则是由电磁骚扰引起的后果。电磁干扰是由干扰源、藕合通道和接收器三部分构成的。通常称作干扰的三要素。

根据干扰传播的途径，电磁干扰可分为辐射干扰和传导干扰。

辐射干扰(Radiated Interference)是通过空间并以电磁波的特性和规律传播的。但不是任何装置都能辐射电磁波的。

传导干扰(Conducted Interference)是沿着导体传播的干扰。所以传导干扰的传播要求在干扰源和接收器之间有一完整的电路连接。

4.电磁敏感度(Electmmagnetic SuseeptibilkrEMS)

在存在电磁骚扰的情况下，装置、设备或系统不能避免性能降低的能力。敏感度高，抗扰度低。其实二者是一个问题的两个方面，即从不同角度反映装置、设备或系统的抗干扰能力。以电平来表示，敏感度电平(刚刚开始出现性能降低时的电平)越小，说明敏感度越高，抗扰度就越低；而抗扰度电平越高，说明抗扰度也越高，敏感度就越低。

电磁敏感度也分为辐射敏感度和传导敏感度。

三、电磁干扰的危害

人们常说的射频干扰(Radio Frequency Interference-RFI)是指元线电广播范围的干扰。1934年在巴黎举行的国际无线电干扰特别委员会(CISPR)，就是第一次开始对电磁干扰及其控制技术的世界性有组织的研究。在人类进入信息化社会的今天，电磁波作为一种资源已在OHz~400GHz宽频范围内，广泛地用于信息技术产品中，如汽车、通信、计算机、家电等产品，大量地拥人社会和家庭。伴之而来的电磁干扰也就从甚低频到微波波段，无孔不入地辐射或传导至运行中的子设备或系统以及周围的环境。给设备或系统以及生态带来各种各样的危害。现就几个领域的电磁骚扰现象作简要介绍。

(一)信息技术设备的电磁干扰不容忽视

信息技术设备(Informatbn Technohgy Equipmem-ITE)是指用于以下目的的设备：

接收来自外部源的数据(如通过键盘、数据线输入)；

对接收到的数据进行某些处理；

提供数据输出。

过去，人们往往认为，计算机是以逻辑为特征的数字系统，受自身和外来电磁干扰影响不会很大。尽管在系统设计和工程实现中，也自觉或不自觉地进行着防止和消除各种干扰的工作，然而，提到掌握和运用EMC技术上来认识和研究，其意识性还欠缺。然而，随着微电子技术的发展，计算机己朝高速度、高灵敏度、高集成和多功能方向发展，系统已是含有多种元器件和许多分系统的低压传输信息的复杂设备。高速和高密，会使系统的辐射加重，低压、高灵敏度会使系统的抗扰度降低。因此，由于电磁环境的干扰和系统内部的相互窜扰，严重地威胁着计算机和数字系统工作的稳定性、可靠性和安全性。如兼容机经常出现死机的现象就是典型一例。

(二)信息技术设备的电磁泄揭威胁着信息安全

计算机的键盘、显示屏等都会使信息辐射泄漏出去。如果泄漏的是有用信息，一旦被敌方截获，将会造成巨大损失。美国是最早利用电磁辐射泄漏获取情报和重视防信息泄漏的国家。美国曾有人在纽约做过试验，将辐射信号截获设备“数据扫描器”装在汽车上，从曼哈顿南端的贝特利公园，沿华尔街缓行，对沿途的海关大楼、联邦储备银行、世界贸易中心、市政厅、警察总局、纽约电话局以及联合国总部等单位正在工作的计算机进行辐射信号监测。惊奇地发现，纽约是一个巨大的信息库。如果截获者，对其有兴趣，便可通过放大、特征提取、解密、解码等技术或信息处理等，获得有用的情报。据资料介绍，当今的截获技术相当先进，可在1公里之内，获取清晰的屏幕图像。在通信方面，则往往是以传导波的方式泄漏和截获。因为，通信领域的信号传播方式主要是电缆、光缆和无线电波。所以，网络时代，传导形式的泄密更加严重。美国曾在20世纪70年代，一个潜水员在前苏联领海纵深内部的鄂霍次克海120米深的海底军事通信电缆上安装了一个6米长的窃听设备，它大量记录了所有经过电缆的通信信号。由于没有采取任何加密措施，而使大量军事通信情报轻易地落在了美国人手中。美国在信息泄漏的制技术方面也很高明。美国国家安全局和美国国防部从二十世纪六十年代就开始研究制定和逐步完善的防电磁泄漏标准，就是用于计算机及信息设备防信息泄漏的研究被称作Tempest技术。IBM开发的Tempest个人计算机、打印机、显示器等产品.就有明显的市场竞争力。在网络时代，信息泄漏被认为是对网络安全的最大威胁。所以，防信息泄漏已不再只是对军事领域才有意义，而在经济领域及各行各业都应引起足够的重视了。

(三)机载系统的EMI现象

我们都知道，在飞机上不允许使用笔记本电脑、手机和听CD片等。其原因就在于避免这些设备产生电磁骚扰。一旦电磁骚扰通过飞机上的电缆线藕合到机上的敏感设备，就可能形成干扰，使设备工作不稳，甚至失控。如果这些骚扰通过机舱的窗户向外辐射，使空间的电磁环境更加复杂，而机身上有大量的传感器和数十付天线，就会因干扰而增加飞机偏离航线或造成其它事故的可能性。本来飞机设计对电磁兼容性，尤其是抗扰性的要求就是非常高的。

现代交通工具越来越多的依赖于电子系统。对车载接收、监控和定位等电子控制系统来说，如果电磁抗扰度不够，就很容易受空间电磁环境干扰而不能正常工作，甚至失控造成事故。如气囊的保护失灵、定位错误等。铁路道岔的信号自动控制，如果因电磁干扰造成误控，将会给列车的行驶带来不堪设想的灾难。

(四)微波领域的电磁干扰

卫星地面站和雷达装置都会受到诸如：特高频波段的电视信号、核电信号等干扰。如美国正在研制的新一代大功率徽波武器，其频率在l~100GHz范围，可想，强的微波辐射将会给电子设备或系统以及生物带来多么严重的破坏和杀伤。

移动电话正在我国蓬勃发展，可是它所产生的电磁干扰给持手机的人们带来许多困扰和惊恐。目前，国家尚无关于移动电话的电磁辐射卫生标准，也无手机电磁辐射测试方法的标准.但据有关部门的初步检测和分析，认为手机的电磁辐射为点频微波辐波。手机在使用过程中，其电磁辐射以手机与基站(网)取得联系时最大，第一声铃响后，辐射逐渐减小。所以，在手机接通后的最初几秒之内，最好不要马上将手机贴耳接听。因为人的大脑和眼睛对辐射是比较敏感的，以免造成伤害。当然，在通话过程中，声调的高低、声音的大小和快慢也会使辐射有所不同。另外，手机的类型不同，天线的内置或外置，其辐射都会有些差别。

(五)EMI对医疗卫生设备或系统的危害

当今，许多医疗设备都采用了先进的电子和信息技术。这些设备的抗扰度如何，直接关系到人们的生命安危。如心脏起膊器，往往就会受到来自计算机、手机等的电磁干扰，使其功能发生变化。据说，一付由生物电控制的假肢，在高压线下受到电磁干扰后人仰车翻。所以医疗设备的电磁兼容性设计尤为重要，医疗单位的电磁环境值得关注。

另外，雷电和静电放电的危害，也属电磁危害范畴，其危害的严重性是人们多有体会和认识的。

四、坚持电磁兼容设计，确保产品质量

EMC学科的建立和一系列电磁兼容标准的制定，为我们从理论与实践的结合上实现产品或系统的电磁兼容提供了指导。

EMC设计的目标是通过EMC测试和认证。

EMC设计的最终目的是为了使我们的设备或系统能在预定的电磁环境中正常、稳定的工作，并对该电磁环境中的任何事物不构成电磁骚扰，即实现电磁兼容。

EMC设计涉及的内容很多。从原理上讲，要研究 干扰的三要素(干扰源、干扰的藕合通道和接收器)和 抑制干扰措施等。从技术来说，主要是如何运用滤波、接地和屏蔽三大技术。

电磁兼容设计的基本原则和方法，首先是根据产品设计对EMC提出的要求和相应的指标，然后，依据电磁兼容的有关标准和规范，将设计产品的电磁兼容性指标要求分解成元器件级、电路级、模块级和产品级的指标要求，再按照各级要实现的功能要求，逐级分层次的进行设计。

电磁兼容性设计应考虑的问题很多，但从根据上讲，就是如何提高设备的抗扰度和防止电磁泄漏。通常采取的措施，一方面设备或系统本身应选用互相干扰最小的设备、电路和部件，并进行合理的布局。再就是通过接地、屏蔽及滤波技术，抑制与隔离电磁骚扰。对不同的设备或系统有不同的设计方法和措施。下面具体谈点粗浅认识。

(一)元器件的选择和电路的分析是EMC设计的基础

以计算机为例.它是以数字电路为主，以低电平传输信号的设备。所用的数字集成电路既是干扰源，又是干扰的敏感器件，以存储器为代表的MOS器件就是一个典型例子。存储器瞬间工作时能产生很大电流，加之工作频率可达百兆以上，因而易产生窜扰，造成误动作或通过公共阻抗干扰其它电路。但另一方面，MOS器件本身的抗扰性又很差。数字电路传送脉冲信号，产生的辐射频率范围很宽，如时钟产生器、高速逻辑电路等都会产生高频干扰和电磁泄漏，同时也会受通信、电视等频段的电磁骚扰。因此，在设计时要考虑选用抗干扰器件，合理确定指标和运用接地、屏蔽等技术。

(二)电珠系统的电磁兼容性设计

无论是信息技术设备还是无线电电子、电气产品都要有电源供电。电源有外电源和内电源，电源是典型的也是危害严重的电磁干扰源。如电网的冲击，尖峰电压可高达千伏以上，会给设备或系统带来毁灭性的破坏。另外，电源干线是多种干扰信号侵人设备的途径。因此，电源系统，特别是开关电源的EMC设计是部件级设计的重要环节。其措施多种多样，诸如供电电缆直接从电网总闸引出，电网引出的交流经稳压、低通滤波、电源变压器绕组间的隔离、屏蔽以及浪涌抑制和过压过流保护等。

(三)接地系统的抗干扰设计

良好的接地可以保护设备或系统的正常操作以及人身安全。可以消除各种电磁干扰和雷击等。所以接地设计是非常重要的，但也是难度较大的课题。地线的种类很多，有逻辑地、信号地、屏蔽地、保护地等。接地的方式也可分单点接地、多点接地、混合接地和悬浮地等。理想的接地面应为零电位，各接地点之间无电位差。但实际上，任何“地”或接地线都有电阻。当有电流通过时，就会产生压降，使地线上的电位不为零，两个接地点之间就会存在地电压。当电路多点接地，井有信号联系时，就将构成地环路干扰电压。因此，接地技术十分讲究，如信号接地与电源接地要分开，复杂电路采用多点接地和公共地等。

(四)印制电路板的EMC设计

元器件、电路和地线引起的骚扰都会在印制电路板上反映出来。因此，印制电路板的EMC工程设计非常关键。印制电路板的布线要合理，如采用多层板，电源线与地线靠近，时钟线、信号线与地线的臣离要近等，以减少电路工作时引起内部噪声。严格执行印制电路板的工艺标准和规范，模拟和数字电路分层布局，以达到板上各电路之间的相互兼容。

另外，值得注意的是在进行EMC设计时，一定不能忽略对静电放电(ESD)的防护。ESD防护的关键，一是防止静电核的产生和积累，再就是阻隔ESD效应的发生。阻止披电的方法和措施很多，这里不做赘述。

五、掌握并运用EMC测试技术

EMC设计与EMC测试是相辅相成的。EMC设计的好坏是要通过EMC测试来衡量的。只有在产品的EMC设计和研制的全过程中，进行EMC的相容性预测和评估，才能及早发现可能存在的电磁干扰，并采取必要的抑制和防护措施，从而确保系统的电磁兼容性。否则，当产品定型或系统建成后再发现不兼容的题，则需在人力、物力上花很大的代价去修改设计或采用补救的措施。然而，往往难以彻底的解决问题，而给系统的使用带来许多麻烦。

EMC测试包括测试方法、测量仪器和试验场所，测试方法以各类标准为依据，测量仪器以频域为基础，试验场地是进行EMC测试的先决条件，也是衡量EMC工作水平的重要因素。EMC检测受场地的影响很大，尤其以电磁辐射发射、辐射接收与辐射敏感度的测试对场地的要求最为严格。目前，国内外常用的试验场地有：开阔场、半电波暗室、屏蔽室和横电磁波小室等。

作为EMC测试的实验室大体有两种类型：一种是经过EMC权威机构审定和质量体系认证而且具有法定测试资格的综合性设计与测试实验室。或称检测中心。它包括有进行传导干扰、传导敏感度及静电放电敏感度测试的屏蔽室，有进行辐射敏感度测试的消声屏蔽室，有用来进行辐射发射测试的开阔场地和配备齐全的测试与控制仪器设备。要建立这样一套完善的实验室需投入几百万甚至数千万元人民币。目前，国内已有数家已建成或正在投资兴建。

另一种类型就是根据本单位的实际需要和经费情况而建立的具有一定测试功能的EMC实验室。比起大型的综合实验室，这类测试实验室规模小，造价低。主要适用于预相容测试和EMC评估。也就是为了使产品在最后进行EMC认证之前，具有自测试和评估的手段。如有不足，还可充分利用社会成果，内外合作，相互比对和交流，以达节约开支，改进设计，不断提高产品的电磁兼容性之目的。

在测试仪器方面，以频谱分析仪为核心的自动检测系统，可以快捷、准确地提供EMC有关参数。新型的EMC扫描仪与频谱仪相结合，实现了电磁辐射的可视化。可对系统的单个元器件，PCB板、整机与电缆等进行全方位的三维测试，显示真实的电磁辐射状况。

EMC测试必须依据EMC标准和规范给出的测试方法进行，并以标准规定的极限值作为判据。对于预相容测试，尽管不可能保证产品通过所有项目的标准测试，但至少可以消除绝大部分的电磁干扰，从而提高产品的可信度。而且能够指出你如何改进设计、抑制EMI发射。

六、结束语

EMC作为一门多学科的高新技术，以其在质量保证体系中的重要作用而逐渐被人们所认识。坚持电磁兼容性设计，提高贯彻EMC标准的意识性。消除电磁干扰，实现电磁兼容，从根本上提高产品的质量与可靠性。

第五篇：电磁兼容作业

题目：电源电磁兼容原理及抑制方法电磁兼容原理作业

姓名：赵军

学号：S20060151

电源电磁兼容原理及抑制方法

随着电子设备的大量应用，电源在这些设备中的地位越来越重要，而开关变换器由于体积小、重量轻、效率高等特点，在电源中占的比重越来越大。开关电源大多工作在高频情况下，在开关器件的开关过程中，寄生元件（如寄生电容、寄生电感等）中能量的高频变化产生了大量的电磁干扰（Electromagnetic Interference，EMI）。

EMI信号占有很宽的频率范围，又有一定的幅度，经过在电路、空间中的传导和辐射，污染了周围的电磁环境，影响了与其它电子设备的电磁兼容（Electromagnetic Compatibility）性。随着近年来各国对电子设备的电磁干扰和电磁兼容性能要求的不断提高，对电磁干扰以及新的抑制方法的研究已成为开关电源研究中的热点。

本文对电磁干扰产生、传播的机理进行了简要的介绍，重点总结了几种近年来提出的抑制开关电源电磁干扰产生及传播的新方法。1 电磁干扰的产生和传播方式

开关电源中的电磁干扰分为传导干扰和辐射干扰两种。通常传导干扰比较好分析，可以将电路理论和数学知识结合起来，对电磁干扰中各种元器件的特性进行研究；但对辐射干扰而言，由于电路中存在不同干扰源的综合作用，又涉及到电磁场理论，分析起来比较困难。下面将对这两种干扰的机理作一简要的介绍。1.1 传导干扰的产生和传播

传导干扰可分为共模（Common Mode-CM）干扰和差模（Differential Mode-DM）干扰。由于寄生参数的存在以及开关电源中开关器件的高频开通与关断，使得开关电源在其输入端（即交流电网侧）产生较大的共模干扰和差模干扰。1.1.1 共模（CM）干扰

变换器工作在高频情况时，由于dv/dt很高，激发变压器线圈间、以及开关管与散热片间的寄生电容，从而产生了共模干扰。如图1所示，共模干扰电流从具有高dv/dt的开关管出发流经接地散热片和地线，再由高频LISN网络（由两个50Ω电阻等效）流回输入线路。

图1 典型开关变换器中共模、差模干扰的传播路径

根据共模干扰产生的原理，实际应用时常采用以下几种抑制方法： 1）优化电路器件布置，尽量减少寄生、耦合电容。

2）延缓开关的开通、关断时间。但是这与开关电源高频化的趋势不符。3）应用缓冲电路，减缓dv/dt的变化率。1.2.2 差模（DM）干扰

开关变换器中的电流在高频情况下作开关变化，从而在输入、输出的滤波电容上产生很高的di/dt，即在滤波电容的等效电感或阻抗上感应了干扰电压。这时就会产生差模干扰。故选用高质量的滤波电容（等效电感或阻抗很低）可以降低差模干扰。

1.2 辐射干扰的产生和传播

辐射干扰又可分为近场干扰〔测量点与场源距离<λ/6（λ为干扰电磁波波长）〕和远场干扰（测量点与场源距离>λ/6）。由麦克斯韦电磁场理论可知，导体中变化的电流会在其周围空间中产生变化的磁场，而变化的磁场又产生变化的电场，两者都遵循麦克斯韦方程式。而这一变化电流的幅值和频率决定了产生的电磁场的大小以及其作用范围。在辐射研究中天线是电磁辐射源，在开关电源电路中，主电路中的元器件、连线等都可认为是天线，可以应用电偶极子和磁偶极子理论来分析。分析时，二极管、开关管、电容等可看成电偶极子；电感线圈可以认为是磁偶极子，再以相关的电磁场理论进行综合分析就可以了。

图2是一个Boost电路的空间分布图，把元器件看成电偶极子或磁偶极子，应用相关电磁场理论进行分析，可以得出各元器件在空间的辐射电磁干扰，将这些干扰量迭加，就可以得到整个电路在空间产生的辐射干扰。关于电偶极子、磁偶极子，可参考相关的电磁场书籍，此处不再论述。

图2 Bosst电路在三维空间的分布

需要注意的是，不同支路的电流相位不一定相同，在磁场计算时这一点尤其重要。相位不同一是因为干扰从干扰源传播到测量点存在时延作用（也称迟滞效应）；再一个原因是元器件本身的特性导致相位不同。如电感中电流相位比其它元器件要滞后。迟滞效应引起的相位滞后是信号频率作用的结果，仅在频率很高时作用才较明显（如GHz级或更高）；对于功率电子器件而言，频率相对较低，故迟滞效应作用不是很大。2 几种新的电磁干扰抑制方法

在开关电源产生的两类干扰中，传导干扰由于经电网传播，会对其它电子设备产生严重的干扰，往往引起更严重的问题。常用的抑制方法有：缓冲器法，减少耦合路径法，减少寄生元件法等。近年来，随着对电子设备电磁干扰的限制越来越严格，又出现了一些新的抑制方法，主要集中在新的控制方法与新的无源缓冲电路的设计等几个方面。下面分别予以介绍。2.1 新的控制方法—调制频率控制

干扰是根据开关频率变化的，干扰的能量集中在这些离散的开关频率点上，所以很难满足抑制EMI的要求。通过将开关信号的能量调制分布在一个很宽的频带上，产生一系列的分立边频带，则干扰频谱可以展开，干扰能量被分成小份分布在这些分立频段上，从而更容易达到EMI的标准。调制频率（Modulated Frequency）控制就是根据这种原理实现对开关电源电磁干扰的抑制。最初人们采用随机频率（Randomized Frequency）控制[1]，其主要思想是，在控制电路中加入一个随机扰动分量，使开关间隔进行不规则变化，则开关噪声频谱由原来离散的尖峰脉冲噪声变成连续分布噪声，其峰值大大下降。具体办法 是，由脉冲发生器产生两种不同占空比的脉冲，再与电压误差放大器产生的误差 信号进行采样选择产生最终的控制信号。其具体的控制波形如图3(a)所示。

(a)随机频率控制原理波形图

(b)调制频率控制原理波形图 图3 两种不同的频率调制波形

但是，随机频率控制在开通时基本上采用PWM控制的方法，在关断时才采用随机频率，因而其调制干扰能量的效果不是很好，抑制干扰的效果不是很理想。而最新出现的调制频率控制则很好地解决了这些问题。其原理是，将主开关频率进行调制，在主频带周围产生一系列的边频带，从而将噪声能量分布在很宽的频带上，降低了干扰。这种控制方法的关键是对频率进行调制，使开关能量分布在边频带的范围，且幅值受调制系数β的影响（调制系数β=Δf/fm，Δf为相邻边频带间隔，fm为调制频率），一般β越大调制效果越好[2][3]，其控制波形如图3(b)所示。

图4即为一个根据调制频率原理设计的控制电路。各种控制方法可以在不影响变换器工作特性的情况下，很好地抑制开通、关断时的干扰。

图4 一个典型的调制频率控制电路

2.2 新的无源缓冲电路设计

开关变换器中电磁干扰是在开关管开关时刻产生的。以整流二极管为例，在开通时，其导通电流不仅引起大量的开通损耗，还产生很大的di/dt，导致电磁干扰；而在关断时，其两端的电压快速升高，有很大的dv/dt，从而产生电磁干扰。缓冲电路不仅可以抑制开通时的di/dt、限制关断时的dv/dt，还具有电路简单、成本较低的特点，因而得到了广泛应用。但是传统的缓冲电路中往往采用有源辅助开关，电路复杂不易控制，并有可能导致更高的电压或电流应力，降低了可靠性。因此许多新的无源缓冲器应运而生，以下分别予以总结介绍。2.2.1 二极管反向恢复电流抑制电路

对于图5(a)的Boost电路，Q1开通后，D1将关断。但由于此前D1上的电流为工作电流，要降为零，其dv/dt将很高。D1的关断只能靠反向恢复电流尖峰，而现有的抑制二极管反向恢复电流的方法大多只适用于特定的变换器电路，而且只对应某一种的输入输出模式，适用性很差。国外有人提出了图5(b)的电路[6]，可以较好地解决这一缺陷。

图5(b)的关键在于把一个辅助二极管（D2）、一个小的辅助电感（L2）与主功率电感（L1）的部分线圈串联，然后与主二极管（D1）并联。其工作原理是，在Q1开通时，利用辅助电感及辅助二极管构成的辅助电路进行分流，使主二极管D1上的电流降为零，并维持到Q1关断。由于电感L2的作用，辅助二极管D2上的反向恢复电流是很小的，可以忽略。

(a)Boost电路

(b)二极管反向恢复电路

图5 Boost电路及其二极管反向恢复电路

这种方法除了可用于一般的变换器电路，以限制主二极管的反向恢复电流，还可以用在输入输出整流二极管的恢复电流抑制上。图6是这种应用的举例。这种技术应用在一般的电源电路里，都可以获得有效抑制反向恢复尖峰电流、降低EMI、减少损耗提高效率的效果。

(a)输入整流电路

(b)输出整流电路 图6 输入输出整流二极管反向恢复电流抑制电路

2.2.2 无损缓冲电路

在变换器电路中，主二极管反向恢复时，会对开关管造成很大的电流、电压应力，引起很大的功耗，极易造成器件的损坏。为了抑制这种反向恢复电流，减少损耗，而提出了一种无损缓冲电路[5]，如图7所示。

图7 无损缓冲电路

其主要工作原理是，主开关Q开通时的di/dt应力、关断时的dv/dt应力分别受L1、C1所限制，利用L1、C1、C2之间相互的谐振及能量转换，实现对主二极管D反向恢复电流的抑制，使开关损耗、EMI大大减少。不仅如此，由于开通时C1上的能量转移到C2，关断时C2和L1上的能量转移到负载，这种缓冲电路的损耗很低，效率很高。2.2.3 无源补偿技术

传统的共模干扰抑制电路如图8所示。为了使通过滤波电容Cy流入地的漏电流维持在安全范围，Cy的值都较小，相应的扼流线圈LCM就变大，特别是由于LCM要传输全部的功率，其损耗、体积和重量都会变大。应用无源补偿技术，则可以在不影响主电路工作的情况下，较好地抑制电路的共模干扰，并可减少LCM、节省成本。

图8 共模干扰滤波器 由于共模干扰是由开关器件的寄生电容在高频时的dv/dt产生的，因此，用一个额外的变压器绕组在补偿电容上产生一个180°的反向电压，产生的补偿电流再与寄生电容上的干扰电流迭加，从而消除干扰。这就是无源补偿的原理。

图9(a)为加入补偿电路的隔离式半桥电路。由于半桥、全桥电路常用于大功率场合，滤波电感LCM较大，所以补偿的效果会更明显。该电路在变压器上加了一个补偿线圈Nc，匝数与原边绕组一样；补偿电容CCOMP的大小则与寄生电容CPARA一样。这样一来，工作时的Nc使CCOMP产生一个与CPARA上干扰电流大小相同、方向相反的补偿电流，迭加后消除了干扰电流。补偿线圈不流过全部的功率，仅传输干扰电流，补偿电路十分简单。

同样，对于图9(b)中的正激式电路，利用其自身的磁复位线圈，可以更加方便地实现补偿。无源补偿技术还可以应用于非隔离式的变换器电路中，如图10所示，原理是一样的。

(b)带补偿电路的正激电路

(a)带补偿电路的隔离式半桥电路

图9 两种无源补偿电路

(a)Boost电路

(b)Buck电路

图10 带补偿电路的非隔离式Boost、Buck电路

需要注意的是，无源补偿技术有一定的应用条件，它受开关电流、电压的上升、下降时间，以及变压器结构等因素的影响，特别当变压器的线间耦合电容远大于寄生电容时，干扰电流不经补偿线圈而直接进入大地，此时抑制效果就不很理想。3 结语

产生噪声的来源很多，如外来干扰、机械振动、电路设计不当、元器件选择不当以及结构布局或布线不合理等。在开关变换器中，功率三极管和二极管在开－关过程中所产生的射频能量是干扰的主要来源之一。由于频率较高，或以电磁能的形式直接向空间辐射（辐射干扰），或以干扰电流的形式沿着输入、输出导线传送（传导干扰），其中后者的危害更为严重。

开关电源技术是一项综合性技术，可以利用先进的半导体电路设计技术、磁性材料、电感元件技术以及开关器件技术等来有效地减少和抑制EMI。目前，开关电源已日益广泛地应用到各种控制设备、通信设备以及家用电器中，其电磁干扰问题、及与其它电子设备的电磁兼容问题已日益成为人们关注的热点，未来电磁干扰及其相关问题必将得到更多的研究。