论电工技术领域中的电磁兼容

黄光辉,黄 丹

（内江职业技术学院，641000）

0 引言

电磁兼容（EMC）是指各种电气设备在包围的电磁环境中能正常工作并且不对该环境造成影响，换言之即电磁干扰在不破坏信息传递的情况下与有用信号同时工作。从定义中可以看出EMC包括两点要求：一是指设备在常规运转过程当中所产生的电磁干扰在极限范围内；第二点是指电气设备对所在环境中的电磁干扰具备抗扰性。在日常的电气使用过程中人们只有发现电气出问题后才意识到电磁环境的严重程度。因此在电工领域EMC的设计成为电气系统设计当中的重要环节。

通常而言，电气设备出现故障主要由三方面的原因导致：突发类、老化类和随机类。其中随机类是指设备在使用过程中的某段时间出现故障但有能自行恢复的现象，这一类故障也是最主要的故障。但是如果电气设备环境出现磁场干扰太大，其他两类故障也会随之发生。EMC设计是指就随机类故障频发的现象进行分析、改进，从而提高电器设备的安全性和可靠性，进一步对设备的调试、维修等更加便捷。如果设计中用E表示EMC的设计目标，那么目标和时间约束可以用下列关系式进行表示

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

在该等式中X1、X2同时满足E的约束条件（进行可行性设计需要以满足某些设计限制为条件，这些限制统称为总约束）。

X1)产生干扰的约束;

X2)传播干扰的约束;

X3)接收干扰的约束;

X4)干扰的产生、传播和接收三者在时间一致性的约束。

在电磁干扰环境下，干扰的产生、传播、接受不可能消除，但是从等式中可以看出以满足EMC设计目标要求为条件对干扰进行限制，即进行一定程度的限制从而完成EMC的可行性设计。

1 EMC 问题的起源及现状

EMC问题的出现是伴随着电工技术的发展而出现的。在传统EMC中主要通过抑制通信系统中的无线电波中的电磁干扰的方式来解决该问题。但是现代EMC问题中除了通信系统外还有非通信系统。如各类电子设备、计算机、家电产品等等在生产过程、运输及管理过程等环节出现的问题。能反映技术的现今与否最先是在军事领域，当然EMC问题也首先在军事领域得到反映。二战期间，美国军队在探讨EMC问题的基础上制订了无线电干扰。1946年期间通过多次测试美国国家标准协会颁布人类史上第一个标准民用无线电干扰仪器C63.1。二战结束以后EMC技术的发展是推动军事力量发展的主要动力。60年代起，EMC程序逐步扩展到军事材料的各领域。美国在这时期成立了EMC分析中心和制定了EMC计划。70-80年代时期，EMC技术扩展到商业领域，如出现电动工具干扰家庭娱乐系统、电控大门被开启等等。90年代以来EMC技术受到越来越多的人的关注，在日常中如果手机、个人电脑被处于开机状态被带上飞机会对飞机的无线电导航系统造成信号干扰，甚至会造成飞机失事。1996年我国主办了第四届全国电磁兼容学术会议。参加本次会议的人有上百人，100多篇相关学术论文在会上进行交流，论文涉及到EMC的各方面。

2 EMC问题对策原则及措施

找出电气设备、电工产品等各种电磁干扰是解决EMC问题的第一步，也是提高电产品可靠性的关键。宏观上看电磁干扰主要来自四个方面，如图1所示：

图1 干扰来源示意图

图1 中，箭头为双向箭头，即任何一种电气设备都肯能会产生或者接受EMC信号，并且还会传输给其他设备。电磁干扰的四个方面主要是 ：电磁辐射 E（f）、信号传导 S（f）、电源传导 P（f）以及干扰地线传导 G（f）。电磁干扰与信号发出的频率相关，因此我们可以把干扰当作频率的函数，为便于分析，各种干扰统一用N（f）来表示

N（f）=E（f）+S（f）+G（f）+P（f）（1）

若电气设备的电磁兼容性为 EMC（f），则可用评价不等式给出

EMC（f）≥ N（f）+A（2）

式中 A— —设备满足电磁兼容要求的安全余量 EMC（f）实际由两部分组成

EMC（f）=EMC1（f）+EMC2（f）（3）

EMC1（f）表示设备自身具备的电磁兼容门限，EMC2（f）表示经电磁兼容设计后设备增加的那部分电磁兼容门限，相互间的关系如图2 所示。由式（2）及（3）可以得到 EMC2（f）

EMC2（f）≥ N（f）-EMC1（f）+A（4）

不同的干扰源对安全余量A的要求也不同，A=6～8dB（传导干扰）、A=8～10dB（辐射干扰），EMC2（f）也被称为干扰噪声衰减系数。我们可以根据式（5）定量作依据来进行EMC设计。如图2所示：

图2 电磁兼容评价不等式示意图

除了对电工设备的电磁干扰来源进行设计以外，还可以分析电磁兼容，预测EMC的可兼容性设计模型。在混合电路中，仿真电路通过的前提下，必须考虑到电磁兼容达标与否，如果没有达标则血药对其进行修改调整电磁发射，以及重新选择设备器件。电路设计如图3所示：

图3 电路框架图

对电工设备的干扰源及接收器预测以，主要的电路途径结合分析后，即可对电磁兼容通过电脑辅助设计模型。如图4所示即为理想化的电磁兼容设计模型。

图4 电磁兼容设计模型

3 EMC动向

在科学技术不断发展的同时，电工设备、产品的开发越来越多的领域涉及到EMC问题。由于考虑到EMC问题，在其约束下电子系统的设计显得更为复杂，电工产品也面临着同样的问题。在目前的文献研究中提出首先在固定的电磁环境下所研发的系统必须性能良好，第二该系统必须符合EMC标准。目前EMC的应用向各个领域开始扩展，相关的新理论、新技术也不断呈现。目前EMC干扰消除的方法是使用自适应性预测器（ALP），ALP主要是通过控制移动通信中的码分多址（CDMA）中的BPSK窄带干扰从而达到避免感染的目的当然现在很多单位都在研制关于降低计算辐射的技术。另外随着不断深入分析电磁危害，对EMC的精确测试引起越来越多的人关注。

4 结论

电工领域中普遍存在EMC问题，在电工技术部门也不断应用EMC。因此进一步规范EMC技术标准从而消除电磁干扰的破坏性尤为重要。在世界范围工业化程度较高的国家先后成立的EMC标准制订委员会并且逐步走向国际统一标准。在科学技术高速发展的今天，EMC在理论和技术方面也需要不断得到发展。电工领域的各产品、设备面对目前的实际情况，首先必须应用和解决好EMC问题，把故障减少到最低状态，提高可靠性，确保质量安全。

[1]刘祖京,杨忠山,方光荣.电子束曝光机安装调试中的电磁兼容设计[J],电工电能新技术，1997(4):44-47.

[2]闻映红，译.电子系统设计与开发阶段的电磁干扰/电磁兼容考虑[J].电磁兼容与电磁干扰抑制技术，1996（6）：36-39.

[3]白同云.第四届全国电磁兼容学术交流大会情况介绍[J].电磁兼容与电磁干扰抑制技术，1996（5）：37-41.

[4]章国栋，陆廷孝，屠庆慈等.系统可靠性与维修性的分析与设计[M].北京：航空航天大学出版社，1992.