电磁兼容技术

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信号地线
噪声地线
金属件地线
实用低频接地方式
信号地线：低电平电路地线 噪声地线：继电器、电动机等的地线 金属件地线：设备机壳地线
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计算机控制系统的接地
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信号线的敷设
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另外，在抑制电磁感应 的方法中，除避免磁通 和回路交链外，缩小回 路所圈围的面积，也是 一种有效方法。传输线 信号的往复两根导线间 有若干距离，所以出现 圈围面积。用双绞线不 仅缩小了圈围的面积， 而且就局部来讲，相邻 小环路感应电压的极性 相反，相互抵消，从整 体来看，比两根导线平 行方式相比感应小。
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外部干扰指那些与系统结构无关，而是由外界 环境因素决定的。外部干扰主要是空间电或磁的影响。 例如输电线和电气设备发出的电磁场，通信广播发射 的无线电波，太阳或其它天体辐射出的电磁波，空中 雷电，火花放电、弧光放电、辉光放电等放电现象， 甚至气温、温度等气象条件也是外来干扰。
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电磁干扰产生和形成的条件是：
①有产生电磁干扰的发射体，即干扰源；
②存在传递电磁干扰的途径，即耦合通道； ③有承受电磁干扰的接收体，即敏感设备。
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从设计阶段开始便应从三个方面采取 抑制措施。即：
干扰 源 耦合通道 敏感 设备
抗干扰措施
①抑制干扰源； ②切断或衰减电磁干扰的传播途径； ③提高装置和系统的抗干扰能力。
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10.2.3 接地
接地是保护设施和人身安全的必要手段，也 是控制电磁干扰、保证设备电磁兼容性、提高设备 可靠性的重要技术措施。 接地方式有三种：单点接地、多点接地和混 合接地。一般在频率低于1M时采用单点接地，频 率高于10M时用多点接地，频率在1-10M之间用混 合接地。
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第10章 计算机控制系统的电磁兼容技术
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计算机控制系统的工作环境比较恶劣，往往要和各 种大功率设备协同工作，经常存在严重的干扰。同时， 数字计算机是一个含有多种元器件和许多分系统的数字 系统。外来电磁辐射、内部元件之间、分系统之间、各 传输通道之间的相互串扰对计算机数据信息所产生的干 扰和破坏，严重威胁着计算机工作的稳定性、可靠性和 安全性。同时计算机作为高速运行的数字设备，又不可 避免的向外辐射电磁干扰，对环境中的人体、设备产生 干扰。人们常常遇到这样的情况：一个在实验室运行正 常的系统，当安装在实际环境中却不能稳定工作。究其 原因就是电磁兼容性设计不完善。
10.2.1 滤波
滤波是利用滤波器的选择特性，使有用信号顺利通
过滤波电路而不受或受到很小衰减同时阻止干扰信
号的通过，从而达到抑制和防止干扰的目的。
1）信号滤波器
2）电磁干扰滤波器
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二级电容滤波
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10.2.2 屏蔽
屏蔽是在空间区域中进行金属隔离，以控制电场、 磁场和电磁波由一个区域向另一个区域传播。 1）静电屏蔽 2）电磁场屏蔽
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当有电流流过导体时，在导体周围会产生与该 电流相对应的磁通。当流经线路1的电流所产生的部 分磁通与形成环路的回路2交链时，回路2便有感应 电压产生，这种现象叫做电磁耦合或电磁感应。
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去耦方法：电磁屏蔽
电磁屏蔽是设法使回路 1 的磁通发生扭曲，或将其引向 它方、避免与回路 2 交链。可 以在两个电路之间置一磁导率 很高的金属板，消除电磁耦合。 例如，易受外来磁通影响 的变压器和磁头等部件，可置 入玻莫合金等高磁导率的外壳 内，以防止磁通进入它们内部。
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思么叫电磁兼容？ 电磁干扰的传播途径有几种？ 电磁干扰的作用形式有几种？如何抑制？ 什么是串模干扰和共模干扰？如何抑制？ 计算机控制系统中有哪几种地线？请画出回流法 地线和一点接地示意图。 6. 低频电路为什么要采取一点接地的方法，它防止 的是什么噪声？ 7. 什么是串扰？应该如何防止它对数字信号传输的 影响？ 8. 使用传输线时反射是怎样发生的？如何避免波反 射对信号传输的影响？
从机理上看，外来干扰和内部干扰的物理性质 相同，因而消除或抑制它们的方法没有本质上的区别。 从机理上看，各种干扰通过不同的耦合方式进入系统 后，对系统的作用形式都可分为共模干扰形式和串模 干扰形式。
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串模干扰及抑制方法
所谓串模干扰是指叠加（串联）在 被测信号上的干扰噪声 (又称横向干扰 或正态干扰、常态干扰) 。这里的被测 信号是指有用的直流信号或者变化缓慢 的交变信号，而干扰噪声是指无用的变 化较快的杂乱交变信号，如图12-3。串 模干扰和被测信号在回路中所处的地位 是相同的。 产生串模干扰的原因有分布电容的静电 耦合，长线传输的互感，空间电磁场引 起的磁场耦合，以及50HZ的工频干扰等。
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共模干扰
（也称纵向干扰或共态干扰） ——由不同的“地”而引起
用于控制的计算机的地、信号放大器的地以及现场信号源的地之间，通 常要相隔一段距离，在两地之间往往存在着一个电位差VC，VC对放大器产 生的干扰。称为共模干扰，也称纵向干扰/共态干扰。其一般表现形式如图 12-4所示，其中VCm为共模电压。这种干扰可以是直流电压或交流电压。
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10.1.1 干扰源及其作用形式
• 干扰源分自然干扰源和人为干扰源两类。 人为干扰源是由机电或其他人工装置产生的 电磁能量干扰。其中一部分是专门用来发射电磁 能量的装置，如广播、电视、通信、雷达和导航 等无线电设备，称为有意发射干扰源。另一部分 是在完成自身功能的同时附带产生的电磁能量的 发射，例如交通工具、架空输电线、照明用具、 电动机械、家用电器和工业、科学、医疗用射频 设备等，称为无意发射干扰源。
10.2.4 隔离
• • • • 光电隔离 电磁隔离 浮地屏蔽 继电器隔离
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（1）光电隔离 （让共模干扰没有回路）
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（2）电磁隔离
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（3）用浮地输入双层屏蔽来抑制共模噪声
图12-33 浮地输入双层屏蔽
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例如，向导线1加交流电压V1，因静电耦合作用， 导线2上将产生静电感应电压V2。其中C10、C20为导线1 和导线2的对地电容，C12为两导线之间的分布电容。
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去耦方法：静电屏蔽
静电屏蔽是把一接地屏蔽导体插在导体 1 和 导体2之间，屏蔽导体接地。
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10.1.2 干扰的传播途径 • 1、传导耦合
传导耦合必需在干扰源和敏感设备之间有完 整的电路连接，干扰信号沿着该连接电路传递到 敏感设备，产生干扰。一般有如下三种方式： 1）沿电源线传导的电磁干扰 2）通过公共阻抗的耦合 3）通过公共地阻抗的耦合
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接地回路的公共阻抗会引起几个电路之间的相 互干扰。如果系统的模拟信号和数字信号不是分开 接地的，如下图（a），则数字信号就会耦合到模拟 信号中去。图（ b ）中模拟信号和数字信号是分开 接地的，两种信号分别流入大地，这样就可以避免 干扰，因为大地是一个无限吸收面。
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电 磁 兼 容 性 （ Electromagnetic Compatibility ） 简 称 EMC 。 电 磁 兼 容 性是指一个设备或系统在其设置的预定 场所投入实际运行时，应具有既不受周 围电磁环境影响，又不影响周围环境， 也不发生性能恶化和误动作，而按设计 要求正常工作的能力。即设备或系统在 电磁环境中的适应能力。
• 2、辐射耦合 • 辐射耦合是干扰通过介质以电磁波的 形式向周围空间发射。一般有如下三种方式： • 1）天线耦合 • 2）场对导线的耦合 • 3）导线到导线的耦合
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10.2 电磁干扰抑制技术
• • • • 1）滤波 2）屏蔽 3）接地 4）隔离
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10.1 电磁兼容概述
• 电磁兼容(Electromagnetic Compatibility) 简称 EMC。按照我国国军标GJB72—85《电磁干扰和电磁 兼容名次术语》规定，电磁兼容是“设备(分系统、 系统)在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的 共存状态。既该设备不会由于受到处于同一电磁环 境中的其他设备的电磁发射导致或遭受不允许的降 级，它也不会使同一电磁环境中其它设备(分系统、 系统)因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降 级”。由于电磁环境中包含传导和辐射量方面的能 量，电磁兼容也因此具有两方面的内容——发射和 敏感度。
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自然干扰可以来自设备或系统内部，也可 以来自设备或系统外部，前一种情况为内部干 扰，后一种情况为外部干扰。 内部干扰则是由系统结构、制造工艺等所决 定的。内部干扰主要是分布电容、分布电感引 起的耦合感应，电磁场辐射感应，长线传输的 波反射，多点接地造成电位差引起的干扰，甚 至元器件产生的噪声、系统的软件干扰。
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典型的人为干扰：
摩擦电效应：当电缆中的介质不与导体保持接 触时，介质由于摩擦可以带电，这叫摩擦电效应。 它往往是由于电缆机械弯曲而引起的，这种电缆的 带电即成为噪声源，为此要防止电缆急剧地弯曲并 防止电缆活动。 导线的运动：当一段导线在磁场中运动时，线的 两端就会产生电压。由于到处都有电源线或大电流配 线，因此在大多数地方都有杂散磁场，若一个工作于 低电平的导线在磁场中运动，导线上就会产生噪声。 这个问题在振动环境中特别严重，应将电缆固定起来。