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文檔簡介

任務9.產品電磁兼容能力檢驗佘少華蘭小海3/6/20231電器產品強制認證(gdmec)一、電磁兼容概述

主要內容1.1什么叫電磁兼容1.1.1電磁兼容的定義1.1.2電磁兼容的研究領域1.2實施電磁兼容的目的1.2.1電磁干擾及其危害1.2.2國家標準及國際標準的要求3/6/20232電器產品強制認證(gdmec)1.1什么叫電磁兼容1.1.1電磁兼容的定義國家標準GB/T4365-1995《電磁兼容術語》:“設備或系統在其電磁環境中能正常工作且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。”3/6/20233電器產品強制認證(gdmec)

特色定義:

“電磁兼容是研究在有限的空間、有限的時間、有限的頻譜資源條件下,各種用電設備(分系統、系統,廣義的還包括生物體)可以共存并不致引起降級的一門科學。”

1.1.1電磁兼容的定義(續)3/6/20234電器產品強制認證(gdmec)要素:電磁環境是由空間、時間、頻譜三個要素組成的。要解決電磁兼容問題,離不開空間、時間、頻譜這三要素。這也就是我們說的電磁環境。電磁兼容要求:在共同的電磁環境中,任何設備、分系統、系統都應該不受干擾并且不干擾其他設備。

1.1.1電磁兼容的定義(續)3/6/20235電器產品強制認證(gdmec)1.1.2電磁兼容的研究領域電磁兼容涉及的問題可以歸結為五大方面:(1)騷擾源特性的研究包括電磁騷擾產生的機理,頻域與時域的特性,表征其特性的主要參數,抑制其發射強度的方法等等。(2)敏感設備的抗干擾性能在電磁兼容領域中,被干擾的設備或可能受電磁騷擾影響的設備稱為敏感設備,或者在系統分析中稱為騷擾接收器。如何提高敏感設備的抗干擾性能,是電磁兼容領域中的研究問題之一。3/6/20236電器產品強制認證(gdmec)1.1.2電磁兼容的研究領域(續)(3)電磁騷擾的傳播特性研究電磁騷擾如何從騷擾源傳播到敏感設備上去,包括輻射與傳導。電磁兼容領域中傳播特性研究的特點:源的非理想化(源的頻域、時域特性的復雜性以及源的幾何參數的復雜性)以及寬的頻率范圍。3/6/20237電器產品強制認證(gdmec)1.1.2電磁兼容的研究領域(續)(4)電磁兼容測量包括測量設備、測量方法、數據處理方法以及測量結果的評價等等。由于電磁兼容問題的復雜性,理論上的結果往往與實際相距較遠,因而使得電磁兼容測量顯得更為重要。由于電磁騷擾源在頻域與時域特性的復雜性,為了各個國家、各個實驗室測量結果之間的可比性,必須詳細規定測量儀器的各方面指標,并且各個國家的儀器指標應該嚴格地相同。標準中采用的表征電磁噪聲的參數(例如:峰值、準峰值、有效值、平均值)都是用等效于某一個特定參數的正弦信號定標的。亦即:測量得到的電磁噪聲電平是等效于某個正弦信號的電平。3/6/20238電器產品強制認證(gdmec)1.1.2電磁兼容的研究領域(續)(5)系統內與系統間的電磁兼容性在一個系統之內或系統之間,EMC問題往往要復雜得多:干擾源可能同時也是敏感設備;傳播的途徑往往是多通道的;干擾源與敏感設備不只一個等等。這就需要我們對系統內的或系統間的電磁兼容問題進行分析與預測。近年來,對系統內與系統間的電磁兼容問題的研究,除了“分析”以外,已開始研究“綜合”。這方面的進展將對電磁兼容學科起到十分重要的促進作用。3/6/20239電器產品強制認證(gdmec)

1.2實施電磁兼容的目的1.2.1電磁干擾及其危害

在電磁環境中,電磁干擾造成的危害是各種各樣的,可能從最簡單的令人煩惱的現象直到嚴重的災難。一些電磁干擾可能造成的危害:①干擾電視的收看、廣播收音機的收聽。②在數字系統與數據傳輸過程中數據的丟失。③在設備、分系統或系統級正常工作的破壞。3/6/202310電器產品強制認證(gdmec)1.2.1電磁干擾及其危害(續)④醫療電子設備(例如:醫療監護儀、心電起搏器等)的工作失常。⑤自動化微處理器控制系統(例如:汽車的剎車系統、防撞氣囊保護系統)的工作失控。⑥導航系統的工作失常。⑦起爆裝置的無意爆炸。⑧工業過程控制功能(例如:石油或化工)的失效。除此之外,強電場還會對生物體造成影響。由此可見,電磁環境的惡化,會導致多方面的后果。開展電磁兼容研究,加強電磁兼容管理,降低電磁騷擾,避免電磁干擾,是當務之急。3/6/202311電器產品強制認證(gdmec)

1.2.2國家標準及國際標準的要求

由于電子設備的發展及廣泛應用,造成了復雜的電磁環境,干擾日益嚴重。這就促使電磁兼容(ElectromagneticCompatibility簡稱為EMC)技術的出現并迅速發展起來。相應的國家及國際標準出臺則使對電磁兼容管理提高到法律的高度,從而進一步地促進了電磁兼容的發展。3/6/202312電器產品強制認證(gdmec)

1.2.2國家標準及國際標準的要求(續)

現在各國家、軍隊部門以及世界組織均成立了相應的管理組織或部門,出臺了許多有關標準、規定和措施。例如歐洲的CE指令、美國的FCC聯邦法規都有相應的電磁兼容要求。我們國家對產品的電磁兼容性能也制訂了一系列強制性或推薦性標準,并通過市場監督抽查和國家強制性產品認證(即3C認證)等措施來保證市場銷售的產品的電磁兼容符合性。因此,產品的電磁兼容符合性是國家標準及國際標準的要求。3/6/202313電器產品強制認證(gdmec)二、國內外電磁兼容發展動態主要內容2.1電磁兼容起源及其發展2.2世界主要國家、地區的電磁兼容管理及實施情況2.3國內EMC的發展與3C認證的EMC要求3/6/202314電器產品強制認證(gdmec)

2.1電磁兼容起源及其發展在人類尚未發明發電機和使用電能之前,地球上就存在自然界產生的電磁現象。電磁干擾是人們早就發現的電磁現象,它幾乎和電磁效應的現象同時被發現。1823年安培發表了電流產生磁力的基本定律。1831年法拉第發現電磁感應現象,總結出電磁感應定律,揭示了變化的磁場在導線中產生感應電動勢的規律。1840年美國人亨利成功地獲得了高頻電磁振蕩。3/6/202315電器產品強制認證(gdmec)

2.1電磁兼容起源及其發展(續)1864年麥克斯韋綜合了電磁感應定律和安培全電流定律,總結出麥克斯韋方程,提出了位移電流的理論,論述了電和磁的相互作用并預言電磁波的存在。為認識和研究電磁干擾現象奠定了理論基礎。1881年英國科學家希維賽德發表了“論干擾”的文章,標志著研究干擾問題的開端。1888年德國物理學家赫茲首創了天線,第一次把電磁波輻射到自由空間,同時又成功地接收到電磁波,用實驗證實了電磁波的存在,從此開始了對電磁干擾問題的實驗研究。1889年英國郵電部門研究了通信中的干擾問題,使干擾問題研究開始走向工業化和產業化。3/6/202316電器產品強制認證(gdmec)

2.1電磁兼容起源及其發展(續)二十世紀以來,隨著通信、廣播等無線電事業的發展,使人們逐漸認識到需要對各種電磁干擾進行控制。成立了國家級以及國際間的組織,如:德國的電氣工程師協會、國際電工委員會(IEC)、國際無線電干擾特別委員會(CISPR)等。開始對電磁干擾問題進行世界性有組織的研究。為了解決干擾問題,40年代初提出電磁兼容性的概念。1944年德國電氣工程師協會制訂了世界上第一個電磁兼容性規范VDE0878。1945年美國頒布了美國最早的軍用規范JAN-I-225。3/6/202317電器產品強制認證(gdmec)

2.1電磁兼容起源及其發展(續)電磁兼容性概念的提出,使電磁干擾問題由單純的排除干擾,逐步發展成為保證設備在電磁環境中正常工作能力的系統工程。電磁兼容學科在認識電磁干擾、研究電磁干擾和控制電磁干擾的過程中得到發展。深入闡述了電磁干擾產生的原因,分清了干擾的性質;深刻研究了干擾傳輸及耦合的機理,系統地提出了抑制干擾的技術措施;制定了電磁兼容的系列標準和規范;建立了電磁兼容試驗和測量的體系;解決了電磁兼容設計、分析和預測的一系列理論和技術問題。3/6/202318電器產品強制認證(gdmec)

2.1電磁兼容起源及其發展(續)七十年代以來,電磁兼容技術逐漸成為非常活躍的學科領域之一,較大規模的國際性電磁兼容學術會議,每年召開一次。美國最有影響的電子電氣工程師協會“IEEE”的權威雜志,專門設有EMC分冊。美國學者B.E.凱瑟撰寫了系統性的論著《電磁兼容原理》。美國國防部編輯出版了各種電磁兼容性手冊,廣泛應用于工程設計。3/6/202319電器產品強制認證(gdmec)

2.1電磁兼容起源及其發展(續)到八十年代,美國、德國、日本、前蘇聯、法國等經濟發達國家在電磁兼容研究和應用方面達到了很高的水平。主要研究和應用的內容包括電磁兼容標準和規范、分析設計和預測、試驗測量和開發屏蔽導電材料、培訓教育和管理等。在工程應用方面研制出高精度的電磁干擾及電磁敏感度自動測量系統。開發出多種系統內和系統間電磁兼容性計算機分析和預測軟件。3/6/202320電器產品強制認證(gdmec)2.1電磁兼容起源及其發展(續)形成了一套完整的設計體系,還開發研制成功多種抑制電磁干擾的新材料和新工藝。電磁兼容設計成為民用電子設備和軍用武器裝備研制中必須嚴格遵循的原則和步驟。在產品設計、加工、檢測、試驗和使用的各個階段都要考慮電磁兼容技術和管理。電磁兼容性成為產品可靠性保證中的重要組成部分。3/6/202321電器產品強制認證(gdmec)

2.1電磁兼容起源及其發展(續)九十年代,電磁兼容性工程已經從事后檢測處理發展到預先分析評估、預先檢驗、預先設計。把過去用于研制后期試驗測量和處理以及返工補救的費用安排到加強事前設計和預測檢驗中來。電磁兼容技術已成為現代工業生產并行工程系統的實施項目組成部分。產品電磁兼容性達標認證已由一個國家范圍發展到一個地區或一個貿易聯盟采取統一行動。從1996年1月1日開始,歐洲共同體12個國家和歐洲自由貿易聯盟的北歐6國共同宣布實行電磁兼容性許可證制度,使得電磁兼容性認證與電工電子產品安全性認證處于同等重要的地位。3/6/202322電器產品強制認證(gdmec)

2.1電磁兼容起源及其發展(續)在我國對電磁兼容理論和技術的研究起步較晚。80年代初才組織系統地研究并制訂國家級和行業級的電磁兼容性標準和規范。1981年頒布了第一個航空工業較為完整的標準HB5662-81《飛機設備電磁兼容性要求和測試方法》。八十年代以來,國內電磁兼容學術組織紛紛成立,學術活動頻繁開展。1987年召開了第一屆全國性電磁兼容性學術會議。1990年在北京成功地舉辦了第一次國際電磁兼容性學術會議,標志著我國電磁兼容學科的迅速發展并開始參與世界交流。3/6/202323電器產品強制認證(gdmec)

2.1電磁兼容起源及其發展(續)九十年代以來隨著國民經濟和高科技產業的迅速發展,電磁兼容技術受到格外重視。并投入了較大的財力和人力建立了一批電磁兼容性試驗測試中心,引進了許多先進的電磁干擾及敏感度自動測試系統和試驗設備。在電磁兼容性工程設計和預測分析方面也開展了研究并逐漸開始實際應用。在部分高等院校中開設了電磁兼容原理及設計課程,翻譯和編寫了一批教材。1993年由國家軍用標準化中心組織編寫了《電磁兼容性工程設計手冊》,表明我國軍用設備的電磁兼容性工程設計進入全面實施階段。此后,在標準和規范的研究與制訂方面有了較大進展,到目前已制定了近百個國家標準和國家軍用標準。3/6/202324電器產品強制認證(gdmec)2.2世界主要國家、地區的電磁兼容管理及實施情況經濟發達國家和地區對電磁兼容問題都較為重視,政府甚至采取立法和認證程序來管理相關產品的電磁兼容性能,對不符合者采取非常嚴厲的處罰行動。歐盟的“CEEMC”指令和美國的FCC法規的對世界的影響尤為深遠。世界各國對于EMC的管理,一般可分為兩種管型式:部份的國家只管制電機、電子產品的電磁輻射干擾部份(EMI),如美國;另有部份國家也增加了電磁抗擾性(EMS)的管制,如歐盟地區。3/6/202325電器產品強制認證(gdmec)

2.2.1歐盟(1)CE指令歐盟89/336/EECEMC指令要求從1996年開始,凡欲進入歐共體市場的電子、電器和相關產品一定要符合有關電磁兼容標準要求,并在產品上粘貼符合性標記“CE”。(注:在有關產品使用“CE”標志,除電磁兼容指令外,還應符合相應的“LVD”低電壓指令等所有相關指令的要求)。歐盟對有關產品的電磁兼容性要求一般包括電磁騷擾和抗擾度兩個方面的內容。3/6/202326電器產品強制認證(gdmec)

2.2.1歐盟(續)(2)CE標記歐洲聯盟包括十五個國家:英、法、荷、比利時、西班牙、盧森堡、奧地利、芬蘭、瑞典、丹麥、德、希臘、葡萄牙、愛爾蘭、意大利。CE指定由歐盟總部所制訂,該指令落實各會員國,由會員國立法成為國內法令之后,就具有強制性。而CE標記的CE二個字代表為歐盟"EuropeanCommunity"的縮寫。CE標記是采取自我宣告(ECDeclarationofconformity,Doc)方式。如果產品滿足了EMC要求,檢測單位會將產品的型式試驗(TypeTest)報告等給廠商。廠商建立產品技術檔案,自我宣告產品已符合相關指令,按規定作成CE標記,貼示于適當位置。3/6/202327電器產品強制認證(gdmec)

2.2.2美國(1)FCC法規美國聯邦通訊委員會(FederalCommunicationsCommission,FCC)在1979年特別制定各種產品的電磁輻射干擾法規,法規編號從Part0~Part100,涵蓋了各項電機、電子產品。FCC目前對有關產品的要求主要是電磁騷擾特性。FCCPart15、Part18、Part68分別是關于射頻設備(含廣播接收機、數字設備等)、工-科-醫射頻設備和通信設備的電磁騷擾特性的限制要求。以國內廠商最有關的部份FCCPart15為例:此章是管制產品電磁輻射部份,主要分為非有意輻射產品與有意輻射產品兩大類。隨著產品的日新月異,FCC制定電磁輻射干擾法規已逐漸朝著國際無線電干擾特別委員會(CISPR)的標準編訂方式在修訂。3/6/202328電器產品強制認證(gdmec)

2.2.2美國(續)(2)FCC標記自1996年8月起,部分產采用通過制造商自我宣告(DOC)的模式。只要廠商的產品在FCC法規分類中屬于DOC類,產品滿足了EMC要求后,便可以依檢驗單位提供的產品型式試驗報告等證明文件,實行自我宣告。若廠商的產品在FCC法規分類中屬于認證(Certification)類產品,則廠商必須先加入FCC會員。產品滿足了EMC要求后,便可以依檢驗單位提供的型式試驗報告等證明文件向FCC認可的TCB(TelecommunicationsCertificationBody)申請FCCID。按規定做成FCC標記,貼于產品適當位置。3/6/202329電器產品強制認證(gdmec)

2.2.3日本日本自1985年起,由機械、電子等四個產業公會聯合起來,成立一個類似財團法人團體VCCI(VOLUNTARYCONTROLCOUNCILFORINTERFERENCE)。制定出一個自愿性認證法。其中VCCI法規的V-2便是電磁輻射干擾規定。1995年起,廠商只要加入VCCI會員,并每年繳交年費,便可依檢驗單位提供的產品型式試驗報告等證明文件,向日本VCCI報備登錄。按規定作成VCCI標記,貼于產品適當位置。3/6/202330電器產品強制認證(gdmec)

2.2.4新西蘭與澳大利亞新西蘭與澳大利亞的電磁兼容管理主要是依據1992年公告的無線電波法(RadioCommunicationAct)。該法于1996年1月1日生效,并于1997年1月1日起強制實施。對信息技術設備產品需符合AS/NZS3548電磁輻射干擾規定。澳洲所管制的EMC架構與歐盟CE-Marking的EMC大致雷同,均采自我認證的方式。依產品標準執行且通過測試后,簽署一自我宣告書(DOC)即可。所不同的是宣告書必須由澳洲境內的進口商、供貨商或制造商簽署宣告;另澳洲政府還要求每一澳洲本地的供貨商或進口商必須向其執行單位ACA(AustralianCommunicationsAuthority)登錄。按規定作成C-Tick標記,貼于產品適當位置。3/6/202331電器產品強制認證(gdmec)

2.2.5臺灣地區臺灣標準檢驗局(BSMI)為了控制島內電子、電機產品的電磁輻射干擾,于1995年5月公布《商品電磁兼容性管理辦法》。并于1996年7月正式公告自1997年1月1日起管制復印機等產品的電磁兼容性能,之后陸續管制信息周邊產品、家電與廣播音響產品。而標準檢驗局也依據CISPR與IEC的EMC標準,逐漸修訂島內相應標準CNS,例如CNS13438就是信息類產品的標準。島內申請廠商其產品符合了EMC要求后,便可以依檢驗單位提供的電磁兼容型式試驗報告及其它必要的文件資料。填具申請書后,向所在地檢驗機構申請后,由檢驗機構核發檢磁號碼證書。3/6/202332電器產品強制認證(gdmec)

2.3國內EMC的發展與3C認證的EMC要求為了減少電磁干擾所造成的危害,提高產品的電磁兼容性能,保護人身健康、設備安全和電磁環境,保護用戶和消費者的利益,自二十世紀八十年代以來,中國國家質量技術監督局開始系統地組織制定有關電磁兼容的國家標準。到目前已制定了近百個國家標準。這些標準的實施,為提高產品和系統的電磁兼容性能起到了極大的促進作用。我國從九十年代開始逐步開始對電子電器及其他相關產品的電磁兼容性能進行相應的管理。3/6/202333電器產品強制認證(gdmec)2.3國內EMC的發展與3C認證的EMC要求(續)我國相應的質量管理部門九十年代主要通過以下幾種方法來逐步展開對電磁兼容的質量管理。對國內生產銷售的產品主要通過:①國家或地方、行業質量管理部門組織的產品質量市場監督抽查;②工業產品生產許可證制度;③電磁兼容認證等方式進行管理。對進口產品,則通過進口商品安全質量許可證制度和電磁兼容強制檢驗來進行管理。自2000年開始對六類進口商品(個人計算機、顯示器、打印機、開關電源、電視機和音響設備)實施電磁兼容強制檢驗。3/6/202334電器產品強制認證(gdmec)2.3國內EMC的發展與3C認證的EMC要求(續)

到本世紀初,隨著我國的經濟的進一步發展和對外開放的持續深入的實施,我國在進口產品質量安全許可和強制性產品認證工作上存在內外不一致的問題日益突出。為此,國務院領導做出了對進口產品質量安全許可制度和國產品強制性認證制度實行“四個統一”的批示。即:統一標準、技術法規和合格評定程序;統一目錄;統一標志;統一收費。基于以上理由,由國家質量監督檢驗檢疫總局和國家認證認可監督管理委員會共同制定了《強制性產品認證管理規定》(以下簡稱為《規定》)3/6/202335電器產品強制認證(gdmec)2.3國內EMC的發展與3C認證的EMC要求(續)

《規定》于2001年11月21日審議通過,自2002年5月1日起施行,過渡期為一年。強制性產品認證的主管單位為國家認證認可監督管理委員會。認證標志的名稱為“中國強制認證”(英文名稱為“ChinaCompulsoryCertification”,英文縮寫為“CCC”,)該標志可簡稱為“3C”標志,該認證也簡稱為CCC認證或3C認證。2001年12月3日發布《第一批實施強制性產品認證的產品目錄》(以下簡稱為《目錄》),目錄共有19類132種產品。3/6/202336電器產品強制認證(gdmec)2.3國內EMC的發展與3C認證的EMC要求(續)按《規定》要求:為完善和規范強制性產品認證工作,切實維護國家、社會和公眾利益,凡列入強制性產品認證目錄的產品,必須經國家指定的認證機構認證合格、取得指定認證機構頒發的認證證書、并加施認證標志后,方可出廠銷售、進口和在經營性活動中使用。對列入目錄內的產品,從2002年5月1日起受理申請,自2003年5月1日起,未獲得強制性產品認證證書和未加施中國強制性認證標志的產品不得出廠、進口、銷售。按原規定要求,該規定應于2003年5月1日起開始強制實施。由于眾所周知的原因,國家認證認可監督管理委員會(CNAL)發布2003年第38號公告,將強制實施日期推遲到2003年8月1日。3/6/202337電器產品強制認證(gdmec)2.3國內EMC的發展與3C認證的EMC要求(續)根據《規定》要求,自實施之日起:強制性產品認證取代此前的中國電工產品認證委員會(CCEE)實施的電工產品安全認證(簡稱長城認證或CCEE認證)、中國進出口質量認證中心(CQC)實施的進口商品安全質量許可制度、中國電磁兼容認證中心實施的電磁兼容認證(簡稱CEMC認證)。列入目錄的產品也同時取消相應的生產許可證制度。與此前的管理方式不同的是,3C認證首次在國內將電磁兼容的管理納于強制認證的范疇(此前只是對六類進口商品實施電磁兼容強制檢驗)。凡是列入3C目錄的產品,按相應的強制性認證實施規則,若包含電磁兼容檢測項目,則對其電磁兼容強制檢驗作為3C認證一部分內容來管理。3/6/202338電器產品強制認證(gdmec)2.3國內EMC的發展與3C認證的EMC要求(續)現階段,我國相應的質量管理部門主要以以下幾種方法來展開對電磁兼容的質量管理。對列入3C目錄的產品,通過3C認證的方式進行管理;對未列入3C目錄的產品,則通過自愿認證的方式進行管理。另外,無論產品是否列入3C目錄,只要在國內生產或銷售,都需要接受國家或地方的行業或質量管理部門組織的產品質量市場監督抽查和行業監督抽查。對抽查產品的電磁兼容檢測按國家相應的強制實施標準進行。3/6/202339電器產品強制認證(gdmec)

三、電磁兼容理論基礎主要內容3.1電磁兼容基本名詞及術語3.1.1基本名詞術語3.1.2電磁兼容測試中常用單位3.2電磁干擾形成的三要素3.3電磁騷擾源的特性3.4電磁騷擾傳播特性

3/6/202340電器產品強制認證(gdmec)

3.1.1基本名詞術語(電磁)發射(electromagnetic)emission“從源向外發出電磁能的現象。”電磁兼容中的發射既包含傳導發射,也包括輻射發射。電磁騷擾electromagneticdisturbance“任何可能引起裝置、設備或系統性能降低或對有生命或無生命物質產生損害作用的電磁現象。電磁騷擾可能是電磁噪聲、無用信號或傳播媒介自身的變化。”電磁騷擾還包括了無用信號。電磁干擾electromagneticinterference“電磁騷擾引起的設備、傳輸通道或系統性能的下降。”由以上兩個術語可見:電磁騷擾僅僅是電磁現象,即指客觀存在的一種物理現象,它可能引起降級或損害,但不一定已經形成后果。而電磁干擾是由電磁騷擾引起的后果。3/6/202341電器產品強制認證(gdmec)

3.1.1基本名詞術語(續)(性能)降低degradation(ofPerformance)“裝置、設備或系統的工作性能與正常性能的非期望偏離。”此種非期望偏離(指向壞的方向偏離)并不意味著一定會被使用者覺察,但也應視為性能降低。電磁環境electromagneticenvironment“存在于給定場所的所有電磁現象的總和。”“給定場所”即“空間”;“所有電磁現象”包括全部“時間”與全部“頻譜”。3/6/202342電器產品強制認證(gdmec)

3.1.1基本名詞術語(續)電磁噪聲electromagneticnoise“一種明顯不傳送信息的時變電磁現象,它可能與有用信號疊加或組合。”一般認為無線電頻率從10kHz開始向上。而“電磁”現象則包括所有的頻率,除無線電頻率外,還包括所有的低頻(包括直流)電磁現象。無用信號unwantedsignal,undesiredsignal“可能損害有用信號接收的信號。”干擾信號interferingsignal“損害有用信號接收的信號”。比較以上兩條術語可見,差別僅在于無用信號是“可能損害…”,而干擾信號是“損害…”。表明無用信號在某些條件下還是有用的無害的;而干擾信號任何情況下都是有害的。3/6/202343電器產品強制認證(gdmec)

3.1.1基本名詞術語(續)

(對騷擾的)抗擾度immunity(toadisturbance)“裝置、設備或系統面臨電磁騷擾下降低運行性能的能力。”

(電磁)敏感性(electromagnetic)susceptibility—EMS“在存在電磁騷擾的情況下,裝置、設備或系統不能避免性能降低的能力。注:敏感性高,抗擾度低。”抗擾度與敏感性都反應的是裝置、設備或系統的抗干擾的能力,僅僅是從不同的角度而言。在國際與國內,軍用標準體系常用敏感性這一術語;而民用標準體系慣用抗擾度一詞。3/6/202344電器產品強制認證(gdmec)3.1.1基本名詞術語(續)騷擾限值(允許值)limitofdisturbance“對應于規定測量方法的最大電磁騷擾允許電平。”干擾限值(允許值)limitofinterference“電磁騷擾使裝置、設備或系統最大允許的性能降低。”(來自騷擾源的)發射限值emissionlimit(fromadisturbsource)“規定電磁騷擾源的最大發射電平。”發射裕量emissionmargin“裝置、設備或系統的電磁兼容電平與發射限值之間的差值。”3/6/202345電器產品強制認證(gdmec)3.1.1基本名詞術語(續)(時變量的)電平level(oftimevaryingquantity)“用規定方式在規定時間間隔內求得的諸如功率或場參數等時變量的平均值或加權值。”(騷擾源的)發射電平emissionlevel(ofadisturbancesource)“用規定的方法測得的由特定裝置、設備或系統發射的某給定電磁騷擾電平。”(電磁)兼容電平(electromagnetic)compatibilitylevel“預期加在工作于指定條件的裝置、設備或系統上規定的最大電磁騷擾電平。”注:實際上電磁兼容電平并非絕對最大值,而可能以小概率超出。3/6/202346電器產品強制認證(gdmec)3.1.1基本名詞術語(續)抗擾度電平immunitylevel“將某給定的電磁騷擾施加于某一裝置、設備或系統而其仍能正常工作并保持所需性能等級時的最大騷擾電平。”也就是說:超過此電平,該裝置、設備或系統就會出現性能降低。而敏感性電平,是指剛剛開始出現性能降低的電平。所以對某一裝置、設備或系統而言,擾抗度電平與敏感性電平是同一個數值。抗擾度限值immunitylimit“規定的最小抗擾度電平。”3/6/202347電器產品強制認證(gdmec)3.1.1基本名詞術語(續)

抗擾度裕量immunitymargin“裝置、設備或系統的抗擾度限值與電磁兼容電平之間的差值。”(電磁)兼容裕量(electromagnetic)compatibilitymargin“裝置、設備或系統的抗擾度限值與騷擾源的發射限值之間的差值。”騷擾抑制disturbancesuppression“削弱或消除電磁騷擾的措施。”騷擾抑制是加于電磁發射器(源)上的措施。

干擾抑制interferencesuppression“削弱或消除電磁干擾的措施。”干擾抑制是加于敏感設備(被干擾對象)上的措施。3/6/202348電器產品強制認證(gdmec)

幾個術語之間的相互關系3/6/202349電器產品強制認證(gdmec)3/6/202350電器產品強制認證(gdmec)3.1.2電磁兼容測試中常用單位

在電磁兼容測量中常用不同的量綱,單位也不盡相同。分述如下:功率電壓電流功率密度與電場強度磁場強度3/6/202351電器產品強制認證(gdmec)3.1.2電磁兼容測試中常用單位功率功率的基本單位為瓦(W),即焦耳/秒(J/s)。為了表示寬的量程范圍,常常引用兩個相同量比值的常用對數,以“貝爾”(B)為單位。但貝爾是個較大的值。為了使用方便,采用貝爾的1/10,即分貝(dB)為單位,即:PdB=10lg(P2/P1)PdBW=10lg(PW/1W)若以1mW為0dB,0dBm=-30dBWdBmW通常省略為dBm。頻譜分析儀常以分貝毫瓦(dBm)表示其輸人電平。3/6/202352電器產品強制認證(gdmec)3.1.2電磁兼容測試中常用單位(續)電壓對于純阻性負載:P=V2/R若以分貝(dB)表示,VdBμ=20lg(V2/V1)=20lg(VμV/1)dBμV通常省略為dBμ顯然:0dBμ=–120dBVdBμ與dBm之間的關系:PdBm=VdBμ–90–10lg(R/1)對于50Ω的系統:PdBm=VdBμ–107dB3/6/202353電器產品強制認證(gdmec)3.1.2電磁兼容測試中常用單位(續)電流常以dB為單位,即:IdBμA=20lg(IμA/1μA)

磁場強度與電場強度HA/m=EV/m/ZΩHμA/m=EμV/m/ZΩ當Z=Z0=120π寫為分貝形式:HdB(μA/m)=EdB(μV/m)-51.5dB

3/6/202354電器產品強制認證(gdmec)3.1.2電磁兼容測試中常用單位(續)功率密度與電場強度有時用空間的功率密度S表示電磁場強度,尤其是在微波波段。因為在微波波段,測量功率比測量電壓容易,而且也具有實際意義。功率密度的基本單位為W/m2。常用的單位為mW/cm2或W/cm2。它們之間的關系為:SW/m2=10SmW/cm2=0.01SμW/cm2除需要進行場強換算外,一般功率密度不再轉換為分貝形式。Z0為自由空間波阻抗:Z0=120πS=E2/Z0。則在自由空間,功率密度S與電場強度E的關系化為分貝:SdB(W/m2)=EdB(V/m)–25.8dBSdB(mW/m2)=EdB(μV/m)–155.8dBSdB(μW/m2)=EdB(μV/m)–125.8dB3/6/202355電器產品強制認證(gdmec)

3.2電磁干擾形成的三要素形成電磁干擾必然具備三個基本要素:①電磁騷擾源,②耦合途徑或傳播通道,③敏感設備。電磁兼容設計即是從這三個基本要素出發。3/6/202356電器產品強制認證(gdmec)

3.2.1電磁騷擾源電磁騷擾源包括自然騷擾源和人為騷擾源。2.3.1.1自然騷擾源包括:①來自銀河系的電磁噪聲;②來自太陽系的電磁騷擾;③來自大氣層的電磁騷擾;④熱噪聲。2.3.1.2人為騷擾源包括:①工科醫(射頻)設備;②高壓電力系統與電力電子系統;③電牽引系統;④內燃機點火系統;⑤聲音和廣播電視接收機;⑥家用電器、電動工具與電氣照明;⑦信息技術設備;⑧靜電放電;⑨核電磁脈沖;⑩通訊、廣播、定位等大功率設備。3/6/202357電器產品強制認證(gdmec)

3.2.2電磁騷擾的傳播途徑電磁騷擾的傳播途徑包括傳導耦合和輻射耦合。傳導耦合包括互傳導耦合和導線間的感性與容性耦合。輻射耦合包括近場耦合和遠場耦合。3/6/202358電器產品強制認證(gdmec)3.2.2電磁騷擾的傳播途徑(續)傳導耦合必須在騷擾源和敏感設之間有完整的電路連接,騷擾信號沿著這個連接電路傳遞到敏感設備,發生干擾現象。這個傳輸電路可包括:導線、設備的導電部件、供電電源、公共阻抗、接地平面、電阻、電感、電容、和互感元件等。輻射耦合是通過介質以輻射電磁波形式傳播,騷擾能量按電磁波的規律向周圍空間發射。常見的輻射耦合有三種:①騷擾源天線發射的電磁波被敏感設備天線意外接收,稱為天線對天線耦合②空間電磁場經導線感應而耦合,稱為場對線的耦合③兩根平行導線之間的高頻信號感應,稱為線對線感應耦合3/6/202359電器產品強制認證(gdmec)3.2.3電磁騷擾敏感設備所有的低壓小信號的設備都是電磁騷擾的敏感設備。電磁騷擾以輻射和傳導方式侵害敏感設備的。端口就如傳輸的“界面”,通過這些端口,電磁騷擾進入(或出自)被考慮的設備。騷擾現象的性質和騷擾程度與端口的類型有關。3/6/202360電器產品強制認證(gdmec)3.2.4端口輻射騷擾出現在設備周圍的媒體中,而傳導騷擾出現在各種金屬性媒體中。端口的概念可以對各種媒體加以區分:①外殼端口;②交流電源端口;③直流電源端口;④控制線/信號線端口;⑤接地端口,即系統和地或參考地之間的連接。各種類別的兼容電平是按照對應的端口概念作出的。3/6/202361電器產品強制認證(gdmec)

電磁騷擾進入設備的端口3/6/202362電器產品強制認證(gdmec)3.3電磁騷擾源的特性3.3.1電磁騷擾(EMI)定義電磁騷擾由無用的、亂真的傳導、輻射電信號組成,能造成系統或設備的性能發生不允許的劣化。電磁騷擾的特性:電磁騷擾的起源于傳導或輻射的有害發射。在時域內,電磁騷擾可以是瞬變的、脈沖的或穩態的。在頻域內,電磁騷擾所包含的頻率分量范圍可從50Hz的低工頻直到微波波段。電磁騷擾信號可以是窄帶或寬帶的,相參或非相參的、人為的或自然的。3/6/202363電器產品強制認證(gdmec)

3.3.2電磁騷擾源分類電磁騷擾源大致可分為自然騷擾源和人為騷擾源。人為騷擾源又可進一步區分為有意的和無意的(偶然的)。電磁騷擾源還可分為寬帶或窄帶騷擾。寬帶騷擾可以進一步分為相參或非相參的。窄帶電磁騷擾:其振幅隨頻率變化(頻譜密度函數)的頻率范圍窄于指定感受器的帶寬。在窄帶噪聲環境中,一旦感受器的帶寬大于噪聲信號的頻率范圍時,感受器的響應就與其帶寬無關。窄帶噪聲頻譜密度在感興趣的頻率范圍內是頻率函數的一根譜線。3/6/202364電器產品強制認證(gdmec)

3.3.2電磁騷擾源分類(續)寬帶電磁騷擾:其振幅隨頻率變化(頻譜密度函數)的頻率范圍大于指定感受器的帶寬。在寬帶噪聲環境中,感受器的響應對相參噪聲信號而言與其頻率帶寬成比例,對非相參噪聲信號而言與其頻率帶寬的平方根成比例。寬帶信號的頻譜密度振幅函數,除了是頻率的函數外,還要用指定的帶寬來表示。寬帶噪聲頻譜密度在感興趣的頻率范圍內是頻率的連續函數。3/6/202365電器產品強制認證(gdmec)

3.3.3電磁噪聲的頻譜研究電磁噪聲的傳播問題是一項困難的工作,原因之一就是電磁噪聲的頻譜非常寬。以一周期梯形脈沖為例,其時域波形如右上圖所示。則譜如右下圖所示。右下圖所示的負的幅度表示相位相反。圖中各條譜線頂端的包絡實際上是不存在的。3/6/202366電器產品強制認證(gdmec)

3.3.3電磁噪聲的頻譜(續)通過例子我們對頻譜有了一個總的概念。我們不必要去研究每一條譜線及其相位,甚至對其包絡的變化細節也不必過分地關心。一般只需注意包絡頂端連線的變化規律,就能對不同時域波形相應的頻域特性有個大體的了解。這種了解對于理解電磁噪聲的傳播以及電磁兼容測量夠了。3/6/202367電器產品強制認證(gdmec)

3.3.4電磁騷擾的幅度(電平)騷擾幅度可表現為多種形式:可用不同型號的幅度分布(即概率,確定的幅度值出現次數的百分率)表示;可用正弦的(具有確定的幅度分布)或“隨機的”概念來說明騷擾性質。所謂隨機,簡單說,就是未來值不能肯定地預測。隨機噪聲的典型代表是熱噪聲和沖擊噪聲。沖擊噪聲:它們是一些在時間上明顯地分開的、稀疏的、且前后沿很陡的脈沖;熱噪聲:它們是彼此重疊的,多次發生的,且在時間上不易分開的密集脈沖。這些集脈沖在幅度性質上是不易確定的騷擾。3/6/202368電器產品強制認證(gdmec)3.3.5電磁騷擾的波形電氣干擾有各種不同的波形,如矩形波、三角波、余弦形波、高斯形波等等。由于波形是決定帶寬的重要因素,設計人員應很好地控制波形。為了保持定時準確度或保證某種形式的準確動作,有時需要上升很陡的波形。然而,上升斜率越陡,所占的帶寬就越寬。3/6/202369電器產品強制認證(gdmec)

3.3.5電磁騷擾的波形(續)各種波形占用帶寬由寬到窄的排列為:矩形波-鋸齒波-梯形波-三角波-余弦形波-高斯形波。由此可見,使干擾減小到最小的方法之一是在可靠工作的情況下使設計的脈沖波形,具有盡可能慢的上升時間。通常脈沖下的面積決定了頻譜中的低頻含量,而其高頻成份與脈沖沿的陡度有關。在所有脈沖中,高斯脈沖的占有頻譜最窄。3/6/202370電器產品強制認證(gdmec)

3.3.6電磁騷擾的出現率騷擾信號在時間軸上出現的規律稱為出現率。按出現率把電函數分為周期性、非周期和隨機的三種類型來考慮。周期性函數是指在確定的時間間隔(稱之為周期)內能重復出現;非周期性函數則是不重復的,即是沒有周期,但出現是確定的,而且是可以預測的。隨機函數則是以不能預測的方式變化的電函數,即它的表現特性是沒有規律的。隨機函數的定義允許限定其幅度或頻率成份,但要防止用時間函數來分析、描述它。3/6/202371電器產品強制認證(gdmec)

3.3.6電磁騷擾的出現率(續)通常干擾問題中遇到的周期電壓和電流是功能性的。它們的產生是為了特定的目的,如50Hz電源及其諧波或遙測信號。許多非周期性電壓和電流也是用于特定目的,如指令脈沖。然而隨機電壓電流則是無用副產品,或是自然產生的,如熱噪聲。3/6/202372電器產品強制認證(gdmec)

3.4電磁騷擾傳播特性3.4.1電磁騷擾傳播途徑如果騷擾源和敏感部位在同一設備單元內,稱“系統內”電磁兼容性問題;如果騷擾源和敏感設備是兩個不同的設備,則稱為“系統間”問題。大部分電磁兼容標準都是針對系統間電磁兼容的。同一設備在一種情況下是騷擾源,而在另一種情況下或許是敏感設備。設備要滿足性能指標,減小騷擾耦合是消除干擾危害的有效手段,弄清楚騷擾耦合到敏感設備上的機理是十分必要的。通常減小騷擾發射的方法也能提高抗騷擾性。3/6/202373電器產品強制認證(gdmec)

3.4.1電磁騷擾傳播途徑(續)騷擾源和敏感部位在一起時,就有從一方到另一方的潛在干擾路徑。組建系統時,你必須知道發射特征和組成設備的敏感性。遵守已出版的發射和敏感度標準并不能保證解決系統的電磁兼容性問題。標準的編寫是從保護特殊服務(在發射標準中,主要指無線電廣播和遠程通信)的觀點出發的,并要求騷擾源和敏感部位之間有最小的隔離。3/6/202374電器產品強制認證(gdmec)

3.4.1電磁騷擾傳播途徑(續)許多電子硬件包含著具有天線能力的元件,例如電纜、印制電路板的印制線、內部連接導線和機械結構。這些元件可以電場、磁場或電磁場方式傳輸能量并耦合到線路中。系統內部耦合和設備間的外部耦合,可以通過屏蔽、電纜布局以及距離控制得到改善。地線面或屏蔽面既可以因反射而增大干擾信號,也可以因吸收而衰減干擾信號。電纜之間的耦合既可以是電容性的,也可以是電感性的。3/6/202375電器產品強制認證(gdmec)3.4.2公共阻抗耦合公共阻抗耦合是由于騷擾源與敏感部位共用一個線路阻抗而產生的。最明顯的公共阻抗是阻抗實際存在的場合,例如騷擾源和敏感部位共用的導體;公共阻抗也可以是由兩個電流回路之間的互感耦合;或者由于兩個電壓節點之間的電容耦合產生的。耦合程度隨距離增大急劇下降。3/6/202376電器產品強制認證(gdmec)

3.4.2公共阻抗耦合(續)(1)導體連接當騷擾源與敏感部位共用一個地時,則由于騷擾源的輸出電流流過公共地阻抗,在敏感部位的輸入端產生騷擾電壓。因為導線的阻抗呈感性,因此輸出中的高頻或高di/dt分量將更容易耦合。解決方法如下圖,分別連接兩個電路,因而在兩個電路之間沒有公共通路,也就沒有公共阻抗。3/6/202377電器產品強制認證(gdmec)

3.4.2公共阻抗耦合(續)

(2)磁場感應導體中流動的交流電流會產生磁場,這個磁場將與臨近的導體耦合,在其上感應出電壓。磁場耦合的等效電路相當于電壓源串接在敏感部位的電路中。值得注意是兩個電路之間有無直接連接對耦合沒有影響。無論兩個電路對地是隔離還是連接的,感應電壓都是相同的。3/6/202378電器產品強制認證(gdmec)

3.4.2公共阻抗耦合(續)(3)電場感應導體上的交流電壓產生電場,這個電場與臨近的導體耦合,并在其上感應出電壓。在上述情況,兩電路都必須連接參考地,這樣耦合路徑才能完整。但是如果電路未接地,并不意味著沒有耦合通路,未接地電路與地之間存在雜散電容,該電容與直接耦合電容串聯。3/6/202379電器產品強制認證(gdmec)

3.4.2公共阻抗耦合(續)(4)負載電阻的影響磁場和電場耦合的等效電路之間的差異決定了電路負載電阻的變化引起的結果是不同的。電場耦合隨RL增加而增大,而磁場耦合隨RL增加而減小。這個性質可以用于診斷:比如你在觀察耦合電壓時,改變RL,你能夠推斷哪一種耦合模式起主導作用。同樣道理,磁場耦合對低阻抗電路的影響更大,而電場耦合對高阻抗電路影響更大。3/6/202380電器產品強制認證(gdmec)

3.4.2公共阻抗耦合(續)(5)空間間隔互電容和互感都受騷擾源和受害導體之間的物理距離的影響。右圖表示在給出了自由空間中兩平行導線之間的距離對其互電容的影響,以及對地平面(為每個電源提供回流通路)上兩導體的互感的影響。3/6/202381電器產品強制認證(gdmec)

3.4.3電源耦合所有騷擾能從騷擾源經電源配電網絡進入敏感部位。對高頻不利:盡管從線路上可以容易地預測阻抗,但是在高頻時很難精確估算。在電磁兼容試驗中,電源的射頻阻抗可用50Ω網絡并聯50μH電感近似表示(LISN)。對于短距離傳輸線,例如在同一線路上臨近的設備,兩個設備經電源線的耦合可用該網絡來描述。對于較長的距離,在10MHz以下,電源電纜是損耗很低的,特性阻抗約為150~200Ω。在任何一個局部配電系統中,負載連線、電纜接頭和配電元件是影響射頻傳輸特性的主要因素,所有這些因素將增加損耗。3/6/202382電器產品強制認證(gdmec)

3.4.4輻射耦合(1)電磁場的產生電場(E場)產生于兩個具有不同電位的導體之間。磁場(H場)產生于載流導體的周圍。當交變電壓通過網絡導體產生交變電流時,產生電磁(E

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