什么是电磁兼容性?

[拼音]：dianci jianrongxing

[外文]：electromagnetic compatibility， 缩写EMC

电力系统、电子系统或电工设备以规定的安全逾度，在指定的电磁环境中按照设计要求工作的能力。是反映电子系统性能的重要指标之一。系统能电磁兼容意味着无论是在系统内部，还是对其所处的环境，系统都能如预期的那样工作。电磁兼容性包括两个方面的含义：

（1）电力系统、电子系统或电工设备之间在电磁环境中相互兼顾和兼容；

（2）电力系统、电子系统或电工设备在自然界电磁环境中，能承受干扰源的作用，按照设计要求正常工作。

随着电子技术日益向高频率、高速度、宽频带、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、小信号运用和复杂化方向发展，电磁干扰已成为系统和设备正常工作的突出障碍，因而开展电磁兼容性研究日显重要。一些国家成立了专门机构，制订专门标准，对此进行管理，一切电子设备必须经过专门机构的鉴定和批准才能进入市场，电力系统和电力设备的设计需要考虑电磁兼容问题。一些国际组织制订并推荐有关的标准或建议，一些学术机构，如国际大电网会议增设电磁兼容专业组，开展科研和交流，以推进电磁兼容的研究。

任何不希望的电压和电流对设备性能的影响称为电磁干扰，产生这些电压、电流的根由即为电磁干扰源。这些电压和电流会通过传导或电磁辐射传到受害的设备。改变设计、调整信号电平或噪声电平的过程，称为电磁干扰控制(EMIC)。通常也用这个词表示实现这种控制的管理措施。

电磁干扰可以来自系统内部，也可以来自系统外部，前者称为系统内部的干扰，后者称为系统之间的干扰。在分析电磁干扰时，系统指人们对之进行设计和管理控制的电工设备或电子设备整体。产生电磁干扰的原因有自然的和人工的两类。自然干扰源主要是雷电、太阳辐射或宇宙辐射等。人为干扰源有输电线路、电动机、开关、继电器、 氖灯、 荧光灯、电铃、电热器、电弧焊接机、晶闸管逆变器、气体整流器、高速逻辑电路、门电路、数据处理机、电流的突变、 电弧放电、 电晕放电，以及核爆炸产生的核电磁脉冲（NEMP，场强高达105伏／米，磁场强度达260安／米）等。电力和电子信号造成的干扰可以导致飞机导航误差、电视接收机中的“重影”和心脏起搏器的失效。雷电干扰曾经使阿波罗登月计划受挫（航天器上的电源和计算机失效），静电放电曾引起欧洲2号火箭爆炸。为给初步设计提供参考，图中列出了在微秒宽度的电磁脉冲(EMP)作用下， 各种电路元器件性能恶化或烧毁前允许承受的能量的数量级范围。

常见的干扰源与对干扰敏感的接受器列于下表。表中，发射器指电磁能量源，接受器则指受到电磁干扰影响的设备。表中发射器栏中的每一项可以影响接受器栏中的任一项。

传输途径分为传导和辐射。传导是指电压或电流通过干扰源和被干扰对象之间的公共阻抗进入被干扰对象。这阻抗通常是干扰频率的函数。有时干扰经过金属线路的传输，包括集总元件如电容器、变压器等直接传导到电路。辐射则用来表征非传导性的传输，其传输机理可能是天线的“近场”或感应场，而不是辐射场。在干扰电磁场中，磁场通过电感性耦合，电场通过电容性耦合而进入电路中。这样就可以用传导发射和辐射发射来描写发射器的特性，而用接受器的传导敏感度和辐射敏感度来说明接受器的特性。传导发射和传导敏感度的强弱用电压和电流表示，其单位为V、dBV、dBμV和A、dBA、dBμA（V和A分别为伏和安）。辐射发射和辐射敏感度的强弱用场强表示，其单位为V/m、dBV/m、dBμV/m或T(特)、dBpT等。 特是磁通密度单位。dBpT是指相对于1皮特的分贝数。

应用那些已由理论和实践证明的、能保证系统相对地免除电磁干扰的设计方法，可以对干扰加以控制。理论分析、实验室测量和系统性能检查可以验证设计是否符合电磁兼容性要求。电磁兼容性设计包括：

（1）明确系统的电磁兼容性指标。本系统在多强的电磁干扰环境中应能正常工作；本系统干扰其他系统的允许指标。

（2）在了解本系统干扰源、被干扰对象、干扰的耦合途径的基础上，通过理论分析将这些指标逐级地分配到各分系统、子系统、电路和元件、器件上。

（3）根据实际情况采取相应措施抑制干扰源，隔断干扰途径，提高电路的抗干扰能力。

（4）通过实验来验证是否达到了原定的指标要求，若未达到则进一步采取措施，循环多次，直到最后达到原定指标为止。电磁兼容性的设计依据是有关电磁兼容的标准，包括国际标准，如国际电工委员会标准，即IEC标准； 国际电工委员会的国际无线电干扰特别委员会CISPR 建议；国际电报电话咨询委员会 CCITT建议等。一些国家也有相应的标准，如德国电气工程师协会(VDE) 制订的德意志联邦共和国干扰控制法，美国航空航天管理局(NASA)标准，美国辐射卫生局(BRH)标准，美国汽车工程师学会(SAE)标准以及美国军用标准MIL-STD等。中国则有《电力线对通信线、信号线危害影响协议》（俗称四部协议）等标准。

提高电磁兼容性的具体措施是：

（1）屏蔽技术。采用完善的屏蔽体，以防止外部辐射进入本系统，也防止本系统的干扰能量辐射到外部去。主要困难是对低频磁场的屏蔽。

（2）搭接技术。屏蔽体应保持完整性，为此对于门、窗、缝、电缆连接处等要进行电搭接处理，对通风孔和电缆孔等也必须妥善处理。

（3）屏蔽体必须结合可靠的接地技术，才能发挥作用。应设计合理的接地系统，小信号、大信号和产生干扰的电路三部分尽量分开接地，接地电阻应尽可能小，根据设备的性质，一般不宜大于4～10欧。

（4）正确选用连接电缆和布线方式，低频电路尽量采用双扭绞线，高频电路尽量采用双同轴屏蔽电缆，并尽量用光缆代替长电缆。

（5）采用合适的滤波技术，滤波器的通带经过合理选择，尽量减少漏电损耗。滤波技术比屏蔽技术成本低，而且产品体积小，重量轻。

（6）使用限幅技术，限幅电平应高于工作电平，并且应双向限幅。选择分流电阻大的器件，响应时间应当短，寄生电容要小。

（7）采用平衡差动电路、整形电路、积分电路和选通电路等技术。

（8）系统频率分配恰当。当一个系统中有多个主频率信号工作时，尽量使各信号频率避开，甚至避开对方的谐波频率。这实际上是频率区分。选用这种方法时需在价格、重量、体积、性能等方面综合考虑，取综合最佳方案。

（9）对雷电干扰、电力系统故障(过电压或短路)引起的暂态电压干扰，以及核电磁脉冲干扰，还常常采用分流技术，使干扰能量在无害或少害的通路泄放，以减轻干扰强度。当采用上述分流、屏蔽、搭接、接地措施后，干扰电压或电流对设备仍有可能造成危险时，需设置保护元件，包括限压、限流、限幅、均位保护。经验证明，分流技术、屏蔽技术、搭接技术、接地技术和设置保护元件(习称D.S.B.G.P.技术)是解决电磁兼容问题的有效措施，在电力、电信、航天工程以及地下核爆炸试验系统中得到了广泛的应用。

高压、超高压和特高压输电线路对于提高电磁兼容性应采取的措施是：将导线电晕干扰、绝缘子和金具的电晕干扰限制在规定的范围内；对其短路工况和 *** 作过电压工况下引起附近通信和信号线的危险影响和干扰影响，应根据计算（必要时需进行实测）限制在允许值以下；在超出允许值的情况下，需采取保护措施（包括分流、屏蔽、 接地、 搭接，必要时在弱电线上安装放电器），有时甚至要拆迁通信线和信号线，或是使输电线路绕行。在个别情况下，一个工程为此要耗费数十万元，甚至达数百万元之多。

为提高电磁兼容性，各国开展了大量的试验研究和实测工作，并且开发了一系列电子计算机计算程序，如天线－天线兼容性分析程序(ATACAP)，机箱－机箱兼容性分析程序(BTBCAP)，场－线兼容性分析程序(FTWCAP)，美国Signatron 公司编制的可以确定电子线路的非线性传输函数的非线性电路分析程序（SIGNCAP）等。由美国空军研制的系统内部分析程序 (IAP)是一种大规模的电磁兼容性分析程序，它可以有 100个或更多的源、接受器和通道的组合。IAP提供：

（1）系统电磁兼容性薄弱环节；

（2）改编规范的极限值；

（3）弃权分析，硬件供应部门提出对试验性产品，要在不符合规范要求并不降低整个系统性能的基础上请求弃权；对设计折中方案的兼容性分析；

（4）在对系统进行详细计算之前，预计电磁兼容性控制的效果。IAP 包括两部分：

（1）系统内部电磁兼容性分析程序（IEMCAP）；

（2）对于雷电、静电、电爆器件、飞机蓄电、非线性接收机效应和电磁场分析的补充模型。至于电力系统暂态过程对通信、信号设备的干扰，以及雷电对通信、信号设备的干扰，则有世界广泛应用的EMTP程序。这些程序的广泛应用，大大提高了信息系统及其设备的电磁兼容性，并且改进了电力系统以及相邻通信、信号系统的电磁兼容性及工程质量。

电磁兼容是一个正在发展的领域。这是由于现代的计算、通信、控制系统中，电气和电子线路的密度以及它们之间的相关功能日益增加。在许多复杂系统中，由于性能要求的扩展，往往需要更高速度的电路和更宽的频带。频谱使用的日益扩展（包括幅度和频率两者）以及在各个频段上使用频率的日益密集，对电磁干扰的数量和严重程度产生了重大影响。一个系统中，只要把两个以上很小的元件放在同一环境中，就会产生电磁干扰，而且，每加入一个新的元件，都会使电磁干扰的可能性进一步增加。甚至看来很小的干扰都可能引起严重的故障或降低稳定性。随着输电电压等级的提高（达1000千伏至1500千伏的特高压输电），电力系统短路电流的进一步增大（高达80～100千安），电力电子设备的广泛应用，干扰源变得更为强大了；核电磁脉冲的出现，又增加了新的干扰源，使电磁兼容问题显得更为重要。与此同时，微电子学的进步及微电子元件的广泛应用，使干扰的接受器变得更为脆弱和敏感。例如机电型继电器的起动能量约需0.1瓦， 集成电路只需小若干数量级的功率就会引起扰动。这样，原来不存在问题的也会变得干扰问题严重。机电一体化设备的日益广泛应用，也使得电磁兼容问题变得更为突出。这些都给电磁兼容性带来了新的课题。

参考书目

B.E.凯瑟著，肖华庭、诸昌清等译:《电磁兼容原理》，电子工业出版社，北京，1985。