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电磁兼容(EMC)技术的发展动态

电磁兼容(EMC)技术的发展动态

  电磁兼容,是指设备或系统在其电磁环境中不受干扰能正常工作并不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力,是与电磁环境密切相关的一门综合性极强的边缘科学。主要以电气、电子科学理论为基础,研究并解决各类电磁污染问题。其理论基础包括数学、电磁场微波理论、天线与电波传播、电路理论、信号分析、通讯理论、材料科学、生物医学、电子对抗、通信地质工程等等,可以说电磁兼容技术是一个正在不断发展的新型综合性学科,也是一门工程性极强的应用技术。
  电磁兼容技术研究有2个特点:a.涉及范围较广,包括自然界中各种电气电磁干扰,以及各种电器、电子设备的设计、安装和各系统之间的电磁干扰等;b.技术难度大,因为干扰源日益增多,传播的途径也是多种多样的,在军工、电力、通讯、交通和工矿企业普遍存在电磁干扰问题。电磁干扰对系统和设备是非常有害的,在电力系统供电网络中,用户的大功率电弧炉产生的冲击负荷,倘若在设计中没有考虑电磁兼容,将有可能给电网造成很大冲击,会增大电网电磁对电力系统设备和用户电器设备可能带来的潜在危害。
  60年代以来,现代电子科学技术向高频、高速、高灵敏度、高安装密度、高集成度、高可靠性方面发展,其应用范围越来越广,渗透到社会的每个角落,因而发达国家在EMC研究方面投入了大量的人力、物力。近年来信息高速公路和高速计算机技术成为社会生产和生活的主导技术,同时也由于电力、通讯行业、航空、航天、造船工业和其它国防军事工业的需要,人们越来越关注如何在复杂电磁
环境中提高电子电气设备或系统的生存能力,以保证达到电子系统初始的设计目的。

1 主要国际EMC组织与机构
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1 国际电工委员会(IEC
  IEC主要是各国民间制造商组成的关于电气标准规范的国际组织,有2个标准化技术委员会:国际电磁兼容委员会(TC77),下设3个分会;国际无线电干扰特别委员会(CISPR),下设7个分会。另外,IEC中还有几十个产品委员会关注电磁兼容问题。如TC65(工业过程测量和控制技术委员会)制定了IEC801《工业过程测量和控制装置的电磁兼容性》(即IEC610004)。截止到1997年,IECTC77已发布27个标准,其中23个是IEC61000系列标准。
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2 国际无线电干扰特别委员会(CISPR

  CISPR下设于国际电工委员会(IEC)。19346月,CISPR在巴黎召开了第一次会议,参加成员有:IEC、国际广播协会(UIR)、国际无线电通信咨询委员会(CCIR)、国际大电网会议(CIGRE)、国际铁路与电车协会(IURT)。
  CISPR成立后,首先在EMI准峰值检波测试方法、干扰限值标准与抑制技术上进行了长期的研究,在电子设备与电气设备相互之间如何处理电磁兼容与互不干扰方面取得了进展。
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3 第5、第6研究组(ITUT
  第5研究组定期召开会议,它的研究成果为K系列建议。到目前为止已出版了K1K40,其内容涉及到过电压过电流保护、电信大楼的连接与接地、电信设备电磁环境条件、电信安装中高频EMC抑  制技术、通信局站的防雷、大型物理系统射频发射82测试、人体电磁感应的安全限值、感应杂波等。

14 国际无线电科学联盟(URSI
  URSI成立于1919年,总部设在比利时的布鲁塞尔。目前有AJ10个委员会及1时域波形测试联合工作组,平均3 a左右召开1次全会。其中E委员会研究电磁噪声与干扰,涉及到EMC的各个领域。
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5 跨国电气电子工程师学会电磁兼容专业委员会(IEEEEMC
  美国无线电工程师学会(IRE)于1957年成立了射频干扰专业学组,1959年召开了学术讨论会。同年射频干扰学组改名为电磁兼容专业学组并召开了首届电磁兼容学术讨论会。1963年无线电工程师学会与美国电气工程师学会和美国电子工程师学会(AIEE)合并,成立跨国电气电子工程师学会(IEEE),在全世界发展会员。1964年跨国电气电子工程师学会将无线电工程师学会的射频干扰学报改为跨国电气电子工程师学会电磁兼容学报。1978年电磁兼容学组改为电磁兼容专业委员会。自1959年以来,每年召开电磁兼容学术讨论会。该专业委员会创办电磁兼容学报,其宗旨包括:a.维护技术标准;b.即时发表权威性文章;c.介绍学会所关心的各个领域的新发展。专栏有EMC标准、测量技术、非需求源、电缆与接地、屏蔽与滤波、设备电磁兼容、系统电磁兼容、天线与传播、频谱利用、电磁脉冲、雷电、辐射与危害、沃尔什函数等。

2 EMC国际标准及规范
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1 IECTC77
  TC77的主要任务是为IEC的电磁兼容专家及产品委员会制备基本文件,即IEC61000系列标准〔2〕,涉及到电磁环境、发射、抗扰性、试验程序和测量技术等规范。特别是处理与电力网络、控制网络以及其关联设备的EMC问题。TC77负责所有频率范围内的抗扰性基础标准和在低频范围内(一般低于9 kHz)的发射干扰标准,其中也涉及通用标准和一些产品系列或产品标准。这些标准给出了在电磁环境中的发射者和敏感者之间的一些兼容性参数值,如:发射电平、发射限值、抗扰电平、抗扰限值、兼容电平、抗扰裕量、发射裕量、电磁兼容裕量等,并提供了兼容程度的测量和试验方法。

    TC77
除上述任务外还与其它技术委员会协作制订其它一些标准,如TC77TC8组成联合工作组,根据市场要求和现有标准情况提出具体的电力质量新工作项目提案,制定电力质量领域标准。与TC12TC85CISPR组成联合工作组,制订高频电磁场对人体辐射的测量技术和程序的标准等。根据最新文件,相关标准以IEC61000为系列标准。
  由TC77负责制定的IEC61000系列标准是近来IEC出版的、包括内容最为丰富的一个系列出版物,截至19972月已出版的国际标准、技术报告共30篇,正在讨论或将要出版的共有23篇,还有若干篇正在准备中。EMCIEC61000系列包括总论、环境、限值试验和测量技术、安装和调试、通用标准、电能质量等,其中IEC610004是目前国际上比较完整的和系统的抗扰性基础标准,对其它IECEMC标准的制订有着重大影响,其试验方法、试验等级和测量技术形成了评估电工、电子产品的抗干扰能力的产品质量认证依据。
  IEC610005主要考虑一些装置或设施的安装环境、安装方法、调试和减缓原则,以及装置的技术要求,已出版第1篇、第4篇和第5篇。为了保证在工商业和居民区中使用的电气电子设备和系统的电磁兼容,IEC6100051提出关于减缓骚扰方法的总考虑和导则,那些敏感的电气、电子设备和系统及具有高的骚扰发射电平的设备安装者以及制造商可以在新的项目和现有设备的扩充和改造中采用这个导则。它包括了设备的抗扰性、设备端口处理、设备保护概念、减缓措施的必要性评估、对安装质量的评估和EMC检查等内容。
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2 美国联邦通信委员会(FCC
  有关EMC部分在FCC1518部分。这2个部分的EMC管理规定覆盖了各式各样的产品,第15部分将产品划分为3大类即有意辐射、偶发辐射、无意辐射。对于有意辐射,如无线电通信装置或现场干扰传感器,FCC要求测至10次谐波或40 GHz。由于数字技术的发展,使得时钟频率越来越高,在这种情况下,潜在地存在着更高频率的有害辐射。对此,FCC提出了严格要求:若产生或使用的EUT最高频率为以下范围时,EMC测试频率的对应值如下:
  时钟频率低于1705 MHz EMC应测试至30 MHz
  时钟频率为1705108 MHz EMC应测试921 000 MHz
  时钟频率为108500 MHz EMC应测试至2 000 MHz
  时钟频率为5001 000 MHz EMC应测试至5000 MHz
  时钟频率高于1 000 MHz EMC应测试至5次谐波或40 GHz
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3 欧洲规定(EN
  欧盟(EU)建立后的主要成果之一是建立起一组在欧洲18国通用的EMC标准。EU已强制性规定:自199611起欧盟停止使用本国的EMC标准,其电子、电气产品必须经EMC检测合格后,再通过一定程序即可获得认证,并标示“CE”,凡有“CE”标记的产品均被认为符合EN要求,可以自由地在欧洲范围内销售。

3 我国EMC及其标准的发展  
  我国对EMC的研究,与其它科学技术相比,滞后国外发达国家的程度更为严重。1978年全国科技大会后,国家科技部、原电力部、邮电部、电子部都先后投入较大力量加大了EMC的研究步伐,成立了一系列与EMC有关的学术组织,制定出等同或等效采用了IECCISPR等国际组织的EMC标准。
  改革开放以来,我国从国外引进了许多设备,同时也有许多产品出口到世界各国,因此在EMC标准的实施上就需要有一个共同的规范,《世贸组织协定与标准化》中规定在需要有技术条例和标准的地方,如已有有关国际标准或正在规定的国际标准,签字国均应以这些国际标准或其中有关的部分作为制定技术条例和标准的依据,但涉及国家安全需要,对欺骗性作法的防止、对人类健康、安全和动植物生命健康以及环境等保证应除外,因此国家技术监督局作出如下决定:凡在市场流通领域检查出不符合EMC国家标准的电器产品,有关部门可依据产品质量法依法进行判处。
  我国是IECTC77P成员国。1994年为全面规划和推进EMC标准的制订修订工作,促进国家电磁兼容技术进步和保护电磁环境,在全国无线电干扰委员会和国内TC77归口工作基础上,及时成立了全国电磁兼容标准化联合工作组,全面规划以
IEC61000
系列为主的电磁兼容标准体系和具体目标,IEC61000系列标准的转化工作已经开始,1999年将陆续制订出一批等同或等效采用IEC61000的国家标准并绝大部分为强制执行,以解决电气、电子设备制造部门和用户的急需,同时也为规范我国EMC认证体系提供了依据。

4 国际动态  
  199642951在美国Gaithersburgh举行的电磁兼容顾问委员会(ACEC)会议上,ACEC就电能质量问题进行了讨论,并将其作为IEC61000系列的第7部分提交执委会讨论。执委会认为:制定电能质量标准的工作是可行的,首先应准备测量文件;第2步工作应包括电能质量的提高和电平数据。同时也应包括低压和中压系统,测量方法文件应归入IEC61000系列标准,并指定该工作由TC77负责,TC8协助。
  IEC61000系列标准是基本EMC标准,它不但对装置、实施和系统的电磁辐射提出要求,而且规定了考核其抗扰性的基本测量和试验方法。
  1997214IEC正式成立了合格评定局(CAB)。CAB限定成员国12个,中国CSBTS派代表参加工作,IEC副主席作为CAB主席。在这次会议上讨论了是否在IEC内设立EMC认证制度的问题,经讨论IEC决定同意由IECEE先提出具体的EMC认证方案。

5 结 语  
  由于电磁干扰无时不有、无处不在的特征,决定了EMC无所不用的实际。电磁干扰及其抑制问题日益突出,下世纪的10 a之内,EMC科学将进一步吸收各专业、各学科的理论精华,充分发挥其边缘性、交叉性的特点,形成高度综合、完整的大学科,同时将在EMC预测、协调、监控、应用等方面得到飞速发展。