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电磁兼容性(EMC)的基础知识完整版

来源:作者:发表时间:2020-03-11 09:56:33

 诸如流量计之类的现场变送器的测量电子设备一直在变得越来越高效和紧凑。带有微处理器的数字数据处理为新的通信,诊断功能和较短的响应时间开辟了新途径。整体安装设计在电源方面也需要新的方法。先进的测量电子设备通常配有开关模式电源。为了确保可靠的功能和高度的抗干扰能力,测量电子设备要进行各种测试。电磁兼容性(EMC)发挥着至关重要的作用。

随着欧洲共同市场的到来,欧盟已经采用了各种指令。规定所有向欧洲市场发布的设备都必须遵守有效的指令。客户可以通过必须贴在设备上的CE标记以及设备随附的CE符合性声明对客户可见。

多年来,测量电子设备以及对测试程序的要求发生了很大变化。EMC指令已经过修订,可以满足这些新要求。自2007年7月20日起,新的EMC指令2004/108 / EC生效并被制造商采用。

在国家一级,新的E​​MC指令2004/108 / EC已通过通用标准EN 61000-6-2:2005(工业环境的抗扰性标准)和EN 61000-6-4:2007(排放)实施。工业环境标准)。EN 61326是用于测量,控制和实验室使用的电气设备的产品标准。

除了EMC指令2004/108 / EC中规定的要求外,还有其他要求,例如针对化学工业的要求,这些要求在NAMUR建议中进行了定义。在此,规定了比EMC指令更严格的测试要求,例如更高的抗扰性测试级别。

此外,国际电磁组织(OIML)(英语名称:国际法律计量组织)对电磁干扰影响下的测量精度也有特殊要求。

什么是EMC?

EMC是电磁兼容性的缩写。该术语用于描述设备或系统在电磁环境中能发挥多好的功能而不会引入电磁干扰,而电磁干扰会干扰环境中其他电气产品的运行。

干扰类型

在电磁兼容性(EMC)的上下文中,对两种不同类型的干扰进行了区分:

  • 传导干扰直接从干扰源通过电源或信号线传输到负载。例如,您在收音机上听到的咔嗒声可能是由于电热水器关闭而引起的。锅炉的供电电压自动关闭会产生一个电压脉冲,该脉冲的频谱在可听频率范围内。通过无线电源线传输此类电压脉冲时,会产生咔哒声。
  • 辐射干扰会通过电磁场传输到负载,例如可以通过充当天线的印刷电路板轨道来接收。同样,电场或磁场的电容性或电感性耦合也是可能的。辐射干扰的一个示例是耦合到无线电的手机通信。原因可能是扬声器的屏蔽不足。

干扰原因

干扰信号可能是由时间上的电压变化或电流(例如由开关操作引起)引起的。这些会产生周期性的电压或电流变化。干扰源的电流和电压随时间变化会引起磁场或电场,可能会在负载上产生干扰信号。干扰源可能具有以下技术或自然原因:

  • 电源电压变化/中断
  • 发射机产生的电磁场的工作频率范围从几kHz(长波传输)到几GHz(手机,微波炉)。
  • 雷电电磁脉冲(LEMP)
  • 低压网络中的开关操作引起的浪涌电压脉冲
  • 开关模式电源的开关操作引起的高频,低功率突发脉冲
  • 静电放电(ESD)
  • 微处理器或变频器的负载变化产生的高频信号
  • 核武器爆炸产生的核电磁脉冲(NEMP)

干扰信号通常由电气开关,继电器,接触器,荧光灯,电磁阀,电动机,无线电收发器或诸如雷电的大气干扰产生。

干扰响应评估

设备的干扰响应是评估设备在发生干扰或干扰时如何反应的一种手段。有三个评估标准:

1.功能不降低。

主要是模拟设备可能会在其误差范围内受到影响。纯数字设备完全不会受到影响。

2.功能减少。

在设备受到干扰的情况下,一定程度的功能降低是允许的,条件是设备一旦干扰结束就能够自动恢复正常运行。不会造成永久性损坏。

3.功能丧失。

评估的主要是干扰发生之前的功能故障,直到发生自动或手动重启。当超出或强调公差时,设备必须能够自动重启,或者必须保持准备好重启并处于其定义的故障安全位置。

干扰限制

可以通过干扰源的EMI / RFI屏蔽或通过提供足够的负载抗扰性来限制干扰。

为了获得符合EMC要求的电路布局,采取了以下措施:

  • 避免不必要的切换操作
  • 在技​​术上尽可能缓慢地执行不可避免的切换操作
  • 通过在现场使用适当的设计元素(例如,用于干扰屏蔽,屏蔽外壳或电缆的RC元素),尽可能地限制不可避免的干扰。
  • 选择符合EMC要求的PCB布局(例如,根据频率调整PCB轨道的长度,使用接地层进行屏蔽)
  • 确保足够的抗干扰能力(例如通过滤波器,隔离电容器或容错软件)

关于独立于单个设备的整体EMC保护,希望实现以下目标:

  • 通过系统分析确定干扰源和负载。
  • 提供足够的屏蔽。
  • 保持指定的距离。
  • 提高负载的抗干扰能力。

 

通过引入干扰保护概念并为要使用的设备定义条件,可以可靠地实现工厂和系统的电磁兼容性。