电磁干扰(EMI):它是什么&如何减少它

什么是电磁干扰

什么是电磁干扰?

电磁干扰(EMI)是一种干扰电路因为或者电磁感应或向外发射的电磁辐射。电磁干扰是一个电气或电子系统运行时产生的电磁场对另一个系统产生的干扰。

电磁(EM)波产生时电场与…接触磁场.电磁波在真空中以3.0 × 108 m/s的恒定速度传播。电磁波可以在任何物体上传播,如空气、水、固体物质或真空。

下图显示了根据频率(或波长)来表示不同类型的电磁能量的电磁光谱。我们每个人在日常生活中都面临着EMI,而且由于无线设备和标准的日益增多,包括手机、GPS、蓝牙、Wi-Fi和近场通信(NFC),预计未来EMI将面临指数级的膨胀。

EMI谱
EM谱图

电磁干扰可以发生在广泛的电磁频谱范围内,包括无线电波频率和微波频率。电磁干扰对其他电器造成干扰。任何拥有快速变化的设备电流产生电磁排放。

因此,一个物体的发射“干扰”了另一个物体的发射。当一种电磁干扰与另一种电磁干扰相互干扰时,就会造成电磁场的畸变。电磁辐射可以相互干扰,即使它们不在同一频率上。这种干扰在收音机中可以听到,当频率被切换时,在电视中也可以听到信号变得扭曲,图片变得受到干扰。此后,在射频频谱中,EMI也称为射频干扰。

电磁干扰很容易影响电子设备的功能。一般来说,由于有一个流动通过电子设备的电路,它往往会产生一些电磁辐射。设备1产生的能量以辐射的形式通过空气传播,或者连接到设备2的电缆中。这导致了设备2的故障。来自装置1的干扰装置2运行的能量被称为电磁干扰。

导致电磁干扰是什么?

导致电磁干扰的原因
电磁干扰的来源

EMI的各种来源被分解如下。

电磁辐射环境

一些环境EME的来源包括:

  • 从电视传播
  • 电台AM,FM和卫星
  • 太阳磁暴
  • 闪电闪烁高电压和高电流
  • AiPort雷达,静电放电和白噪声
  • 开关电源
  • 电弧焊机,电机套管和电接触器

电能质量退化因子

由电源电源供电的设备的操作受到电能质量劣化因素的影响。少数退化因素是:

  • 电源线故障
  • 电气快速过渡
  • 电噪声叠加在主电源线上的噪声
  • 电压浪涌,蘸尖,尖峰,高低电压

铁路和批量交通系统

来自铁路和运输系统的一些EMI来源是:

  • 列车信号系统
  • 火车控制系统的排放
  • 跟踪火车控制电路

医疗器械来源

医疗设备的一些来源如下所列:

  • 呼吸机等生命支持设备
  • 除颤器
  • 输液泵
  • 电动轮椅
  • 遥测
  • 像X射线,MRI等的成像系统
医学来源
来自医学领域的EMI来源

电磁干扰的类型

EMI在现代环境中很常见,并且可以在很多方面发生。因此,EMI的分类可以在许多方面进行。

对百代进行分类的一种方法是顺便提一下,它是在地球上创建的。

人造的EMI

人类制造的电磁干扰来自另一种制造的电子设备。当两个信号靠近或多个信号以相同频率通过一个设备时,就会发生这种类型的干扰。一个很好的例子就是汽车里的收音机同时接收到两个电台。

自然的EMI

这种类型的电磁干扰也会影响设备,但它们不是人类制造的,而是由于地球和太空中的自然现象,如闪电、电风暴、宇宙噪声等产生的。

第二种分类方法是基于电磁干扰持续时间。干扰持续时间是指设备受到干扰的时间。

持续的EMI

当源连续发射EMI时,它称为连续EMI。来源可以是人造或自然的。EMI作为EMI源和接收器之间存在的长耦合机制发生。这种类型的EMI从像发射连续信号发射的电路等源。

脉冲电磁干扰

这些类型的EMI对于像脉冲的非常短的持续时间发生。因此,它被称为脉冲EMI。源可以是自然的或人为的像EMI的连续类型。理解的良好示例是从开关,照明等发射可能导致电压和电流干扰的信号的噪音。

第三种分类方法基于EMI的带宽。EMI的带宽是指EMI经历的频率范围。基于此EMI被分为窄带和宽带EMI的两种类型。

窄带EMI

这种类型的电磁干扰发生在一个振荡器产生的单一频率上。它也可能由于发射机中不同类型的失真而发生。在通信系统中,窄带电磁干扰通常起着很小的作用,且易于校正。但是,干扰的限度应控制在一定的限度内。

宽带电磁干扰

与窄带EMI的主要区别在于这种类型的EMI不会以单个频率发生。在查看磁谱时,这种EMI涵盖了宽频谱并以不同的形式存在。来源可以是自然的或人为的。人制成的源的一个例子是电弧焊接,其中连续发射火花。同样,卫星电视系统的自然来源的示例是太阳耗尽。

电磁干扰耦合机制

电磁干扰的耦合机制有助于理解电磁干扰是如何从源产生并到达接收端的。为了纠正电磁干扰造成的问题,必须清楚地了解电磁干扰的性质,以及它是如何从源端耦合到接收器的。耦合的类型有传导耦合、辐射耦合、电容耦合和电感耦合。通过了解耦合机制,可以通过采取措施降低耦合和干扰水平来降低电磁干扰。

电磁干扰EMI-diagram
EMI耦合机制

传导联轴器

当EMI排放单独行驶时,会发生传导耦合导体,连接信号源和接收器的电线和电缆。当信号传递的过程中存在传导时,就会发生传导排放,这被理解为传导电磁干扰。它可以出现在电源线或任何互连电缆上。传导有两种模式,

共模

当使用两个导体时,噪音在同一阶段产生时,就会产生电磁干扰。例如:电源线的+ve和-ve

差模

当使用两个导体时,当噪声在导体上相位差时,称为差动模式。

辐射耦合

当源和接收器分离时发生的最常见类型的耦合类型,其大于波长的大距离。由于EMI通过空间向接收器辐射,因此源和接收器之间没有物理接触。从此,当通过空间通过辐射技术从源从源转移到接收器时,它被称为辐射EMI。

电容耦合

这种类型的耦合是在两个连接的设备之间实现的。它发生在从源改变的电压,电容转移到受害者的电荷。

电感耦合

当导体引起基于电磁感应原理在附近放置的另一导体中的干扰时,它产生称为磁耦合EMI的EMI。简单来说,当源和受害者之间存在变化的磁场时,将在受害者电路中引起足够量的电流。这导致从源到受害者的信号传输。

如何减少EMI?

电磁干扰通常在行业中发现,并导致对仪器信号的不利影响。要命名,来自行业的少数EMI来源是可变频率驱动器,软启动电机启动器,克拉加热器控制器,电源触点,交流和直流电机、交流和直流发电机,切换电力供应、电力布线、对讲机、电弧焊、静电放电、防雷等。因此,必须降低电磁干扰,否则电磁干扰会降低关键的测量和控制信号。

造成EMI噪声的三个基本要素是:产生噪声的噪声源、受噪声影响的接收设备和源与接收器之间的耦合通道。如果将这些元素中的任何一个减到最小或转移或消除,就可以获得电磁兼容性。下面列出了几种可以用于消除电磁干扰的技术。

地球地面

在工业中,信号和返回电流是通过地面系统传输的。它们还构成模拟电路和数字电路的参考,从而保护人员和设备免受故障和雷电的影响。当电流在接地系统中流动时,就会产生电位差。

当雷击时,它会导致千伏单位的潜在差异。从电路设计开始,应考虑地面系统,使系统适用于所需的安全要求。在草图或对地面问题排除故障排除时,首先需要确定当前传递的位置。

当各种接地重合时,电流可能不会沿假定的路径返回。适当的接地取决于几个因素,如频率和阻抗,所需电缆的长度,以及安全问题。

低频应用的最有益的地面是单点地面,如下图所示。当使用敏感电路或电缆时,应避免使用串联连接或菊花链,因为从三个电路流过链接电路的公共接地阻抗的返回电流。

接地
单点接地

从图中可以看出,电路1的地电位不仅由其通过阻抗Z的返回电流来定义1也可以通过电路2和电路3在相同阻抗下的返回电流。这种影响称为共阻抗耦合,是噪声耦合的一种基本方式。

为了避免这个问题,优选平行连接进行接地。由于需要的布线量,实现通常更复杂并且更昂贵。大多数系统利用两个拓扑的混合。

屏蔽

有许多因素恶化EMI,还有一些方法可以减少EMI并能够通过标准。打击EMI的特定方式之一是通过屏蔽。屏蔽是一种减少和调节无线电波,电磁场和静电场耦合的方法。

屏蔽是为了将电气设备与“外部世界”隔开,电缆是为了将电线与电缆所经过的环境分开。盾牌的有效性取决于三个因素:反射、吸收和多次反射。

EMI屏蔽
EMI屏蔽

含有标准导电层包裹的绝缘导体的电缆被理解为屏蔽电缆。屏蔽可以由编织铜(或类似的金属)、螺旋铜带或一些额外的导电聚合物制成。屏蔽电缆通常比非屏蔽电缆更粗、更严格。在与他们一起工作时,他们也需要更全面的护理。

非屏蔽、绞合电缆没有内部屏蔽以降低电磁干扰。另一种方法是使用一对双绞线来抵消电磁干扰。这些电缆是轻量和薄,使它们最适合室内应用,在办公室设置的局域网或类似的网络电缆系统。

屏蔽电缆通常比非屏蔽电缆更粗、更严格。在与他们一起工作时,他们也需要更全面的护理。非屏蔽、绞合电缆没有内部屏蔽以降低电磁干扰。另一种方法是使用一对双绞线来抵消电磁干扰。这些电缆是轻量和薄,使它们最适合室内应用,在办公室设置的局域网或类似的网络电缆系统。

双绞线电缆
双绞线

如何减少进行和辐射的EMI?

  • 适用于任何干扰的滤波器。
  • 使用屏蔽在电缆上。
  • pcb和机柜的常规接地。
  • 维持不同信号电平的电缆之间的分离。
  • 防止受害者的设备受到不必要的辐射

哪个电缆不受电磁干扰或射频干扰的影响?

光纤电缆是非金属的,并且完全抵抗EMI,因为它们交替地传递电信号的激光脉冲。当电磁场包括在纤维内,光纤没有外部磁场。轻敲信号传输是不希望的,而不切割纤维。

光纤是传输敏感数据和保护数据的一种安全方式。在铜电缆中,信号会受到电噪声的影响。这可能会产生信号传输困难,即使有确定的电力变化。金属电缆包括磁场,它更容易进入信号传输和暴露数据。

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关于维迪雅Muthukrishnan

Vidya Muthukrishnan目前在基于产品的IT公司担任高级工程师。她拥有5年的专业教学经验,以前在斯里克里希纳技术学院仪器控制工程系辅导教授。她还有1年的TCS,印度行业经验。Vidya完成了Sastra University的B.Tech Electronics和仪器,从Vit University Vellore中获得了生物医学工程的M.Tech。