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电子设备范半岛真人文1电子元件0篇
2023-07-17 23:51:44
1)产品安全测试前,应首先确认设备的移动性、设备对电击的保护类型、与电源连接的方式、以及污染的等级等;
2)列出所有经过认证或未经认证的安规元器件的清单,确定是否应作为设备的一个组成部分,承受规范规定的有关试验;
3)除另有说明外均为型式试验,应在一个样品上进行,该样品应承受全部有关试验;
4)如果设备的设计和结构已清楚地表明某一试验对设备不适用,则该试验就不应进行;
5)当元器件未由公认的试验机构认证,该元器件应作为设备的一个组成部分,承受本规范规定的有关试验;当元器件已由公认的试验机构认证,符合与有关的国家标准或IEC元器件标准相协调的某一标准时,不承受有关的国家标准或IEC元器件标准中规定的那部分试验;
6)跨接在危险电路和安全电路间的封闭和密封的零部件、及灌封零部件,应承受相应的温度循环试验和潮湿处理试验,然后再进行抗电强度试验,检验其是否能提供足够的绝缘;
7)MOS器件和IGBT器件的封装材料属于已认证的材料,不进行耐热、防火及抗电强度的试验。
对跨接在危险电路和安全电路间封闭的、密封的、和灌封的零部件,应承受相应的温度循环试验和潮温处理试验,然后再进行抗电强度试验,检验其是否能提供足够的绝缘(吸湿材料的判定,必要时可通过潮湿试验处理后进行抗电强度试验来确定)。
检验设备中元器件使用的绝缘材料是否具有足够的抗电强度。在进行抗电强度试验前须进行模拟发热试验,使这些元器件和部件处于充分发热状态。
试验期间,绝缘不应击穿。当由于加上试验电压而引起的电流,以失控的方式迅速增大时(即绝缘无法限制电流),则认为已发生绝缘击穿。电晕放电或单次瞬间闪络不应算是绝缘击穿。
2)对落地设备,在距离地面不超过2m的最不利的高度上,沿任意方向施加大小等于设备重20%的力(但不大于250N),该落地设备不应翻倒;
3)对高度≥1m,质量≥25kg的设备,在距离地面不超过2m的最不利高度上,沿任意方向对设备施加大小等于设备重量20%的力(但不大于250N),该落?设备不应翻倒;
4)对落地设备,当将800N恒定向下的力,在最大力矩点处施加到任何水平工作表面上,或施加到距离地面高度不超过1m,具有明显支点的表面上,该落地设备不应翻倒。
如果各装置设计成固定一起、且不作单独使用的情况,则不须考虑单个装置的稳定性。
具体方法是,用试验探头对操作人员接触区内的整台设备、或内部的零部件施加30±3N的恒定力,持续5s。
试验应使用能在直径为30mm圆形平面上,进行接触的适用试验工具,对固定在设备上的防护外壳施加250±10N的恒定力,持续5s。
1)垂直冲击力试验样品以其正常的位置支撑好,用一个光滑的实心钢球,使其自由落到样品上进行试验;
2)水平冲击力试验将该钢球用线绳悬吊起来,并使其象钟摆一样,从垂直距离为1.3m处摆落下来进行试验;如果摆落试验不方便,则可以将样品相对于其正常位置转90°安装,进行垂直冲击试验,模拟对垂直或倾斜表面的水平冲击试验,以此来代替摆落试验;
将完整试验样品从1m高度处,以其最不利结果的位置自由跌落到硬木表面上,样品应可承受3次跌落冲击。
由整台设备构成的一个样品(或由外壳、连同任何支撑框架一起构成一个样品),放入气流循环的烘箱内承受高温试验,烘箱温度要比温升试验时在外壳上测得的最高温度高10K(但不低于70℃),试验时间为7h,试验后使样品冷却到室温。
如果把手、旋钮、夹具、操纵杆松动会引起危险时,则应以可靠的方式固定,以便使在正常使用时不会松动。不应使用封口胶和类似的化合物来防止转动;如果把手、旋钮等是用来指示开关或类似无转换位置的、而且它们置于错误位置时易引起危险时,则设计应保证不能被置于错误的位置上。
对把手、旋钮、夹具或操纵杆等元件,在轴向施加作用力1min,试验抗拉脱能力;试验中,把手、旋钮、夹具、操纵杆应不会松动、或不能被置于错误的位置上。
应注意,在进行耐热和防火试验时可能会冒出有毒的烟雾;所以在适当的情况下,试验可以在通风柜中进行,或者在通风良好的房间内进行,但是不能出现可能会使试验结果无效的气流。
1)应用3个样品进行试验,每一个样品由一个完整的防火防护外壳组成(或由防火防护外壳上代表壁厚最薄部分、而且要含有通风孔在内的切样组成)。
施加点以下300mm处铺上一层未经处理的脱脂棉。试验火焰应加在样品的内表面,位于被判定为靠近引燃源,而有可能被引燃的部位。
用一对试验电极以及可变电感性阻抗负载,与交流220~240V,0~60Hz的电源串联进行该试验。引燃受试样品的飞弧平均数量对于V0级材料不应少于15,对于其他材料不应少于30。
检验样品的可燃性。试验开始时,电路被通电以使电流通过热丝产生0.26(1±4%)W/mm的线性功率密度,试验将继续到试验样品引燃120s止。当引燃发生或已经通过了120s时,中断试验并记录试验时间。
对于绕线部分已经熔融但仍未引燃的样品,则当样品不再和所有热丝紧密接触时,试验应中断。
将一个有完整防火防护外壳底部的样品,牢固地支撑在水平位置上。在该样品的下面约50mm处放一浅平底盘,盘上铺上一层大约为40g/m2的漂白纱布。
取一个带有浇注嘴和长勺把的金属小勺,在试样上的开孔上方约100mm处,以大约1mL/s的流量,将勺中的灼热油全部平稳地倒入该图形开孔的中央。
先检验样品的可燃性级别,然后选取该材料或组件的10个样品,放至试验火焰上,任一样品上火焰燃烧的持续时间,对V0级不应超过10s,对V1级或V2级不应超过30s。
先检验样品的可燃性级别,然后将一个样品平放在钢丝网上,样品的一端与钢丝网的上弯端相接触(对组合材料的样品,应将其泡沫塑料的一面朝上放置)。将样品放至试验火焰上,灯焰应移到样品的下方停留60s,然后将灯焰移开。
先检验样品的可燃性级别,然后先用夹子将样品夹住,并使样品的纵轴线成水平方向,横轴线°。将一块平整的钢丝网水平支撑在距样品最低缘以下,并使样品悬空端正好直接位于钢丝网边缘的正上方。
再将灯焰移到样品悬空端的规定位置停留30s,或者烧到25mm标记线为止,然后移去灯焰记录时间。燃烧或灼热燃烧从样品较低缘的25mm标记线mm标记线为止,然后计算燃烧速度。
先检验样品的可燃性级别,然后用安装在环形架上的夹子电子元件,将每一根条样从其上端夹住,而且应使试验条样的纵轴线成垂直方向。本生灯支撑在安装件的斜面上,使该本生灯的灯管相对于垂直方向处于20°的位置。试验条样的窄边应面对本生灯,在火焰施加点的下方300mm处铺上一层未经处理的脱脂棉。
火焰应与垂直方向成20°角施加到条样底部两个棱角中的一个棱角上,使蓝色锥焰的顶端能接触到试验条样。火焰应施加5s,然后移开火焰停烧5s。该操作应重复进行,直到每一根条样全都烧了5次为止。
可通过本试验检验设备的防触及性(电击及能量危险)对外形结构的防触及性,在目测无法判定的情况下,可利用试验指和试验针进行试验判定。
试验时,首先将可拆卸零部件(包括熔断器座)卸掉,并使操作人员可触及的门、盖等打开,然后将试验指外壳上的开孔时,不应触及规定的危险零部件。
试验时,当试验针插到外部电气防护外壳的开孔中时,试验针不应触及带危险电压的零部件。试验时,可拆卸的零部件,包括熔断器座和灯应保持就位,操作人员可接触的门和盖罩是关闭的。
测量时可利用专用测量仪表,或用测量接地点的电压和电流的方法经计算得到电阻值。
应测量保护接地端子或接地接触件与接地零部件之间的电压降,然后根据试验电流和该电压降计算电阻值。电源软线中保护接地导线的电阻值不应计入该电阻测量值内。
接地端子或接地接触件,与需要接地的零部件之间的连接电阻不应超过0.1Ω。保护接地导线不应串接开关或熔断器。
沿绝缘表面测得的两个导电零部件之间、或导电零部件与设备界面之间的最短距离。
试验期间,软线不应受到损伤,可通过外观检查以及在电源软线导体和可触及的导电零部件之间的抗电强度试验来检验,试验电压为3000V。
从具有适当标称截面积的软导线mm长的绝缘层,使该多股导线中的一根线悬空,然后将其余线束完全嵌入并夹紧在接线端子内。
在不向后撕裂绝缘层的条件下,这根悬空的线应沿每一个可能的方向弯曲,但不要围绕隔离保护物锐弯。
设备应在正常负载的条件下,以及在额定电压或额定电压范围中的最低电压的条件下,待输入电流达到稳定时进行测量。
预定直接由电网供电的设备,其电路的最小电源容差应按额定电压的10%来进行设计。
室内温度为25℃的假设作出的。试验期间,室内环境温度不要求保持在某一规定值上,但须记录。
试验应在样品正常负载条件下进行,首先记录试验开始时的室内环境温度,然后打开电源,使样品工作在正常负载的状态,保持状态观察温度变化,当温度达到稳定时,记录此时零部件的温度以及环境温度。
对无保护接地的II类设备,应对操作人员接触区内的导电零部件,以及对贴在可触及的非导电零部件上、面积不超过10cm×20cm的金属箔进行试验。金属箔在被试表面上应占有最大可能的面积,但不超过规定的尺寸。如果金属箔的面积小于被试表面,则应移动金属箔,以便能对被试表面的所有部分进行试验,应注意避免该金属箔影响设备的散热。
检验当部分元器件工作异常时,或者误操作后,对操作人员和维护人员的危害程度。
试验时应使设备在额定电压或额定电压范围的上限电压下工作,并在设备上或模拟电路上,一次施加一个下列规定的条件进行试验。
2)如果某个机电元件通常是间断通电的,则应在驱动电路上模拟故障,使该机电元件连续通电。对出现故障时不易作人员察觉到的设备或机电元件,连续通电时间持续到建立起稳定状态或引起其他后果为止,对其他设备或机电元件,持续5min或引起其他后果为止。
首先通过检查设备、电路图和元器件规范,以此来确定出可以合理预计到会发生的那些故障条件。
如果设备有多个插座连有同一个内部电路,则只须对一个样品插座进行试验。与电源输入有关的一次电路的元器件(如电源线、设备耦合器、EMC滤波元件、开关等),它们互连一个故障条件。
小于42.4V的交流电压或是小于60V的直流电压叫安全电压;安全电压电路仅指在正常工作条件下,在导体与导体之间或任一导体与地之间的交流峰值不超过42.4V或直流值不超过60V的二次电路,一般仅靠基本绝缘而没有接地,所以不允许操作人员触摸。
1)在正常工作条件下,模拟基本绝缘击穿或单一元器件损坏,测试SELV电路的电压;
2)在一个或几个互连的SELV电路内,在正常工作条件下,测量其任何两个可触及的电路零部件之间的电压或与保护接地端子之间的电压;
3)模拟单一基本绝缘失效、单一附加绝缘失效或某一个元器件失效时,用示波器测量SELV电路可触及的零部件上的电压。
首先,用一块蘸有水的棉布用手擦拭15s,然后,再用一块蘸有汽油的棉布用手擦拭15s,试验完成后标记仍应清析,标记铭牌应不可能轻易被揭掉,而且不应该出现卷边。
1)设备上必须有能保持长久、清晰易辨的标志或标牌,应给出安全使用设备所必需的主要特征,如额定参数、接线方式、接地标记、危险标记等;
2)由于设备本身的条件所限,不能在其上标出时,必须以其他方式清楚、可靠和有效地将应注意的事项告诉使用人员(例如用操作说明书或安装说明书的形式),在此情况下,这种文件应视为设备的组成部分;
3)设备上应该清楚地标出制造公司、牌号或商标,如不好实现,则可印在包装箱上;
1.1电流速断保护。一般情况下通过电流在对短路电流的幅度增加起到一个一瞬间的保卫响应,这种情况通常被称为电流速断保护,目前在电流速断保护技巧当中,通常只能够保护配电网继电护卫中的部分,由于须要确保继电保护决定性的操作,电流速断保护技术拥有如响应行动迅速,使用起来却简便牢靠等特点,所以正因为如此,所以电流速断保护技术才能够被普遍应用,但是在电流速断保护技巧本身也会拥有瑕疵,例如电流速断保护技巧的保卫拥有一定的局限性不能够使全部线路都能得安全保护等缺点。1.2限时电流速断保护。因为目前电流速断保护技巧不能够使全部线路都能得到安全保护并且电流速断保护技巧拥有挑选性等特点,所以限时速断电流技巧这些根本原因上增加了有限的时间上的一种行动保护,限时电流速断保护不论产生任何状况,都能满足整体线路的要求,而且要快速的利用电流速断保护技巧来确保整体线定时限过流保护。定时限过流保护就是线路在过载的情况下,在本条线路的主要保护拒动中断路器拒动和下级线路主要保护通用拒绝,选择使用的一种继电保护方案。
2.1电力电子设备对配电系统所带来的影响。通常电力系统运行中使用电力电子设备的时候,会引发电流波形以及电压出现异常现象,而这种异常状况出现大多数都是由于电力系统在电力运行的状况下就会产生出谐波,谐波主要来自于电力电子设备的频繁使用,这种谐波的产生将对相应的继电保护措施和运行产生极其重要的影响,鉴于高次谐波的传输会让公共电网的元件出现谐波损耗等一系列问题,铜损与铁损的不断增加致使设备在运行的过程中,会展现出噪音过大和发热过量等一些问题,这样会对设备的使用效果产生影响作用。同时也有可能会导致旋转设备产生高次谐波的作用导致扭矩方向相反,并且可能会造成的机械的一些损伤,并且相应的增加热量,此外,还会因并联与串联谐振的产生而使得谐波随之扩大,最终很可能引发继电保护系统失灵的问题,给电网的安全可靠运行埋下了极大的隐患。2.2电力电子设备对继电保护系统所带来的影响。(1)基于配电系统下电流保护方法。主要是指第一是目前电流速断保护技巧。通常是指在短路电流幅度增加情况下实现在现实使用经过当中的发出瞬时保护动作,只能够保护线路的一部分,并在运用的过程中表现出简单可靠且反应敏捷迅速的优势特点;而不足之处在于无法实现对全线路的保护,同时,根据各不相同的运转手段的不同使其维护的局限性也能随之产生变化,第二,限时电流速断保护技巧就是由于目前限时电流速断保护技巧,根据上述方法不能够满足其对整条线路的保护,因此能够可以通过加入一段带时限动作保护来弥补其在这方面的缺陷,限时电流速断保护技巧必须能够确保实现整条线路全场的保护并且要求必须要反应要有快速灵活性,同时要拥有最短的动作时间限制,要能够达成一旦下级线路出现短路问题情况下,能够快速拆卸解除隐患,满足实际的需要。第三,定时限过流保护是基于远程备份保护模式的下属线路,也是主要保护措施拒绝后备保护,同时在出现电流过载中也可以达到有效率的保护措施,一般情况下都是通过对电流的保护才能够达成的,如果当电流幅度超过最大电流负载率的情况下将通过启动电流完成整条线)对继电保护的影响。在配电系统中,由于采取的继电保护类型不同,加上所安装的位置存在差异性,所以电力电子设备所带来的影响也就存在着一定的区别,一般在实际的操作过程中导致继电保护故障或是甚至拒动的主要问题是:首先根据电气距离,它离最大谐波的距离太近;第二,在这一继电保护装置的安装上,其位置与谐波放大的点较为接近,或是与谐波谐振条件较为接近;第三,通常在电流的保卫装备里面所对应的动作设定值较小,严重小于相电流与相电压;第四,在继电保卫装置里面,所对应的动作原理选取和其部件的选择使用等,对谐波十分敏感;第五,在这一系统中,存在着不平衡的基波负序电流等,同时还存在谐波电流,进而致使继电保护出现误动甚至是拒动的问题。
3.1完善相关的规章制度。在对制度进行完善前,一定要对不同类型继电保护系统进行详细的分析,从而使电力系统的制度能够满足不同类型继电保护措施的要求。通常制度的改进其中必须要包含维修设备的运行,由于设备是运行电力系统继电保护措施的根本,所以在规章制度里面一定要首要确保严苛要求电力系统操作人员使他们能够按时频繁的检查设备,从而确保电力系统操作人员能够有准备快速对设备进行维护维修,使电力系统西电保护系统运行稳定。3.2强化协调。电力系统继电保护对操作人员技能的要求较高,操作人员必须对电力系统继电保护程序较为熟悉。所以在电力系统运转过程当中设备可以相应的进行安排使用,而且在设备一旦反生故障的状况下,电力系统操作人员也能够充分使用自己的专业机能来对设备进行修理和维护,这样一来就能充分防止在设备发生故障时候对正常运转的电力系统造成重大影响,操作人员在工作过程中一定要着重注意人员之间的协调搭配,确保能够不影响自己的工作质量的情况下,与此同时要做好各个岗位工作之间的协调,从而能够促进操作人员能够实现有高速有效的起到保护继电的目的。3.3提升技术。电力企业管理人员应该做到以电力系统相关准则为依托完全合理的利用和使用电力企业自身上的资金和技术方面长处,要不断在外引进最新的设备和工艺,同时也要结合自身开发新技术。须要努力达到配电网络自动化系统以及继电保护,有机整合调度自动化系统,MIS系统,状态检修系统,在能充分保证继电保护设备的质量为目的前提之下,给继电保护装置能够稳固并且安宁的运行提供了强大的支持。3.4科学选择保护装置。通常在制作建造或者选择购买各种保护设备的过程中,要进行严格控制管理设备的质量,确保保护装置在各种部件的质量上都很好。通常在选择使用各种配件的时候,首先要综合比较考虑各种组件在设备上的使用寿命和产生故障的概率进行综合考虑,尽可能不要选择使用一些质量不好容易出现故障的元件,在晶体管保护装置的设计方案中,应该在高压室隔壁进行安装使用,这样做既能防止因为高压大电流与切合闻操作电弧和短路故障这些原因所造成的继电保护装置发生故障。
随着科学发展和不断进步以及人们对电力品质需求的不停增加,使用动态电压恢复器、故障限流器、无功补偿器等设备能够不断提高电力质量,但是配电系统中的电力电子设备也为配电系统和继电保护系统带来可行性和降低安全性,安全不稳定性带来了各种安全问题不容忽视。
[1]高琳.电铁谐波和负序对变压器保护影响的研究[D].华北电力大学(北京),2009.
[2]唐阳,李曲婷.电力电子设备对配电系统继电保护影响的研究[J].科技创新与应用,2016,(29):174.
在航空航天领域中,集成电路以及高分子材料在航空设备中得到了最为广泛的运用。这些技术和材料的运用,在一定程度上提高了航空电子设备的科学技术含量,但是同时,设备的运行和维修养护工作中,也不可避免地会受到静电的影响。因此,本文对航空电子设备中静电的危害以及防护措施进行的研究具有鲜明的现实意义。
(一)静电的类型。在航空电子设备的维修和养护工作中,静电过程可以分为两种不同的类型,即静电起电和静电放电。静电起电是静电的集聚和开始阶段,这个过程不会产生较大的危害;静电放电过程是自身电荷向外释放和传导的过程,此时会对航空电子设备产生极大的危害。据调查,静电放电的10%电量就能造成电子设备瞬间失效,而其余的90%电量会潜伏在产品内部,在受到内部或者外部环境刺激的情况下,便会大规模爆发。一旦这种问题产生,静电对航空电子设备造成的危害便无法估量[1]。(二)静电的危害。对于航空电子设备来说,静电所产生的威胁较大,静电防护工作的难度也因此极大提升。对于航空电子设备来说,静电放电所产生的威胁,在静电产生初期并不容易被发现,其威胁和影响直至设备出现故障之后才会被发现,这种状况会使飞机的飞行安全产生安全隐患。静电所造成的危害主要表现在以下几个方面:(1)静电具有吸附功能,会使航空电子设备本身覆盖一层灰尘,这种情况下,设备部件的绝缘电阻会降低,设备的使用寿命也会因此缩短。(2)静电产生之后的放电过程,会产生一定的热量,这种热能在某种程度上会损伤设备和设备内部的元件。(3)静电放电过程的幅度过大,并且会形成强力磁场,进而航空电子设备造成损伤。(4)静电放电过程会让元件原本功能受到影响,如果不能在短时间内进行处理,则会对飞机整体稳定性和安全性造成严重威胁。
(一)管理层面防护措施。1.建立健全防护体制。就当前国内的航空电子设备防护状况来看,航空电子产品维护条例相对杂乱,缺乏规范化的管理体制,且在具体的管理和维护工作中难以落实,因此要进一步建立健全防护管理体制,结合国内的实际情况,确保制度可以落实[2]。例如,对航空电子设备中的操作流程进行规范管理,结合不同工作要求与指示,坚持各项工作都在上级批示下进行,确保各项工作有据可依,从多方面多角度坚决贯彻执行航空电子设备管理和防护依据。2.加强人员和材料管理。针对当前国内航空电子设备的静电防控管理现状,要加强管理力度,着重提升防静电的能力,为飞机安全运行提供保障。加强航空电子设备的静电防护管理还需要从人员和材料两个方面着手,航空电子设备的维护工作对于技术人员的要求较高,不仅要求他们具备较高的专业技术,同时还要求维修人员专业素质符合管理要求,因此在日常工作中积累工作经验,并在工作之余加强相关技术学习。除此之外,材料管理同样也要得到重视。因为航空电子设备中大部分的材料都是金属和高分子材料,这种类型的材料会增加静电产生的几率。因此,在维修工具的选择方面,要尽可能避免使用易产生静电的工具,降低静电发生率。(二)技术层面防护措施。1.做好防护标记。部分航空电子设备的维修养护工作人员在日常工作中并没有意识到静电的危害性,这种情况会造成维修期间受到静电的影响,进而不能正常开展工作。针对这一问题,工作人员要在适当的位置张贴静电防护标记,以便对设备维修和养护工作人员进行提醒。在防护标记的指示下,设备检修养护人员会在工作中注意自己的操作方式,尽可能减少摩擦和接触,避免产生静电。值得注意的是,在静电防护标记中,工作人员要确保张贴标识的科学性和正确性。例如,在设备架、印刷电路板和金属航线可换件盒等位置张贴正确的标识。除此之外,还可以在一些直接使用电源供电的电子设备上,在顶盖或背面张贴防护标记,以便工作人员在对设备维护中,可以提前做好防护,避免出现静电问题。2.敏感元件拆装防护。航空电子设备中有许多静电敏感元件,这些元件在安装之前会进行防静电损害处理,并且可以承受一定范围之内的静电放电危害。在设备的后期养护工作中,要求工作人员按照维护手册,对静电静安元件进行二次静电隔离处理,防止出现二次损坏。比如,在对某些航线可更换组件进行维护时,考虑到设备元件本身放置在防静电的容器中,容器仅有两个导线出入口,并使用泡沫密封保护。所以,在设备维护中,工作人员应该穿戴全套的防静电服,佩戴导电手腕带用于静电泄放。这种情况下,即便产生静电也可以直接通过静电手腕带泄放到接地端,达到静电防护的目的。3.优化和改善防护设备。在日常维修工作中,除了基本的接地法、隔离法及中和法防护静电外,还可以引进配置一些更先进的技术和设备。比如使用防静电涂液,减少活动组件因摩擦产生的静电;在维修车间采用温湿度控制设备,保持温湿度在航标范围内,减少因空气原因产生的静电;配备离子风机,通过风机吹出的大量电离的正负离子,能迅速中和空气和物体所带的静电离子等等。
综上所述,航空电子设备的维修中,静电防护工作十分关键,如果在此环节中出现了严重的操作失误或者系统漏洞,都会是防护工作失效,进而对管理工作造成严重的威胁。对此相关领域的工作人员要从制度人才方面和技术层面分别加强管理,重视航空电子设备的静电防护,以确保飞行安全。
[1]李新明,王战锋.航空电子设备维修中静电的危害及防护措施研究[J].科技风,2018(29):162.
随着电子技术的迅速发展,现代的电子设备已广泛地应用于人类生活的各个领域。当前,电子设备已处于飞速发展的时期,并且这个发展过程仍以日益增长的速度持续着。电子设备的广泛应用和发展,必然导致它们在其周围空间产生的电磁场电平的不断增加。也就是说,电子设备不可避免地在电磁环境(EME)中工作。因此,必须解决电子设备在电磁环境中的适应能力。电磁兼容性(EMC)是一门关于抗电磁干扰(EMI)影响的科学。目前,就世界范围来说,电磁兼容性问题已经形成一门新的学科。电磁兼容的中心课题是研究控制和消除电磁干扰,使电子设备或系统与其它设备联系在一起工作时,不引起设备或系统的任何部分的工作性能的恶化或降低。一个设计理想的电子设备或系统应该既不辐射任何不希望的能量,又应该不受任何不希望有的能量的影响。
各种形式的电磁干扰是影响电子设备电磁兼容性的主要因素,因此,它是电磁兼容性设计中需要研究的重要内容。
(1)工作电源通过线路的分布电容和绝缘电阻产生漏电造成的干扰;(与工作频率有关)
(2)信号通过地线、电源和传输导线的阻抗互相耦合,或导线之间的互感造成的干扰;
(3)设备或系统内部某些元件发热,影响元件本身或其它元件的稳定性造成的干扰;
(4)大功率和高电压部件产生的磁场、电场通过耦合影响其它部件造成的干扰。
外部干扰是指电子设备或系统以外的因素对线路、设备或系统的干扰,包括以下几种。
(2)外部大功率的设备在空间产生很强的磁场,通过互感耦合干扰电子线路、设备或系统;
(4)工作环境温度不稳定,引起电子线路、设备或系统内部元器件参数改变造成的干扰;
当干扰源的频率较高、干扰信号的波长又比扰的对象结构尺寸小,或者干扰源与扰者之间的距离rλ/2π时,则干扰信号可以认为是辐射场,它以平面电磁波形式向外副射电磁场能量进入扰对象的通路。
(2)干扰信号以漏电和耦合形式,通过绝缘支承物等(包括空气)为媒介,经公共阻抗的耦合进入扰的线路、设备或系统。
如果干扰源的频率较低,干扰信号的波长λ比扰对象的结构尺寸长,或者干扰源与干扰对象之间的距离rλ/2π,则干扰源可以认为是似稳场,它以感应场形式进入扰对象的通路。
(1)接地使整个电路系统中的所有单元电路都有一个公共的参考零电位,保证电路系统能稳定地干作。
(2)防止外界电磁场的干扰。机壳接地可以使得由于静电感应而积累在机壳上的大量电荷通过大地泄放,否则这些电荷形成的高压可能引起设备内部的火花放电而造成干扰。另外,对于电路的屏蔽体,若选择合适的接地,也可获得良好的屏蔽效果。
(3)保证安全工作。当发生直接雷电的电磁感应时,可避免电子设备的毁坏;当工频交流电源的输入电压因绝缘不良或其它原因直接与机壳相通时,可避免操作人员的触电事故发生。此外,很多医疗设备都与病人的人体直接相连,当机壳带有110V或220V电压时,将发生致命危险。
因此,接地是抑制噪声防止干扰的主要方法。接地可以理解为一个等电位点或等电位面,是电路或系统的基准电位,但不一定为大地电位。为了防止雷击可能造成的损坏和工作人员的人身安全,电子设备的机壳和机房的金属构件等,必须与大地相连接,而且接地电阻一般要很小,不能超过规定值。
电路的接地方式基本上有三类,即单点接地、多点接地和混合接地。单点接地是指在一个线路中,只有一个物理点被定义为接地参考点。其它各个需要接地的点都直接接到这一点上。多点接地是指某一个系统中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上,以使接地引线的长度最短。接地平面,可以是设备的底板,也可以是贯通整个系统的地导线,在比较大的系统中,还可以是设备的结构框架等等。混合接地是将那些只需高频接地点,利用旁路电容和接地平面连接起来。但应尽量防止出现旁路电容和引线电感构成的谐振现象。
屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离,以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲,就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来,防止干扰电磁场向外扩散;用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来,防止它们受到外界电磁场的影响。
因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量(涡流损耗)、反射能量(电磁波在屏蔽体上的界面反射)和抵消能量(电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场,可抵消部分干扰电磁波)的作用,所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。
(1)当干扰电磁场的频率较高时,利用低电阻率(高电导率)的金属材料中产生的涡流(P=I2R,电阻率越低(电导率越高),消耗的功率越大),形成对外来电磁波的抵消作用,从而达到屏蔽的效果。
(2)当干扰电磁波的频率较低时半岛真人,要采用高导磁率的材料,从而使磁力线限制在屏蔽体内部,防止扩散到屏蔽的空间去。
(3)在某些场合下,如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时,往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体。
滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施。滤波器可以显著地减小传导干扰的电平,因为干扰频谱成份不等于有用信号的频率,滤波器对于这些与有用信号频率不同的成份有良好的抑制能力,从而起到其它干扰抑制难以起到的作用。所以,采用滤波网络无论是抑制干扰源和消除干扰耦合,或是增强接收设备的抗干扰能力,都是有力措施。用阻容和感容去耦网络能把电路与电源隔离开,消除电路之间的耦合,并避免干扰信号进入电路。对高频电路可采用两个电容器和一个电感器(高频扼流圈)组成的CLCMπ型滤波器。滤波器的种类很多,选择适当的滤波器能消除不希望的耦合。
实用的无源元件并不是“理想”的,其特性与理想的特性是有差异的。实用的元件本身可能就是一个干扰源,因此正确选用无源元件非常重要。有时也可以利用元件具有的特性进行抑制和防止干扰。
有时候采用屏蔽后仍不能满足抑制和防止干扰的要求,可以结合屏蔽,采取平衡措施等电路技术。平衡电路是指双线电路中的两根导线与连接到这两根导线的所有电路,对地或对其它导线都具有相同的阻抗。其目的在于使两根导线所检拾到的干扰信号相等。这时的干扰噪声是一个共态信号,可在负载上自行消失。另外,还可采用其它一些电路技术,例如接点网络,整形电路,积分电路和选通电路等等。总之,采用电路技术也是抑制和防止干扰的重要措施。
干扰特别委员会(CISPR),主要研究无线电系统中干扰噪声的测量。1976年,CISPR开始制订电磁干扰的EMI标准。1900年10月在几经修订基础上公布再版标准,随后该委员会还与国际无线通信资询委员会一起审议,为电子产品电磁兼容性的检测制订数据要求及具体方法。制订了以信息技术装置噪声为对象的“工业、科学及医疗用无线电仪器的干扰特性允许值及其测量方法”(标准11号);“车辆、机动船和火花点火发动驱动装置无线电干扰特性的测量方法及允许值”(标准12号);“无线电和电视接收机的无线电干扰特性的测量方法及允许值”(标准13号)等。直至1992年中期,国际EMI标准才最终完善起来。CISPR推荐的容限已为世界上许多国家所采纳,并作为其国家条例的基础。
无线电发射机功率电平是影响周围无线电电子设备,产生干扰电平的一个重要因素。因此无线电发射机功率电平应该受到限制。例如,根据无线号建议,在卫星通信系统和地面微波中继通信线MHz)频段上,当给到天线dBW时,应该限制微波中继通信线路的发射机有效辐射功率(即发射机功率和天线dBW。建议同时限制卫星通信的地面站的功率及通信卫星辐射功率通量密度。许多其它的无线电业务,例如业余无线电爱好者的,移动通信系统等的发射机功率的最大值也应该受到限制。
频率规划在全国和全世界范围内已被广泛采用,是提高射频资源利用率的一种途径,也是保证无线电电子设备电磁兼容性的重要措施之一。因此应严格按照国际协议(无线电频率分配表)和全国文件,实行国家、地区的频带划分和业务之间的频带分配。根据频率—空间分配的原理进行无线频道分配。频率规划必须保证每个无线电电子设备干扰电平最小,或消除干扰,由国家无线电管理委员会负责协调。
近年来,我国许多部门都在开展电磁兼容性的试验研究和有关技术标准的制定工作,制定了一系列标准和规范。例如,国家标准GB3907-83为工业无线电干扰基本测量方法;GB4824.1-84为工业、科学和医疗射频设备无线为车辆、机动船和火花点火发动机驱动装置无线电特性测量方法及允许值等。国家无线电管理委员会对工、科、医等电子设备的使用频率、带宽和最大辐射场强都作出了具体规定。这对保证电子设备的正常工作和人民的正常生活以及促进现代科学技术更迅速发展,都起了重要的作用。
由于电子技术在各行各业中的广泛应用,在人类活动的空间无处不充斥着电磁波,因此,电子设备不解决电磁波干扰问题,就不能兼容工作。在实际应用中,人们在研究抗干扰技术方面也积累了大量的经验,不断地研究出许多实用的方法来消除电磁干扰。
实验发现汽车工作时,电磁干扰相当突出,严重时会损坏电子元器件。因此,汽车电子设备的电磁环境最为恶劣,汽车电子设备的电磁兼容性问题也特别受到人们的重视。汽车点火所产生的高频辐射最为突出。日本和美国等先进国家的环保部门为防止汽车电气噪声对环境的污染,规定只能使用带阻尼(如碳芯)的屏蔽线作为点火线,实践表明这是很有效的措施。
为了解决微电技术,尤其是计算机在汽车上的应用和推广,根据需要和实际要求,可以设计出效果良好的滤波电路,置于前级可使大多数因传导而进入系统的干扰噪声消除在电路系统的入口处;可以设置隔离电路,如变压器隔离和光电隔离等解决通过电源线、信号线和地线进入电路的传导干扰,同时阻止因公共阻抗、长线传输而引起的干扰;也可以设置能量吸收回路,从而减少电路、器件吸收的噪声能量;或通过选择元器件和合理安排电路系统,使干扰的影响减小。
微机设备的软件抗干扰主要是稳定内存数据和保证程序指针。微机是一个可编程控制装置,软件可以支持和加强硬件的抗干扰能力。如果微机系统中随机内存RAM主要用于测量和控制时数据的暂时存放,内存空间较小,对存放的数据而言,若将采集到的几组数据求平均值作为采样结果,可避免在采集时因干扰而破坏了数据的真实性;如果存放在随机内存中的数据因干扰而丢失或者数据发生变化,可以在随机内存区设置检验标志;为了减少干扰对随机内存区的破坏,可在随机存储器芯片的写信号线上加触发装置,只有在CPU写数据时才发。软件抗干扰的措施也很多,如数字滤波程序、抗窄脉冲的延时程序、逻辑状态的真伪判别等。有时候,必须采用软件和硬件相结合的办法才能抑制干扰,常用的办法是设置一个定时器,从而保护程序正常运行。
近年来,电子仪器向着“轻、薄、短、小”和多功能、高性能及成本低方向发展。塑料机箱、塑料部件或面板广泛地应用于电子仪器上,于是外界电磁波很容易穿透外壳或面板,对仪器的正常工作产生有害的干扰,而仪器所产生的电磁波,也非常容易辐射到周围空间,影响其它电子仪器的正常工作。为了使这种电子仪器能满足电磁兼容性要求,人们在实践中,研究出塑料金属化处理的工艺方法,如溅射镀锌、真空镀(AL)、电镀或化学镀铜、粘贴金属箔(Cu或AL)和涂覆导电涂料等。经过金属化处理之后,使完全绝缘的塑料表面或塑料本身(导电塑料)具有金属那样反射(如手机)。吸收、传导和衰减电磁波的特性,从而起到屏蔽电磁波干扰的作用。实际应用中,采用导电涂料作屏蔽涂层,性能优良而且价格适宜。在需要屏蔽的地方,做成一个封闭的导电壳体并接地,把内外两种不同的电磁波隔离开。实践表明,若屏蔽材料能达到(30~40)dB以上衰减量的屏蔽效果时,就是实用、可行的。
由于电子技术应用广泛,而且各种干扰设备的辐射很复杂,要完全消除电磁干扰是不可能的。但是,根据电磁兼容性原理,可以采取许多技术措施减小电磁干扰,使电磁干扰控制到一定范围内,从而保证系统或设备的兼容性,例如,通信系统最初设计时,就应该严格进行现场电波测试,有针对性地选择频率及极化方式,避开雷达、移动通信等杂波干扰;高压线选择路径时,应尽量绕开无线电台(站)或充分利用接收地段的地形、地物屏蔽;接收设备与工业干扰源设备适当配置,使接收设备与各种工业干扰源离开一定距离;在微波通信电路设计中,为了减少干扰,可采用天线高低站方式调整微波电路反射点,并利用山头阻挡反射波,使之不能对直射波形成干扰。另外,微波铁塔是独立的高大建筑物,应采用完善的接地、屏蔽等避雷措施。
电力电子设备在电力系统中的应有十分广泛,通过相关调查报告可以看到,有70%的电能是要在电力电子的变流装置的基础上来处理的。假如没有电力电子的使用整个电力系统便是和实际的脱离,由此所造成的后果也是十分严重的。直流输电的技术体现在远距离和大容量上,在受电端的逆流阀和跟整流阀都在使用晶闸管的变流设备。
我们可以把器件制造技术跟电子中的电路使用技术统称为电力电子技术。同时电力电子器的发展经历也可以分为几个阶段,首先是半控型其次是复合型然后还有全控型这几个阶段,他们可以把保护电路、驱动控制以及功率器件全部集合在一起,共同构成集成电路,但是现在他们的功率较小,但是我们可以看出它代表了发展的重要方向。在现在这个阶段使用最为广泛的是整流电路,在20世纪的80年代也是逆变电路使用发展的高峰,其中自行关闭器件也在这个时候大量的出现,这个时期的总体发展趋势是高频化,同时还出现了谐振型和矩阵型逆变电路等这些。PWM控制器也推动着电力电子的发展,同时还有自适应控制、瞬时无功控制或者模糊控制。
在电力系统中提供负载功率因数的是无功功率的补偿,同时在设备容量的降低上和铁道的三相有功平衡跟无功负载、功率降低损耗、提高供电质量以及使得电压的受压端和电网之间更为稳定这些上都有广泛的使用。静止无功补偿的使用范围有晶闸管电抗器以及串联补偿装置甚至是投切电容器这些。TCR的单相结构也是反向并联电抗器跟晶闸管,两者在使用上经常串联,对于长时间调整电抗器功率也有效果,这样使得晶闸可以管可以触发延迟角改变,进而可以控制电流强弱。TCR可以使用支路对三角形连接的三相交流调压电路控制,具体的方法为:同时在TSC优势中没有较为严重的磨损同时相应的时间较短,这些也可以变得平滑透切同时也可以进行综合性的补偿。内部小电感也可以对电容器在投入电网的过程中减少冲击电流。要想实现电力导体桥式变流器的补偿便要使用静止同步补偿器。这和SVC相比调速更快,补偿电流中谐波的产生量也在减少。实现这一功能的原理就是电网中并联的自换相桥式电路,对于侧为电压和电路交流实现调节把电压的相位跟振幅进行输出。可控的串联的补偿装置中TCSC也有晶闸管控制电抗器和电容器,我们通过并联组成系统。晶闸管的导通角也可以进行调节能把电抗器的电流改变,这样也可以保证补偿的基频连续变化,改变系统中的阻尼情况,对低频振荡有效的抑制,让系统更加稳定。
按照直流联络可以把高压直流的输电技术分为双极联络跟单极联络或者同级联络。转换器可以实现交流—直流,直流—交流的转变,他的主要组成为阀桥跟带载的抽头切换器,阀桥便是高压阀,其中由7个脉冲波跟13个脉波逆变器或者脉波整流器组成,整流变压器。滤波器可以产生一些谐波,同时也可以将换流器中的谐波消除掉。平波电抗器主要的功能是把直流线路的谐波进行消减,同时对直流线路中由于断路的问题产生的巨大电流降低,限制峰值时的电流经过,通过这样的方法来缩减逆变器在换相的过程中没有成功甚至出现电流的中断。这个技术现在的关注程度十分高,也是电力电子中的重要技术。主要是使用在高压直流输电上,这一技术在使用过后在相同的条件下电能的在输送中的损耗要比交流电的输送损耗小很多。在技术上分析之后造成这个现状的原因是由于高压直流电在输送时整体电流十分稳定,几乎没有变化,这样也就没有相应的电抗压降,因此整个输电过程中压降也在无形中得到减少。在工程实际使用中,我们在直流输电的线路尾部跟头部接入功率较大的半控型器件使用相控整流跟有电源的逆变器,以及较大功率的晶闸管,这几种设备通常是三相全部控桥当做最基础的单元进行工作。这样的设计也就形成了复合结构变换器(使用三相桥变换器并串联共同构成),处理这些之外还有所有的晶闸管在进行串联之后形成的上下桥臂(三相桥变换器中)。这个技术投资较低同时在运行过程中十分稳定,稳定程度也决定了应用市场非常广阔。
其中有源电力的滤波器具体的使用原理是,第一确定需要补偿的对象,通过补偿对象谐波电流对其中的分量进行检测,由于补偿装置中电流的分量多少是一定的,同时电流分量的极性相反,这个问题也导致电网的基波分量,建立在瞬时的无功功率这个机理。有源电力滤波器在使用的过程中有响应速度快跟多样性补偿这些优势,同时他受到的电网阻抗较小,可以抑制谐波的产生。有源电力滤波器主要分为两种第一是补偿电流,主要是对指令信号的检测同时产生补偿电流。第二是指令电流中的运算电路,他的主要是检测所补偿的无功电流分量跟谐波。
在发电环节使用电力电子技术能够提高发电系统在工作中的功率。励磁控制也是现在使用较为广泛的发电控制方法,主要是通过品闸管对电路进行整流实现设备之间的连接,相对来说控制系统结构也较为简单,可靠性高,同时成本在相对可控的范围之内,整体运行状况相对良好满足技术要求。静止励磁控制的方法,是要对励磁机实行改造,之后去除其中的惯性只有这样才可以提高整体的稳定性跟运行效果。科学的方法对结合电力系统运行规律达到控制的目的,保证电气工作效率。变速励磁主要是使用变频设备实现发电机组速度的控制和调节,进而提高运行效率使得机组处在自动控制的状态中来结合励磁设备,功率在输出中也会高效稳定,这种技术也被使用直水利发电跟风力发电中。发电厂的设备中,发电设备用电一直存在同时在设备耗电中比例较高,变频器是对其进行控制的有效手段。变频器对机组工作频率自主调节节约能耗。因此在电力电子的不断发展中各种设备和技术也在深入发展,同时他们为系统的高效运行提供了大量帮助。
在柔性输交流电中的使用。我们可以使用控制技术跟电子电力技术相互结合,这样对在输配电过程中的线路阻抗跟电压以及相位角实现不间断调节控制,这些技术可以统一称之为是柔流输电技术。同时我们也要看到这个技术的重要作用在于极大幅度的降低电力在输送过程中的能量损耗。通过这些我们可以看出这些技术也在直接提升电力的使用效率,同时柔性输电还能够提高电力系统的稳定性,这个技术也是电力系统中使用这个技术的重要标本。在配电环节上的使用,在配电过程中实行有效的控制便是保证电能的关键。电能质量在控制的时候要对配电中的频率跟电压以及谐波等等都要实行有效的满足,同时也要对瞬间动波问题跟干扰避免。在这个阶段主要是基于DFACTS这样的电能质量进行的调节装置使用,这些都可以对电能进行质量保证。同时柔流输电的成熟也在不断丰富电能质量的控制方法。现在DFACTS技术也逐渐被称之为FACTS技术,他们的工作原理跟性能以及结构都十分相同。在电力电子市场的不断发展中一定出不断开发出新技术跟新设备,各种成本少跟技术简单的技术也会不断使用。
电力电子技术可以对电网进行有效的调节和配置,充分保证能源的充分使用和节约,同时提高电网的整体质量。这也是智能电网建设的重要手段,可以在电力电子的不断发展中持续推进电网建设。
[1]韦林,廖慧昕,易干洪.电力电子技术在电力系统中的应用研究[J].数字技术与应用,2012,36(10):97-98.
[4]张永春,吕香玲.电力电子装置在电力系统中的应用研究[J].电子制作,2016(22):4.
(1)工作电源通过线路的分布电容和绝缘电阻产生漏电造成的干扰;(与工作频率有关)
(2)信号通过地线、电源和传输导线的阻抗互相耦合,或导线之间的互感造成的干扰;
(3)设备或系统内部某些元件发热,影响元件本身或其它元件的稳定性造成的干扰;
(4)大功率和高电压部件产生的磁场、电场通过耦合影响其它部件造成的干扰。
外部干扰是指电子设备或系统以外的因素对线路、设备或系统的干扰,包括以下几种。
(2)外部大功率的设备在空间产生很强的磁场,通过互感耦合干扰电子线路、设备或系统;
(4)工作环境温度不稳定,引起电子线路、设备或系统内部元器件参数改变造成的干扰;
当干扰源的频率较高、干扰信号的波长又比扰的对象结构尺寸小,或者干扰源与扰者之间的距离rλ/2π时,则干扰信号可以认为是辐射场,它以平面电磁波形式向外副射电磁场能量进入扰对象的通路。
(2)干扰信号以漏电和耦合形式,通过绝缘支承物等(包括空气)为媒介,经公共阻抗的耦合进入扰的线路、设备或系统。
如果干扰源的频率较低,干扰信号的波长λ比扰对象的结构尺寸长,或者干扰源与干扰对象之间的距离rλ/2π,则干扰源可以认为是似稳场,它以感应场形式进入扰对象的通路。
(1)接地使整个电路系统中的所有单元电路都有一个公共的参考零电位,保证电路系统能稳定地干作。
(2)防止外界电磁场的干扰。机壳接地可以使得由于静电感应而积累在机壳上的大量电荷通过大地泄放,否则这些电荷形成的高压可能引起设备内部的火花放电而造成干扰。另外,对于电路的屏蔽体,若选择合适的接地,也可获得良好的屏蔽效果。
(3)保证安全工作。当发生直接雷电的电磁感应时,可避免电子设备的毁坏;当工频交流电源的输入电压因绝缘不良或其它原因直接与机壳相通时,可避免操作人员的触电事故发生。此外,很多医疗设备都与病人的人体直接相连,当机壳带有110V或220V电压时,将发生致命危险。
因此,接地是抑制噪声防止干扰的主要方法。接地可以理解为一个等电位点或等电位面,是电路或系统的基准电位,但不一定为大地电位。为了防止雷击可能造成的损坏和工作人员的人身安全,电子设备的机壳和机房的金属构件等,必须与大地相连接,而且接地电阻一般要很小,不能超过规定值。
电路的接地方式基本上有三类,即单点接地、多点接地和混合接地。单点接地是指在一个线路中,只有一个物理点被定义为接地参考点。其它各个需要接地的点都直接接到这一点上。多点接地是指某一个系统中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上,以使接地引线的长度最短。接地平面,可以是设备的底板,也可以是贯通整个系统的地导线,在比较大的系统中,还可以是设备的结构框架等等。混合接地是将那些只需高频接地点,利用旁路电容和接地平面连接起来。但应尽量防止出现旁路电容和引线电感构成的谐振现象。
屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离,以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲,就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来,防止干扰电磁场向外扩散;用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来,防止它们受到外界电磁场的影响。
因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量(涡流损耗)、反射能量(电磁波在屏蔽体上的界面反射)和抵消能量(电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场,可抵消部分干扰电磁波)的作用,所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。
(1)当干扰电磁场的频率较高时,利用低电阻率(高电导率)的金属材料中产生的涡流(P=I2R,电阻率越低(电导率越高),消耗的功率越大),形成对外来电磁波的抵消作用,从而达到屏蔽的效果。
(2)当干扰电磁波的频率较低时,要采用高导磁率的材料,从而使磁力线限制在屏蔽体内部,防止扩散到屏蔽的空间去。
(3)在某些场合下,如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时,往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体。
滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施。滤波器可以显著地减小传导干扰的电平,因为干扰频谱成份不等
于有用信号的频率,滤波器对于这些与有用信号频率不同的成份有良好的抑制能力,从而起到其它干扰抑制难以起到的作用。所以,采用滤波网络无论是抑制干扰源和消除干扰耦合,或是增强接收设备的抗干扰能力,都是有力措施。用阻容和感容去耦网络能把电路与电源隔离开,消除电路之间的耦合,并避免干扰信号进入电路。对高频电路可采用两个电容器和一个电感器(高频扼流圈)组成的CLCMπ型滤波器。滤波器的种类很多,选择适当的滤波器能消除不希望的耦合。
实用的无源元件并不是“理想”的,其特性与理想的特性是有差异的。实用的元件本身可能就是一个干扰源,因此正确选用无源元件非常重要。有时也可以利用元件具有的特性进行抑制和防止干扰。
有时候采用屏蔽后仍不能满足抑制和防止干扰的要求,可以结合屏蔽,采取平衡措施等电路技术。平衡电路是指双线电路中的两根导线与连接到这两根导线的所有电路,对地或对其它导线都具有相同的阻抗。其目的在于使两根导线所检拾到的干扰信号相等。这时的干扰噪声是一个共态信号,可在负载上自行消失。另外,还可采用其它一些电路技术,例如接点网络,整形电路,积分电路和选通电路等等。总之,采用电路技术也是抑制和防止干扰的重要措施。
干扰特别委员会(CISPR),主要研究无线电系统中干扰噪声的测量。1976年,CISPR开始制订电磁干扰的EMI标准。1900年10月在几经修订基础上公布再版标准,随后该委员会还与国际无线通信资询委员会一起审议,为电子产品电磁兼容性的检测制订数据要求及具体方法。制订了以信息技术装置噪声为对象的“工业、科学及医疗用无线电仪器的干扰特性允许值及其测量方法”(标准11号);“车辆、机动船和火花点火发动驱动装置无线电干扰特性的测量方法及允许值”(标准12号);“无线电和电视接收机的无线电干扰特性的测量方法及允许值”(标准13号)等。直至1992年中期,国际EMI标准才最终完善起来。CISPR推荐的容限已为世界上许多国家所采纳,并作为其国家条例的基础。
无线电发射机功率电平是影响周围无线电电子设备,产生干扰电平的一个重要因素。因此无线电发射机功率电平应该受到限制。例如,根据无线号建议,在卫星通信系统和地面微波中继通信线MHz)频段上,当给到天线dBW时,应该限制微波中继通信线路的发射机有效辐射功率(即发射机功率和天线dBW。建议同时限制卫星通信的地面站的功率及通信卫星辐射功率通量密度。许多其它的无线电业务,例如业余无线电爱好者的,移动通信系统等的发射机功率的最大值也应该受到限制。
频率规划在全国和全世界范围内已被广泛采用,是提高射频资源利用率的一种途径,也是保证无线电电子设备电磁兼容性的重要措施之一。因此应严格按照国际协议(无线电频率分配表)和全国文件,实行国家、地区的频带划分和业务之间的频带分配。根据频率—空间分配的原理进行无线频道分配。频率规划必须保证每个无线电电子设备干扰电平最小,或消除干扰,由国家无线电管理委员会负责协调。
近年来,我国许多部门都在开展电磁兼容性的试验研究和有关技术标准的制定工作,制定了一系列标准和规范。例如,国家标准GB3907-83为工业无线电干扰基本测量方法;GB4824.1-84为工业、科学和医疗射频设备无线为车辆、机动船和火花点火发动机驱动装置无线电特性测量方法及允许值等。国家无线电管理委员会对工、科、医等电子设备的使用频率、带宽和最大辐射场强都作出了具体规定。这对保证电子设备的正常工作和人民的正常生活以及促进现代科学技术更迅速发展,都起了重要的作用。
由于电子技术在各行各业中的广泛应用,在人类活动的空间无处不充斥着电磁波,因此,电子设备不解决电磁波干扰问题,就不能兼容工作。在实际应用中,人们在研究抗干扰技术方面也积累了大量的经验,不断地研究出许多实用的方法来消除电磁干扰。
实验发现汽车工作时,电磁干扰相当突出,严重时会损坏电子元器件。因此,汽车电子设备的电磁环境最为恶劣,汽车电子设备的电磁兼容性问题也特别受到人们的重视。汽车点火所产生的高频辐射最为突出。日本和美国等先进国家的环保部门为防止汽车电气噪声对环境的污染,规定只能使用带阻尼(如碳芯)的屏蔽线作为点火线,实践表明这是很有效的措施。
为了解决微电技术,尤其是计算机在汽车上的应用和推广,根据需要和实际要求,可以设计出效果良好的滤波电路,置于前级可使大多数因传导而进入系统的干扰噪声消除在电路系统的入口处;可以设置隔离电路,如变压器隔离和光电隔离等解决通过电源线、信号线和地线进入电路的传导干扰,同时阻止因公共阻抗、长线传输而引起的干扰;也可以设置能量吸收回路,从而减少电路、器件吸收的噪声能量;或通过选择元器件和合理安排电路系统,使干扰的影响减小。
微机设备的软件抗干扰主要是稳定内存数据和保证程序指针。微机是一个可编程控制装置,软件可以支持和加强硬件的抗干扰能力。如果微机系统中随机内存RAM主要用于测量和控制时数据的暂时存放,内存空间较小,对存放的数据而言,若将采集到的几组数据求平均值作为采样结果,可避免在采集时因干扰而破坏了数据的真实性;如果存放在随机内存中的数据因干扰而丢失或者数据发生变化,可以在随机内存区设置检验标志;为了减少干扰对随机内存区的破坏,可在随机存储器芯片的写信号线上加触发装置,只有在CPU写数据时才发。软件抗干扰的措施也很多,如数字滤波程序、抗窄脉冲的延时程序、逻辑状态的真伪判别等。有时候,必须采用软件和硬件相结合的办法才能抑制干扰,常用的办法是设置一个定时器,从而保护程序正常运行。
近年来,电子仪器向着“轻、薄、短、小”和多功能、高性能及成本低方向发展。塑料机箱、塑料部件或面板广泛地应用于电子仪器上,于是外界电磁波很容易穿透外壳或面板,对仪器的正常工作产生有害的干扰,而仪器所产生的电磁波,也非常容易辐射到周围空间,影响其它电子仪器的正常工作。为了使这种电子仪器能满足电磁兼容性要求,人们在实践中,研究出塑料金属化处理的工艺方法,如溅射镀锌、真空镀(AL)、电镀或化学镀铜、粘贴金属箔(Cu或AL)和涂覆导电涂料等。经过金属化处理之后,使完全绝缘的塑料表面或塑料本身(导电塑料)具有金属那样反射(如手机)。吸收、传导和衰减电磁波的特性,从而起到屏蔽电磁波干扰的作用。实际应用中,采用导电涂料作屏蔽涂层,性能优良而且价格适宜。在需要屏蔽的地方,做成一个封闭的导电壳体并接地,把内外两种不同的电磁波隔离开。实践表明,若屏蔽材料能达到(30~40)dB以上衰减量的屏蔽效果时,就是实用、可行的。
由于电子技术应用广泛,而且各种干扰设备的辐射很复杂,要完全消除电磁干扰是不可能的。但是,根据电磁兼容性原理,可以采取许多技术措施减小电磁干扰,使电磁干扰控制到一定范围内,从而保证系统或设备的兼容性,例如,通信系统最初设计时,就应该严格进行现场电波测试,有针对性地选择频率及极化方式,避开雷达、移动通信等杂波干扰;高压线选择路径时,应尽量绕开无线电台(站)或充分利用接收地段的地形、地物屏蔽;接收设备与工业干扰源设备适当配置,使接收设备与各种工业干扰源离开一定距离;在微波通信电路设计中,为了减少干扰,可采用天线高低站方式调整微波电路反射点,并利用山头阻挡反射波,使之不能对直射波形成干扰。另外,微波铁塔是独立的高大建筑物,应采用完善的接地、屏蔽等避雷措施。
通过本文对运动视觉跟踪电子设备优化能够有效进行目标跟踪,从根本上避免了跟踪运动目标效果差的问题。优化后的运动视觉跟踪电子设备还能在一定程度上减缓由于目标运动的不确定性造成的视觉模糊现象,并且通过有效仿真实验验证了优化后的有效性[8]。
虽然在20世纪就已经提出蒙特卡罗算法,但是由于20世纪并没有运动视觉跟踪电子设备,因此蒙特卡罗算法并没有在计算机视觉跟踪领域进行应用,由于近些年的计算机视觉设备的兴起,蒙特卡罗算法才被应用到了运动视觉跟踪电子设备中去。因此本文也引用了蒙特卡罗算法进行运动视觉跟踪电子设备的优化。运动视觉跟踪电子设备结构图如图1所示。图1运动视觉跟踪电子设备结构图蒙特卡罗算法流程图如图2所示。图2蒙特卡罗算法流程图蒙特卡罗计算方法其实是对图像核密度进行非参数特征的空间转换方法,通过对图像帧频迭代寻优得到概率密度分布核函数表达式为:f(x)=1n∑i=1nki(X-X)1(1)式中,f(x)为核函数,一般是一个查询值。如果i为偶数,那么所得到的矩阵是对称矩阵,对应的像素增大概率为:m(x)=∑i=1nxgéêùúx-x1h2∑i=1ngè÷x-x1h2-x(2)式中,m(x)是像素增大概率,通过式(2)可以计算出像素被使用上升的极值。蒙特卡罗算法选择的空间像素授权图形为图像形式的像素颜色所含有的全部索引。因此,目标像素直方系数式为:q=C∑i=1nk(x)2δ[b(x)]-u(3)式中:u表示从1,2,…,m全部颜色的像素索引方程;δ为蒙特卡罗函数的常备系数;C是整合原点系数值;q表示核函数。为了方便进行像素的定位,候选目标的模型为:p(y)=C∑i=1hkè÷y-xh2δ[b(x)]-u(4)式中,h表示使用的像素宽度,它决定相关图像的实际尺度,通过计算相似度来有效地把非位置像素隔开,如下:ρ(y)≡ρ[p(y),q]=∑n=1mp(y)q(5)系数最大值便是当前帧值的所在位置。通过对系数最大值的选定可以有效改变和设定跟踪的目标,假设候选目标中的p(y)所对应的目标像素直方系数q没有发生突变,可以把上述公式展开得到:ρ[p(y)],q≈12∑n=1mp(y)q+12∑n=1mp(y)qp(y)(6)将式(5)转化为式(6),这样可以方便进行代入化简,得到化简式有利于进蒙特卡罗计算优化,公式如下:y=∑i=1hxwgè÷y-xh2∑i=1hwgè÷y-xh2(7)式中,xwg实际上是对帧频的定位,根据预定的逻辑进行定位,直到找到最大迭代次数。接收函数通式合并为:δ=minéêêùúú1,p(Yx)Q(x);x1p(Yx)1Q(x);x(8)再依据区域定位通式:ELBF(,f1,f2)=μ∫12(-1-f)12dx+f2+Length(C)(9)式中:表示区域内单位帧运动位移向量;f1,f2分别表示图像帧频起始定位焦点和终止定位焦点;μ表示蒙特卡罗整合系数;Length(C)为帧频系数常量,把式(7)和式(8)与通式(9)进行合并,如下:ELBF(,f)1,f2=μ∫12(-1-f)12dx+δ(f)2+Length(C)(10)得到的结果是一个区域,这个区域具有一定的帧,引入蒙特卡罗算法与接收函数结合,必须对上述公式进行系数合并,如下:min0≤αi≤cW=12∑i,j=1lyiyjαiαjK(xi,xj)-∑i=1lαi+bè∑÷i=1lyjαj(11)进行区域拟定还需要进行跟踪误差辨别,对跟踪的相对系数以及相对值域进行多次测量求出平均数,平均跟踪误差为:M(ω)=12π∫01N(ω)dω(12)式中:N为重叠率;dω为单元重叠差量,若表示重叠部分时值为0,如果表示非重叠值时值为1;M为像素误差值,结果是一个范围值,通过人为调整可进行函数的设定。计算平均跟踪误差,选定跟踪表现值为:G=∑r=1t∑q=1k2WiTxir-WiTxirq2Birq=tr(WiTHWi)(13)式中:xir与xirq为跟踪目标中心轴位置坐标,经计算与实际位置的中心轴进行坐标对比,可满足对误差的分析;W,B,H为目标区域实际高度、宽度以及对角线。以像素作计量单位计算重叠率为:Sc=[S0,S1,S2,,SQ-1]binary=éêù∑úiQ-1Si×2iDec(14)式中:SQ-1为第Q-1帧真实目标区域中所包含的实际像素个数;i和c表示相交区域所含有的像素个数,推导出蒙特卡罗算法的测量公式为:sPPM(t)=∑i=-∞∞∑j=0Np-1p(t-iTs-jTp-cjTc-aiε)(15)
为了验证本文设计的运动视觉跟踪电子设备优化方案的有效性,采用对比仿真实验,对传统的运动视觉跟踪电子设备以及本文优化后的运动视觉跟踪电子设备进行对比。为了获得更加准确的运动视觉跟踪结果,同时对以运动的物体进行视觉跟踪。设置核密度系数为7.531;目标像素直方系数q的取值范围为1~5,帧频系数常量C为800;为了保证结果的有效程度,G的误差调整为1。实验结果如图3所示。通过图3可以看出,优化后的运动视觉跟踪电子设备的实验结果明显比传统运动视觉跟踪电子设备实验结果清晰,并且辨识度很高。上述图3为两种方法的辨识度的对比结果,图3(a)为优化后的运动视觉跟踪电子设备实验结果,图3(b)为传统的实验结果。可以看出优化后的实验结果明显比传统的运动视觉跟踪电子设备实验结果好。为了进一步验证优化后的运动视觉跟踪电子设备的辨识度效果,通过仿真实验描点记录的方式,对运动视觉跟踪电子设备的辨识度进行测试,得到测试结果如图4所示。分析图4可得,传统电子设备的辨识度平均值约为1.3,优化后的运动视觉跟踪电子设备的辨识度平均值约为2.8。由对比实验结果可以看出,优化后的实验结果明显比传统的运动视觉跟踪电子设备的辨识度更好。图3不同运动视觉跟踪电子设备实验结果图4实验辨识度对比综上所述,本文设计的运动视觉跟踪电子设备优化方法能够很好地解决跟踪运动目标效果差的问题。
本文设计的运动视觉跟踪电子设备优化方法能够有效地解决跟踪运动目标效果差的问题,同时增加了图片辨识度,希望通过本文设计能够有效推进运动视觉跟踪电子设备的应用。
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近年来,电子信息设备和计算机系统已深入各行各业,由于这类设备的工作电压和耐冲击电压水平低,极易受到雷电电磁脉冲的危害,从而使雷电灾害由电力和建筑物这两个传统领域扩展到几乎所有行业,特别是通讯、信息技术数据中心,计算机中心以及微电子生产行业等由于雷电造成的危害尤为重要。另一方面,因为雷击是机率事件,这种影响尚未引起人们的注意,很多人认为只要按照国家的建筑物防雷设计规范做好避雷针(带)、引下线和接地装置等建筑物内外的防雷工作就“万事大吉”了。但实际上,当雷击现象发生时,建筑物的外部防雷装置确实有效地抵御了雷击对建筑物的破坏,同时均匀的避雷引下线与建筑物接地的均压环也起到法拉第网笼的作用,保证建筑物内的人员不致因跨步电压升高而导致触电事故。
但这时当雷电击中建筑物防雷装置或击中附近其他建筑物的避雷针(带)并由引下线导人大地时,瞬间内在引下线自上而下的产生一个很强的变化磁场。处在这个电磁场作用下的导体,便会感应产生电压,其数值也可达数十千伏,处在这个磁场作用范围的电气、信号、电源及它们的传输线路都因相对地切割了这个变化的磁场磁力线而产生出感应高压,从而将用电设备击坏。如图1所示,如果导体的形状是开口环形感应电压,便会把几厘米长的空气间隙a、b击穿发生火花放电。如果导体是一个闭合回路,感应电压会造成一个电流通过,假如回路上有接触不良的接点,这些地方就会局部发热。再有,由于雷电冲击波的能量集中在工频附近几十赫兹到几百赫兹的低端,雷电冲击波能量就容易与工频回路发生耦合、谐振,于是雷电冲击波从电源线路进入电子设备的机率要比从信号线中进入的机率要高很多,据统计,约有8%的雷击损坏电子设备的事故是由电源引入的,因此应特别加强系统中设备电源的防雷措施。
雷击过电压损坏设备可分为两种情况,一种是受雷电直击,另一种受感应雷影响所致。据统计电子设备受雷电直击而损坏的机率很小,而绝大多数损坏为感应雷造成,雷电行波通过传输信息的电路线传至电子设备使其某些电子元件受损。
还有一种情况值得重视的是电子设备附近的大地或其他设备的接地体,因受直击雷引起的电位升高,会使电子设备造成反击,使之对地绝缘击穿。根据传统经验电子设备的地线与电源设备的地线分开设置是减少这种雷电侵入途径的有效措施之一。所以凡联结有输人或输出线路的电子设备应考虑以上三条侵入途径。不论那种途径侵入的雷击过电压加在电子设备上冲击引起两种过电压,一种是:使平衡电路某点出现超过允许的对地过电压,称为纵向过电压,地电位上升引起的反击也属于从地系统侵入的纵向过电压;另一种是平衡电路线间或不平衡电路线对地出现的过电压称为横向过电压。使用对称传输线的设备,横向过电压是因线路两线间存在不同的纵向过电压;或因纵向防护元件放电性能的分散性(如动作时间有快慢的差别)是造成横向过电压的原因,如果在平衡线路上的两个纵向防护元件,其中一路故障或失效这就造成了横向过电压的极限情况。对不平衡电路如对连接同轴电缆的电子设备其纵向过电压即横向过电压。雷电冲击过电压可导致绝缘击穿,也可产生过电流。进行纵向雷击试验的目的,在于检验设备在纵向过电压下元器件对地的绝缘。横向雷击试验则是检验两线间出现冲击过电压时设备耐受冲击的能力。
在电子设备中,易受雷击过电压损坏的元部件,大多数是靠近设备的入口端,如纵向过电压会击穿线路和设备间起匹配作用的变压器匝间、层间、或线对地绝缘等。横向过电压可随信息同时传至设备内部,损坏设备内的阻容元件及固体元件。设备中元器件受损的程度,取决于元器件绝缘水平,即耐受冲击的强度,对具有白复能力的绝缘,击穿只是暂时的,一旦过压消失,即可恢复。有些非自复性的绝缘介质,冲击时只有小电流流过,一次冲击不会立即中断设备,但经过多次冲击,随着多次冲击的累积可能会使元件逐渐受损最终导致毁坏,这就是为什么在试验时要试验冲击次数,极性和间隔的原因所在。
电子元件受雷击损坏的情况,概括起来不外下列三种:(1)受过电压损坏的,如电容器、变压器及电子元件的反向耐压。(2)受过电压冲击能量损坏的,如二极管PN结正向损坏,冲击危险程度在于流过元器件的过电流大小和持续时间,即能量大小。(3)易受冲击功率损坏的,对元件的危害决定于冲击电压峰值和由此而产生的过电流。
有关雷电冲击波的描述是用波形参数说明,它有峰值波前时间和下降半峰值时间。如图2所示。观测的数据和波形均具有统计特.硅,服从某种分布规律,从而统计出雷电流幅值,波头、波尾、陡度、能量等概率分布。多年来,国内外在对线路结构上或进人电子设备的雷电冲击波形进行了很多观测工作,获得了大量的观测资料。
一些国家通过现场观测发表了很多测试结果。因观测的地理环境和条件的不同。即使在同样条件下,观测得到的数据也不尽相同。早先,有些国家观测得到的几百个波形中,对主放电波形的叙述,当不区另别第一次放电或随后各次闪电时,一般认为雷电流在1—4微秒上升到幅值,然后在40一50微秒内下降到幅值的一半。这就是所谓传统的雷电流波形。正极性闪电的电流波形一般较负极性闪电的波形平坦一些,持续时间较长,上升到幅值的时间约数十微秒,下降到半值时间约为数百微秒。
在对雷电的研究中,需要在千千万万的实波形中找出典型波形并转化为用数学式表示曲线。比较流行的代表曲线.波头部分用两个指数曲线之差表示,其公式为:
用这公式表示的波形如图3a,当i=0时,电流上升速度di/dt最大;而当电流逐渐增大时,di/dt逐渐减小;到了i=Im时,di/dt变为零。
用这公式表示的波形如图3b,当i=0时,di/dt=0;随着电流上升,di/dt也上升;当I=Im/2时,di/dt到达最大值;然后di/dt减小;当i=Im时,di/dt降为零。
一般习惯于用两个指数曲线之差的形式来表示雷电流波形,并且认为这种表示方式和大多数实际测得的波形比较相似。但是经过近年的观测得到大多数的第一次主放电电流波形在其上升到幅值之前时比较缓慢,然后再转入陡的部分,其波头接近于用余弦来表示的波形。用余弦曲线表示时,因为雷电流最大陡度出现在Im/2处,以此进行雷击的电位计算时可以得到较高的结果而偏于可靠。但是,余弦曲线计算较为繁琐,因而往往简化为直线,也就是用斜角波来表示,通过最大陡度和平均陡度的转化,可以使采用斜角波的计算结果和采用余弦波的计算结果基本一致。
对于雷电流波形的各个量的标志方法各国也不是统一的。典型的雷电流波形是以IEC规定的如图4所示,在幅值Im以前叫波头部分,幅值Im以后叫波尾部分。早先规定由O点到幅值的时间叫波头长度,由0点到波尾半幅值的时间叫全部波长。但是在实际测量中发现,0点及幅值这两点的时间很难精确测定的。为了避免测量中出现的含混,IEC建议测量脉冲电流的实测值按下列方法定义:实效波头时间T1:脉冲电流的实效波头时间,是指脉冲电流在10%幅值及90~/6幅值两个瞬间之间的间隔时间再乘以1.25倍(两个瞬间点A和B见图4(a)。实效半幅值时间T2:脉冲电流的实效半幅值时间T2,是指实效原点O-与波形下降到半幅值的瞬间之间的间隔时间。
测量脉冲电压的方法与脉冲电流相似,所不同的只是选择参考点A的方法不一样。脉冲电压的实效波头时间T1是指从脉冲电压在30~/6幅值及90~/6幅值两瞬间之间的间隔时间乘以1.67倍。实效原点O。是指A点之前0.3T1的一点,如图4b。一般以分式符号表示波头时间及半值时间(又称波尾),例如1.5/40便是指波头时间为1.5微秒,半值时间为40微秒的波形。通常将雷电流由零增长到幅值这一部分称为波头,只有几个微秒;电流值下降的部分称为波尾,长达数十微秒到几百微秒。
在1995年的EIC61312—1中的典型10/350us和8720us雷电流波形。10/35us波是直接雷的电流波形,其能量远大于8/20us波,用这种波型来确定接闪器的大小尺寸。8/20us波是感应雷和传导雷电的电流波形,用这种波形来检验防雷器件耐雷击能力的一种通用标准。它代表雷电电流经过分流、衰减的电流波,又是线路静电感应电压波和防雷导体通过雷电流时对其附近电气导线的电磁感应过电压波。例如防雷的引下线,建筑物LPZI区及其内部计算雷电流的波。