第五章 电磁耦合的工程分析方法
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电磁耦合问题在电路设计中的解决方案电磁耦合是指当电路或电磁元器件之间存在互相作用时,导致电路性能发生异常或干扰的现象。
在电路设计中,电磁耦合问题是一个常见且重要的挑战。
为了解决这一问题,工程师们可以采取一系列措施和方法来减少或消除电磁耦合,保证电路正常的运行和性能稳定。
首先,要注意电路布局设计。
合理的电路布局可以降低电磁耦合的发生概率。
应尽量避免信号线或电源线之间的交叉布线,减少线路之间的干扰。
此外,应尽量减少电路板的回线环路,避免形成闭合的回路结构,以降低电磁场的辐射和静电场的干扰。
其次,选择合适的元器件。
在电路设计中,选择低耦合性的元器件可以有效减少电磁耦合的问题。
例如,可以选择具有较低电磁辐射和敏感性的元器件,以降低电磁耦合引起的干扰或噪声。
此外,还可以考虑使用屏蔽罩或隔离器件来隔离电路,减少互相影响。
另外,合理的地线设计也是解决电磁耦合问题的关键。
良好的地线设计可以有效减少电磁辐射和电磁耦合现象。
在设计中应尽量减少共地引脚的使用,使用独立接地方式,确保地线的连接良好、短路电阻小。
另外,应避免地线回流路径过长或形成环路,以减小地线带来的干扰。
此外,还可以通过电磁兼容性测试和仿真分析来验证电路设计的稳定性和可靠性。
在设计完成后,可以进行电磁兼容性测试,通过测量电路的辐射和传导干扰水平,验证设计是否符合要求。
此外,还可以利用电磁仿真软件对电路进行模拟分析,找出潜在的电磁耦合问题并及时修正。
总的来说,在电路设计过程中,要重视电磁耦合问题的解决,通过合理的布局设计、元器件选择、地线设计和测试验证等方法,可以有效减少电磁耦合带来的干扰和问题,保证电路的正常运行和性能稳定。
通过不断地实践和总结经验,工程师们可以逐步提升电路设计的质量和可靠性,为实际应用提供更好的保障。
电缆局放检测方式-电磁耦合法电磁耦合法电磁耦合法也能够称作高频CT法或脉冲电流法(HFCT),是一种测量电缆设备局部放电普遍应用的方式。
电磁耦合法主要应用了一个类似于传统的罗戈夫斯基线圈的电流耦合器。
它采用高频铁氧体磁性材料作磁芯,能够做成环状,也能够做成两个半圆环,经铰链及忙箍形成一个圆环。
经专门的设计可使其具有较宽的频带,以利于提高灵敏度和更完整地收集放电信号。
当高压设备发生局部放电时,在低压侧接地引线上会有相应的脉冲电流流过。
电磁耦合法的大体原理就是将罗戈夫斯基线圈放在电缆终端或连接头上,穿过电缆屏蔽层的接地线,通过感应流过电缆屏蔽层的局放脉冲电流来检测局放。
宽频带电磁耦合法能够将装置做到小巧灵活和便携,操作安全,抗干扰性较强,能加倍真实地反映脉冲波形,比较适合于现场操作。
这种方式较早应用于发电机、变压器的绝缘监测,而后才逐渐应用于电力电缆的局部放电检测。
若要长期在线检测,可将传感器永久地安装在电缆线路的若干个接线盒处,操作人员只需带上带有数据收集卡的手提式电脑,按期到现场进行数据的收集和分析即可。
也还能够通过转换设备将若干个位置处的检测信号转换为数字或光信号,用通信的方式传输至监控室或电脑终端进行实时监视与分析,以便长期跟踪信号、及时发觉问题。
为了电流耦合器能有效地提取放电信号,其设计是关键环节,其中电流耦合器的原理见图0。
图0 电流耦合器示用意图中,R是自积分电阻,Cs是电路的等效杂散电容,为了使电流耦合器工作频带足够宽,在线圈尺寸必然的情形下,应选用磁导率L 高的磁性材料并增大线圈匝数N,但增加匝数来提高带宽将会降低测量灵敏度。
积分电阻R对频带宽度,传感器灵敏度均有影响,R增大,会增加传感器的灵敏度,同时会减小频带宽度。
因此,选定磁性材料后,有一个最佳的积分电阻R及线圈匝数N的匹配,使电流传感器达到较宽的工作频带,且维持必然的响应灵敏度。
电磁耦合法可用于10kV及以上电力电缆局部放电的在线检测,由电缆中间接头处安装穿芯式高频电磁耦合传感器,收集信号并传输到局放信号分析仪。
耦合电磁脉冲分析耦合电磁脉冲分析耦合电磁脉冲(CEMP)是一种威力巨大的电磁武器,其能够通过辐射或传导方式对电子设备和系统造成严重的破坏。
为了更好地理解CEMP的工作原理和可能的应对措施,我们可以按照以下步骤进行分析:步骤一:理解CEMP的原理CEMP是通过释放大量的电磁能量来干扰或破坏目标的电子设备。
它可以通过辐射电磁波的方式直接作用于目标,也可以通过传导电磁波的方式通过导线或传输介质传递到目标。
一旦目标受到CEMP的影响,电子设备内部的电路可能会被过电压或过电流破坏,从而导致设备无法正常工作。
步骤二:分析CEMP的潜在威胁CEMP可以对各种电子设备和系统造成破坏,包括通信设备、计算机系统、电力系统等。
通过分析潜在的CEMP威胁,我们可以评估其对关键基础设施和的影响。
例如,如果电力系统受到CEMP攻击,可能导致大规模停电,对社会经济产生严重影响。
步骤三:研究CEMP的发射源为了有效地应对CEMP威胁,我们需要了解其发射源的特点和技术。
CEMP可以由高能电磁脉冲器(HEMP)或核爆炸等方式产生。
通过研究发射源的特性,我们可以更好地设计和部署防御措施。
步骤四:评估目标设备的脆弱性不同的电子设备和系统对CEMP的抵抗能力不同。
一些设备可能已经采取了防御措施,如电磁防护屏蔽和过电压保护装置,从而降低了其受到CEMP影响的风险。
然而,其他设备可能仍然相对脆弱。
通过评估目标设备的脆弱性,我们可以确定哪些设备需要加强防御措施。
步骤五:开发防御策略基于对CEMP的分析,我们可以开发出一系列防御策略。
这些策略可以包括技术措施和管理措施。
技术措施可以包括使用电磁屏蔽材料、安装过电压保护装置等,以减轻CEMP对设备的影响。
管理措施可以包括建立紧急响应计划,提高设备的备用性等,以减少CEMP事件造成的影响。
步骤六:测试和演练为了验证防御策略的有效性,我们需要进行测试和演练。
这可以帮助我们发现潜在的问题并进行改进。
测试和演练还可以提高相关人员的应对能力和紧急响应能力,以减轻CEMP事件的影响。
ANSYS耦合场分析指南第一章耦合场分析1.1耦合场分析的定义耦合场分析是指考虑了两个或多个工程物理场之间相互作用的分析。
例如压电分析,考虑结构和电场间的相互作用:求解由施加位移造成的电压分布或相反过程。
其它耦合场分析的例子有热-应力分析,热-电分析,流体-结构分析。
需要进行耦合场分析的工程应用有压力容器(热-应力分析),流体流动的压缩(流体结构分析),感应加热(磁-热分析),超声波换能器(压电分析)以及磁体成形(磁-结构分析),以及微电机械系统(MEMS)等。
1.2耦合场分析的类型耦合场分析的过程依赖于所耦合的物理场,但明显可以可分为两类:顺序耦合和直接耦合。
1.2.1 顺序耦合方法顺序耦合方法包括两个或多个按一定顺序排列的分析,每一种属于不同物理场的分析。
通过将前一个分析的结果作为载荷施加到第二个分析中的方式进行耦合。
典型的例子是热-应力顺序耦合分析,热分析中得到节点温度作为“体载荷”施加到随后的应力分析中去。
1.2.2 直接耦合方法直接耦合方法一般只涉及到一次分析,利用包括所有必要自由度的耦合场类型单元。
通过计算包含所需物理量的单元矩阵或载荷向量的方式进行耦合。
例如使用了SOLID5、PLANE13或SOLID98单元的压电分析。
另外的例子如利用TRANS126单元的MEMS分析。
1.2.3 直接法与顺序法的应用场合对于耦合情况的相互作用非线性程度不是很高的情况,顺序耦合法更有效,也更灵活。
因为两个分析之间是相对独立的。
例如在热应力顺序耦合分析中,可以先进行非线性瞬态热分析,然后再进行线性静力分析。
可以将瞬态热分析中任一载荷步或时间点的节点温度作为载荷施加到应力分析中。
顺序耦合可以是不同物理场之间交替进行执行,直到收敛到一定精度为止。
当耦合场之间的相互作用是高度非线性的,直接耦合具有优势。
它使用耦合变量一次求解得到结果。
直接耦合的例子有压电分析,流体流动的共轭传热分析,电路-电磁分析。
这些分析中使用了特殊的耦合单元直接求解耦合场间的相互作用。
● 第一步:独立分析首先要保证模型在ansoft中需正确分析完成。
● 第二步:模型导出分析完成后,将ansoft模型导出,格式我选择step格式,其他格式没有试过。
选择菜单栏中的Modeler-Export 选择step格式将模型导出● 第三步:文件导入启动ANSYS Workbench 13.0,首先点击菜单栏中 Import... 选择.mxwl格式,选择刚才的maxwell分析完成的文件,进行导入。
● 第四步:更新工程点击Workbench菜单栏中的 update project,如果maxwell文件正确的话,过一会solution会有黄色闪电变成绿色对勾。
然后在左侧选择Steady-state thermal ,拖入到中间● 第五步:模型属性然后将Steady-state thermal下的Gemoetry属性改为2D.● 第六步:设置单位双击Gemoetry,进入模型设置界面,选择对应的模型尺寸单位。
点击左上角菜单栏中的File-Impotr Extenal Gemoetry File,选择刚才maxwell导出的step 格式模型。
导入后,点击左上角快捷图表Generate,模型就会出现。
● 第七步:网格剖分关闭Gemoetry界面,退回主界面,会发现Gemoetry已经变为绿色对勾,标识模型导入正确。
然后点击Workbench菜单栏中的 update project,会自动对模型进行网格划分。
当然也可以进入Model菜单进行手动划分。
● 第八步:模型对接网格划分成功后,Model会变为绿色对勾。
然后将Maxwell 2D solution和Steady-state thermal 的Setup进行连接,再次点击菜单栏中的 update project。
● 第九步:完成导入update project完成后,Maxwell 2D 中solution会变成绿色对勾。
然后双击进入Steady-state thermal中的Setup,进入setup设置,右侧会出现“ImportedLoad(Maxwell2Dsolution)”。
电磁波耦合分析及抑制技术电磁波耦合是电磁场中两个或多个不同频率的电磁波相互作用形成的现象,其影响范围广泛,可能导致电子设备出现干扰、故障甚至损坏。
因此,为了确保电子设备的正常运行,对电磁波耦合进行分析并采取相应的抑制技术显得尤为重要。
首先,进行电磁波耦合分析是解决问题的第一步。
通过电磁场测量、频谱分析等技术手段,了解电磁波在设备内的传播情况、干扰路径以及频率等参数,找出导致电磁波耦合的原因。
在分析中,需要考虑电磁波的发射源、传播路径、干扰目标等因素,以便全面了解电磁波的影响范围和强度。
针对电磁波耦合分析结果,采取有效的抑制技术是关键。
常见的抑制技术包括但不限于:1. 电磁屏蔽:通过在设备周围设置金属屏蔽罩或电磁波吸收材料,阻隔干扰源的电磁波传播,减少干扰的影响范围。
2. 磁屏蔽:对于受磁场影响的设备,可以采用磁性材料或磁屏蔽罩来阻隔外部磁场对设备的影响。
3. 地线设计:合理设计和布局设备的接地系统,减少接地回路对电磁波的传导,降低电磁干扰的程度。
4. 滤波器:安装滤波器可以有效地削弱或消除电磁波的特定频率成分,阻止其对设备的干扰。
5. 电磁辐射控制:通过降低设备内部电流回路的谐振频率,减少电磁波的辐射强度,达到抑制电磁波的目的。
在实际应用中,根据具体设备的特点和工作环境,可以综合运用以上的抑制技术,并不断实验和调整,以达到最佳的抑制效果。
此外,定期对设备进行电磁兼容性测试和评估也是必不可少的,以确保设备在电磁环境下稳定可靠地工作。
综上所述,电磁波耦合分析及抑制技术的重要性不言而喻。
只有充分了解电磁波的传播规律和干扰源,才能有效地采取相应的抑制措施,确保设备的正常运行和电磁兼容性。
在不断发展的科技领域,电磁波耦合问题的解决需要不断创新和进步,以适应日益复杂和多样化的电磁环境。
电磁耦合原理电磁耦合是指两个或多个电磁场相互作用的现象。
在电磁学中,电磁耦合是一种重要的物理现象,它在许多领域都有着广泛的应用,比如电磁感应、电磁波传播、电磁场辐射等。
本文将围绕电磁耦合原理展开讨论,探究其基本概念、相关理论和实际应用。
首先,我们来了解一下电磁耦合的基本概念。
电磁耦合是指电场和磁场之间相互影响的现象。
当电流通过导体时,会产生磁场,而变化的磁场也会产生感应电流。
这种相互作用导致了电磁场的耦合现象,即电场和磁场之间相互耦合,相互影响。
在电磁耦合的理论研究中,麦克斯韦方程组是非常重要的基础。
麦克斯韦方程组描述了电磁场的基本规律,包括电场和磁场的产生、传播和相互作用。
通过对麦克斯韦方程组的分析,我们可以深入理解电磁场的特性和行为,从而揭示电磁耦合的物理原理。
在实际应用中,电磁耦合原理被广泛应用于无线通信、电磁感应加热、电磁波传播等领域。
例如,在无线通信中,天线作为电磁场的辐射源,通过电磁耦合原理实现了电磁波的传播和接收。
在电磁感应加热中,利用电磁耦合原理可以实现对金属材料的快速加热,提高生产效率。
在电磁波传播中,电磁耦合原理也起着至关重要的作用,影响着电磁波的传播距离和质量。
总之,电磁耦合原理是电磁学中的重要概念,它揭示了电场和磁场之间的相互作用规律,对于理解电磁场的特性和行为具有重要意义。
同时,电磁耦合原理在无线通信、电磁感应加热、电磁波传播等领域有着广泛的应用,推动了相关技术的发展和进步。
希望通过本文的介绍,读者能对电磁耦合原理有更深入的理解,并能够将其应用于实际工程和科研中,促进相关领域的发展和创新。
电磁干扰及耦合途径电磁干扰现象开关电源数字脉冲电路电子设备220AC产生电磁干扰的条件1.突然变化的电压或电流,即dV/dt或dI/dt很大2.辐射天线或传导导体设计中,遇到电压、电流的突然变化,需要考虑潜在的电磁干扰问题构成干扰三要素EUT EUT 干扰源耦合途径敏感设备空间辐射的电磁波导线传导的电压电流电磁干扰干扰产生及抑制1、产生电磁干扰2、抑制干扰),r,f,t(R),r,f,t(C),r,f,t(Sθθθ≥•),r,f,t(R),r,f,t(C),r,f,t(Sθθθ≤•干扰源耦合途径敏感设备电磁敏感性(抗扰性)1、电磁敏感性:电子设备或系统对电磁干扰的响应特性,电磁敏感性越高,抗干扰能力越低。
2、电磁抗扰性:设备或系统抵制电磁干扰的能力。
敏感频率和抗扰度允许值1、敏感频率:在该频率上,设备对电磁干扰的响应比较敏感。
2、抗扰度允许值:导致设备或系统性能下降的干扰信号的幅值(可以是电压、电流、电场强度、磁场强度、功率密度……)。
电磁干扰安全系数INM=敏感度门限在关键试验点或信号线上的干扰电平)dB(I)dB(N)dB(M−=1>M电磁兼容1<M存在潜在电磁干扰0>)dB(M0<)dB(M电路敏感度模拟电路敏感度数字电路敏感度μμN)B(kfS=dld NBS=比例系数频带宽度热噪声电压频带宽度最小触发电平数字电路有较强的抗干扰能力分贝(dB) 的概念分贝的定义:分贝数=10lg P2P1P1、P2 是两个功率数值,对于电流或电压,定义如下:电压增益的分贝数=20lg V2V1电流增益的分贝数=20lg I2I1用分贝表示的物理量电压:用1V、1mV、1μV 为参考(例如:1μV = 0dBμV)则单位为:dBV、dBmV、dBμV 等,电流:用1A、1mA、1μA 为参考,则:dBA、dBmA、dBμA场强:用1V/m、1μV/m 为参考,则:dBV/m、dBμV/m 等,功率:用1W、1mW 为参考,则:dBW、dBm等,测量单位换算关系1、功率2、电压U、电流I、场强(E、H)6010301010+=+==WWdBWdBmWWdBWPlgPPlgPPlgPμ12020602020+=+==VVdBVdBmVVdBVUlgUUlgUUlgUμAdBdBmAdBAmAμ1004020100−例子常见干扰源雷电NEMP脉冲电路ESD无线通信直流电机、变频调速器电磁干扰源分类人为干扰源电磁干扰源大气干扰雷电干扰宇宙干扰热噪声功能性干扰非功能性干扰自然干扰源广播电视雷达通信输电线开关系统办公设备家用电器1电磁干扰源分类2、按传播途径分传导干扰辐射干扰3、按干扰的性质分脉冲干扰平滑干扰4、按干扰作用时间分连续干扰间歇干扰瞬变干扰5、按信号的功能分功能性干扰。