電磁兼容測試的一些思想內(nèi)涵探討

康 爽

（山東普測計量檢測有限公司）

0 引言

電磁兼容是一個隨著應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展和人們解決問題的實際需要，蓬勃發(fā)展起來的實用學(xué)科［1］。隨著相關(guān)工程技術(shù)人員研究的不斷深入，其內(nèi)容越來越豐富多彩，也更生活化［2］，各種內(nèi)容之間的聯(lián)系越來越紛繁復(fù)雜，區(qū)別也越來越可圈可點。各種相關(guān)技術(shù)研究成果已經(jīng)非常豐富，本文將從思想角度做一些分析。

1 電磁兼容簡介

1.1 電磁兼容定義

電磁兼容，是指在一個公用的環(huán)境中工作的多個電子電器設(shè)備能夠同時正常運行，而不會相互影響彼此的正常性能；而電磁兼容測試是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出于對人體和設(shè)備安全考慮的需要，而興起的一門內(nèi)容豐富的測試技術(shù)［3］。

1.2 電磁兼容分類

按照干擾信號傳遞方向的不同，分為電磁干擾（EMI）測試和電磁敏感度（EMS）測試兩大類，如圖1所示。

圖1 電磁兼容性兩大分類

圖2 電磁兼容具體測試項目

2 辯證法簡介

2.1 唯物辯證法簡介

辯證法，這里偏重指唯物辯證法，是由馬克思等人從大量生活實踐中探索而發(fā)展出來的、分析理解客觀世界的一整套方法理論［4］。

唯物辯證法指出，世界萬事萬物是永遠運動和普遍聯(lián)系的，而運動的法則主要是依據(jù)一切事物內(nèi)部的客觀存在的“一分為二”的矛盾性構(gòu)成的辯證運動法則；聯(lián)系的紐帶與方法主要是客觀存在的既對立又統(tǒng)一為核心的一系列辯證原理組成的紐帶。

2.2 唯物辯證法三大范疇

唯物辯證法的三個重要范疇是“聯(lián)系”、“發(fā)展”和“矛盾”。聯(lián)系的根本內(nèi)容是矛盾，發(fā)展的根本動力也是矛盾，唯物辯證法兩個總特征由矛盾決定，矛盾的觀點是唯物辯證法的根本觀點，是唯物辯證法的實質(zhì)和核心。如圖3所示。

圖3 唯物辯證法三大范疇

2.3 唯物辯證法兩大特征

唯物辯證法兩大特征是“普遍聯(lián)系”和“永恒發(fā)展”。其中“普遍聯(lián)系”是指唯物辯證法用普遍聯(lián)系的觀點看待世界，世界上的一切事物都處于相互影響、相互作用、相互制約之中，反對以片面或孤立的觀點看問題。而“永恒發(fā)展”是指世界是一個過程，過程是由狀態(tài)組成的，狀態(tài)是過程中的狀態(tài)。

2.4 唯物辯證法三大基本規(guī)律

唯物辯證法有三大基本規(guī)律：對立統(tǒng)一規(guī)律、質(zhì)量互變規(guī)律、否定之否定規(guī)律。如圖4所示。

圖4 唯物辯證法三大基本規(guī)律

3 數(shù)學(xué)及物理模型思想簡介

3.1 數(shù)學(xué)物理模型思想簡介

數(shù)學(xué)的或物理的模型，是從大量有普遍性的生產(chǎn)生活實踐中經(jīng)過抽象、提煉而推導(dǎo)出的理想化實驗?zāi)Ｐ?。其中蘊含的各種思想，大都反映了人們處理相關(guān)實際問題所采用的具體思維方式和問題本身的種類。

3.2 數(shù)學(xué)物理模型思想特點

這些模型大多摒棄了很多次要因素，而專注于一個實驗過程的主要因素。雖然不存在于現(xiàn)實生活中，在結(jié)合實際實驗過程后經(jīng)過一定的推演卻能很好地指導(dǎo)實驗研究分析。這些模型往往是人們研究各類數(shù)學(xué)或物理問題的重要基礎(chǔ)和抽象起點，可以說源于實際問題的分析而又反過來促進實際問題的解決。

4 電磁兼容理論中的辯證法思想分析

結(jié)合筆者曾經(jīng)的工作體會作如下舉例分析。

3)水樹在低溫下的生長速率變化與XLPE材料在低溫下的力學(xué)特性密切相關(guān)。在低溫下材料的彈性模量更高，水樹空洞被拉長，從而形成分枝狀特征并導(dǎo)致水樹尖端電場增強。

電場輻射發(fā)射、磁場輻射發(fā)射和傳導(dǎo)騷擾電壓測試，這三者是需求量比較高的電磁騷擾（EMI）測試。其中前兩者是測試騷擾通過無形空間傳播的能力，后者則是測試騷擾通過有形線纜傳播的能力。

4.1 高頻條件下的兩種騷擾分析

交變電流按其本身的特性，或者說按照麥克斯韋方程，在高頻時容易向外輻射電磁能量，而且頻率越高輻射能力越強，即對外產(chǎn)生的EMI騷擾越大。這時用電設(shè)備本身很難靠有形的電線電纜“束縛”住電磁能量，而是可以等效為一個天線，以輻射方式大量向外界無形空間傳送這些能量。這時雖然輻射性騷擾和傳導(dǎo)性騷擾都存在，但以輻射性騷擾為主，輻射性騷擾成為兩種騷擾這一對矛盾的主要方面，而可以忽略用電設(shè)備內(nèi)殘存的少量傳導(dǎo)性騷擾，傳導(dǎo)性騷擾成為次要方面。這就是在這種測試情況下，對高頻時傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾這一對矛盾的主要方面和次要方面的分析。

4.2 低頻條件下的兩種騷擾分析

同理，交變電流按其本身的特性，在低頻時輻射能力不強，而是容易被束縛在用電設(shè)備內(nèi)。此時已是在有形的電線電纜內(nèi)部的傳導(dǎo)騷擾為主，傳導(dǎo)騷擾成為兩種騷擾這一對矛盾的主要方面，而可以忽略通過無形空間形成的少量輻射騷擾，輻射性騷擾成為次要方面。這時輻射性騷擾和傳導(dǎo)性騷擾仍然都存在，但以主要的傳導(dǎo)性騷擾為主，而可以忽略用電設(shè)備殘存的輻射性騷擾。這又是對低頻時，傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾這一對矛盾的主要方面和次要方面的分析。

高頻和低頻，相反的兩種條件下相反的結(jié)果，卻又是相對而言的，彼此不可缺少。沒有了高頻，低頻便無從談起，沒有了低頻，高頻這個說法也欠妥。這又對應(yīng)了對立統(tǒng)一規(guī)律。

4.3 高頻條件下電場與磁場輻射的分析

而對于電場輻射發(fā)射和磁場輻射發(fā)射，雖然兩者都是借助于無形空間的，由于產(chǎn)生機理的不同，卻又各有其相對立的特點。

在測試電場輻射發(fā)射的情況下，是根據(jù)實際測試的需要，將其等效視為一個線電流天線，電流在直線形通路里的快速交變產(chǎn)生了對外界空間電輻射的電場分布；而在測試磁場發(fā)射的情況下，則是根據(jù)實際需要將用電設(shè)備等效視為一個環(huán)電流天線，電流在環(huán)形通路里的快速交變產(chǎn)生磁通量，磁通量進一步向外輻射產(chǎn)生了對外界空間磁輻射的磁場分布。

同樣一個用電設(shè)備，根據(jù)不同的需要，可以不斷轉(zhuǎn)化為不同的騷擾模型，即這些模型是普遍聯(lián)系并可以相互轉(zhuǎn)化的。這就體現(xiàn)了唯物辯證法“普遍聯(lián)系”的特征。這即是唯物辯證法在電磁兼容測試中具體問題具體分析的一個實例，在這里辯證法本身可以抽象于電磁兼容測試的實際環(huán)境中，反過來又可以用于分析測試過程中的具體問題。

再者，用電設(shè)備對外界造成的電磁騷擾從輻射為主到傳導(dǎo)為主的轉(zhuǎn)化，顯然在其中起關(guān)鍵作用的是頻率。在高頻時用電設(shè)備通過無形空間對外輻射能力很強，隨著頻率的逐漸降低，用電設(shè)備對空間造成輻射性騷擾的能力一點點減弱而逐漸轉(zhuǎn)向通過電線電纜對互聯(lián)設(shè)備造成傳導(dǎo)性騷擾。至于這兩種騷擾的取舍，還是要看實際問題。這種從輻射發(fā)射到傳導(dǎo)發(fā)射的轉(zhuǎn)化，或者說矛盾主要方面轉(zhuǎn)化成矛盾次要方面，同樣還有反過來傳導(dǎo)發(fā)射到輻射發(fā)射的轉(zhuǎn)化，或者說矛盾次要方面轉(zhuǎn)化成矛盾主要方面，即是一個矛盾轉(zhuǎn)化的過程；而從一種發(fā)射轉(zhuǎn)化到另一種發(fā)射，必然會經(jīng)過一個臨界點，在這里就是要經(jīng)過一個人為設(shè)定的頻率點，頻率一點點地升高或降低即量變，變化到一定程度經(jīng)過這個特定的頻率點后自然會產(chǎn)生質(zhì)變，導(dǎo)致用電設(shè)備從一種主導(dǎo)的發(fā)射狀態(tài)轉(zhuǎn)換成另一種主導(dǎo)的發(fā)射狀態(tài)，這個過程正對應(yīng)了質(zhì)量互變規(guī)律。

5 電磁兼容測試環(huán)境的模型化思想

5.1 來源

電磁兼容測試技術(shù)，包括干擾測試和抗干擾測試，都是用人為設(shè)置的場地和設(shè)備去盡量逼真地測量用電設(shè)備產(chǎn)生的主要干擾的強度，或盡量逼真地模擬真實環(huán)境中產(chǎn)生的主要騷擾，當(dāng)然視不同的實際情況還要考慮一些附加因素。

而真實的電磁環(huán)境本身是非常復(fù)雜多變的，同一時刻往往包含多種形式的干擾因素，典型的比如EMI的輻射騷擾、傳導(dǎo)騷擾、諧波失真和EMS的周波跌落、浪涌沖擊、快速脈沖群等等。而在某一項具體的測試中，通常不需要也不可能同時測多個因素的強度。不論是多個干擾同時作用的綜合結(jié)果、還是各個干擾各自的結(jié)果，具體實踐中往往是根據(jù)實際需要一次只測一種干擾。這樣就需要從真實的綜合的電磁環(huán)境中分離出其中某種需要的自然干擾因素，再用人造設(shè)備來模擬實現(xiàn)這種自然因素。筆者暫且認為這就是電磁兼容測試中蘊含的單一因子模型思想，或者說是物理模型思想。

5.2 特點

這種模型本身是一種理想化的模型，即一次只考慮一種因素的真實存在狀態(tài)，而把其他因素完全視為零來處理。它一方面是進一步分析問題的重要基礎(chǔ)，而另一方面則在現(xiàn)實中不存在，所以在實際測試中需要借助于一些合適的設(shè)備、工具或正確的測試布置在最大程度上摒除其他因素的影響。這種情況可見于各種電磁兼容測試，例如輻射發(fā)射、諧波失真、周波跌落等等。

6 電磁兼容測試的“總與分”的轉(zhuǎn)化思想

接續(xù)上文所說的復(fù)雜電磁環(huán)境和單一因子模型，并考慮電磁兼容本身按慣例分為干擾和抗干擾，可將各種名目繁多的測試項目進行條理化分類，從而使得對電磁兼容問題的研究分析更加條理分明和有所輔助。

按照騷擾傳播的方向，電磁兼容問題分為電磁干擾問題和電磁抗干擾問題兩大類。

6.1 電磁干擾問題：

或者按騷擾信號傳播的介質(zhì)分為傳導(dǎo)類騷擾和輻射類騷擾，或者按騷擾信號的頻率分為高頻類騷擾和低頻類騷擾，等等。而這每兩種騷擾信號都有或類似或相反的性質(zhì)，在對其生成機制有充足了解的基礎(chǔ)上是有可能從其中一種騷擾的某些性質(zhì)推得另一種騷擾的某些性質(zhì)的，這對電磁干擾問題的研究無疑是有益的。

6.2 電磁抗干擾問題

按照用電設(shè)備所受到的干擾信號波形的特點，快速脈沖群測試中的脈沖群本身可視為若干單個高壓脈沖的有序組合。

而單個高壓脈沖或者將其波前時間適當(dāng)縮短而電壓回落時間適當(dāng)拉長，即形成浪涌測試波形；或者將脈沖群幅度反向降低到用電設(shè)備額定電壓的某一百分比，比如0%或40%或70%等，又形成電壓暫降測試，而其中的0%又是電壓暫降的特殊情況即短時中斷；再者，快速脈沖群的波形如果在一定幅度范圍內(nèi)加以任意化，即使得用電設(shè)備的供電電壓在一定范圍內(nèi)任意變化，則可形成電壓變化和波動現(xiàn)象。而前者快速脈沖群、浪涌電壓、電壓暫降和中斷都可視為電壓變化的各種特殊變化形式。

由此可知，施加給用電設(shè)備的各種干擾波形之間是可以相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化的，這又體現(xiàn)了唯物辯證法的“普遍聯(lián)系”特征和“質(zhì)量互變規(guī)律”。從而同樣可以在對其生成機制有充足了解的基礎(chǔ)上，從其中一種干擾波形的某些性質(zhì)推廣得到其他波形的某些性質(zhì)，進而從其中一種干擾波形的對設(shè)備正常工作的影響結(jié)果，推得其他波形對設(shè)備可能會有的影響結(jié)果。即各種不同形式的抗干擾測試之間，在一定程度上是可以相互貫通的，這同樣對電磁干擾問題的研究是有益的。

7 結(jié)束語

電磁兼容測試技術(shù)中的很多測試步驟和特點來源于電子電路理論和電磁場理論，而電子電路理論和電磁場理論中的各種公式定理背后蘊藏著各種豐富多彩的變化規(guī)律。這些規(guī)律本身來源于理論和實踐分析經(jīng)驗，而恰當(dāng)?shù)丶右岳?，又可以反過來服務(wù)于進一步的理論和實踐分析，即“理論源于實踐、高于實踐，而又服務(wù)于實踐”。本文對這些規(guī)律做了初步定性的探討，可供相關(guān)從業(yè)人員的具體工作提供一些參考。