电磁感应及其应用范例(3篇)

电磁感应及其应用范文篇1

引言

目前，电子设备广泛应用在各种不同领域中，各种的电子设备都离不开开关电源，这些设备在运行中会产生的高密度、宽频谱的电磁信号，一些复杂的环境要求电子设备具有更高的电磁兼容性，于是关于EMC的设计方案就显得十分重要。

一、电磁兼容性（EMC）的体系组成

电磁兼容性（EMC），其主要由电磁敏感性（EMS）和电磁干扰（EMI）组成。电子设备既要兼备使设备本身对外产生的噪声较少，又要有对抗来自外部噪声的功能。能满足此两项条件的电子设备，才能同时使用，互无干扰。电磁敏感性（EMS）指在存在电磁骚扰的情况下，装置、设备或系统不能避免性能降低的能力也就是抗干扰能力；电磁干扰（EMI）指电子设备的输出噪声。所以电磁干扰和电磁敏感性既是一对难解难分的“冤家对头”，又是相互关联的矛盾统一体。

二、电磁兼容的基本概念

国际电工委员会（IEC）定义电磁兼容为：电磁兼容是电子设备的一种功能，电子设备在电磁环境中能完成其功能，而不产生不能容忍的干扰。我国颁布的电磁兼容标准中定义电磁兼容为：设备或系统的在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何其他事物造成不能承受的电磁骚扰的能力。说明了电磁兼容的三层意思：一是电子设备应具有的抑制外部电磁干扰的能力；二是该电子设备所产生的电磁干扰应低于规定的限度，不得影响同一电磁环境中其他电子设备的正常工作；三是任何电子设备的电磁兼容性都是可以测量的。

电磁兼容性研究的领域主要包括电磁干扰的产生与传输、电磁兼容的设计标准、电磁干扰的诊断与抑制、电磁兼容性的测试四部分。所研究的对象有自然干扰源和人为干扰源，自然干扰源有大气干扰源（雷电）、天电干扰源（太阳）、热噪声（电阻热噪声），人为干扰源有电网、电刷、家电、点火系统、手机等。我国在该领域起步较晚，但也制定了电磁兼容性的标准，特别在无线电、家电、电动工具等方面制定了规范的测量方法以及标准。

三、电磁兼容性的常见解决方案

目前电磁干扰（EMI）所带来的问题已经是电磁兼容的主要问题，下面就电磁干扰的产生原因、解决方法、以及元件选择和电路板的制作方法做简单介绍。

1、开关电源电磁干扰（EMI）的产生及解决方法

1.1开关电源外部电磁干扰和内部电磁干扰的产生原因

220V/50HZ交流电网或115V/400HZ交流发机电机发电机，都存在各式各样的EMI噪声，还有人为的EMI干扰源如各种雷达、导航、通信等设备的列线电发射信号，会在电源线上和电子设备的连接电缆上感应出电磁干扰信号。

开关电源本身工作时也会产生各种各样的电磁干扰噪声，比如线性稳压电源中，因整流而形成的单向脉动电流也会产生电磁干扰，开关电源本身在功率变换时也会产生很强的EMI噪声源，这些EMI噪声也会严重影响其它电子设备的正常工作。

1.2针对EMI噪声源采用的对策方法

常用对策就是采用无源噪声滤波器，无源噪声滤波器主要作用是防止外来电磁噪声干扰电源设备本身控制电路的工作和外来电磁噪声干扰负载工作，同时抑制电源设备本身产生的EMI还可以抑制由其它设备产生而经过电源传播的EMI。无源噪声滤波器有两种类型，一种是共模噪音，一种是差模噪音，我们把两条交流输入引线上传输电位相等相同的干扰信号称之为差模噪音，而把交流输入线对大地的干扰称之为共模噪音，对于任何电源输入线上传导的EMI噪声，都可以用差模和共模噪音来表示，一般主要是抵制共模噪声，因为共模噪声在全频域特别是高频占主要部分而在低频内差模噪声比例较大，所以应根据实际情况设计合理的噪声滤波器。

电源噪声滤波器主要由共模线圈，差模电感，以及共模电容和差电容组成，其主要设计原则是选择合理的共模电感线圈，使用磁芯有环形、巨形和U形，材料是铁氧体，而差模电感线圈一般采用金属粉压磁芯，差模电容接在交流输入线两端安全等级分两种，一种适合一般场合，另一种适用于会出现高的噪音峰值电压的应用击倒，共模电容接在交流进线与机壳地之间，它的容量是个重要参数，使其在额定频率电压漏电流小于安全规范值。

2、元器件选择

元器件的选择也是单板EMC性能的主要影响因素。每种类型的电子元器件都有她自己的特性，这就需要仔细考虑设计。电子元器件的选择方法可以来减少或者抑制EMI。

2.1器件封装

电子元器件的封装可以分为两类，无铅封装和有铅封装。有铅封装的元器件会产生寄生效应，特别是在高频范围中，铅的低值电感大概是1nH/mmlead.在终端也可以产生小的电容效应，在4pf附近。因此应当尽可能的减少铅的长度。无铅和表面贴的元器件相比来说有更小的寄生效应，首选应当是表面帖元器件，然后是径向的有铅封装元器件，然后才是轴向的有铅封装元器件。

2.2电阻

要想低的寄生效应，表面贴电阻是首选。有铅封装类型的电阻，选择顺序由高到低的次序是炭膜电阻>金属氧化膜电阻>线绕电阻。在放大电路设计中，电阻的选择极为重要。在高频范围内，由于在电阻上的感应影响，阻抗会增大。因此，增益调整的电阻应尽可能地放置在靠近放大电路的地方，来降低板子的感应系数。

2.3电容

选择合适的电容不是一件容易的事情，因为电容有不同的类型及行为反应。电容是解决许多EMC问题的重要器件，旁路电容和去耦电容应当在电源入口的地方尽力靠近放在一起，来滤掉高频噪声，去耦电容的取值大约是旁路电容的1/100到1/1000，去耦电容应当尽可能的靠近IC，因为导线电阻会降低去耦电容的作用。

2.4电感

电感是电场和磁场的连接器件.因为可以和磁场相互影响固有的本性，所以电感比其他元器件更敏感。和电容一样，当我们恰当的应用电感时，它可以解决许多EMC问题。

2.5二极管以及集成电路

二极管是最简单的半导体器件。结合它们独特的个性，一些二极管可以解决或者改善有关EMI的问题。集成电路的制作技术也会影响到设备的电磁兼容性（EMC）。

3、印刷电路板Layout技术

印刷电路板的Layout技术也是EMC性能的重要影响因素之一。PCB是系统中固有的一部分，所以通过PCBlayout技术来改进EMC性能对最终产品不会增加任何额外的费用。

采用常见的一些设计技术：例如分割、局部电源和IC的去耦、基准面的射频电流、走线分离、保护和分流走线、采用接地技术等。在这里就不一一说明了。

电磁感应及其应用范文

【关键词】电磁干扰；继电保护；装置

在机电逐渐一体化的今天，电磁继电器在电路中有着很大的应用价值。尤其是在控制电路中，自锁开关以及降压启动的换相都离不开电磁继电器的保护。但是由于电生磁的情况，很多时候继电保护器会受到磁力的干扰，严重时还会产生电磁波和谐波，极大程度的影响了电流的稳定与平衡，因此加强继电保护器的抗磁干扰是急需解决的问题。

一、电磁干扰在继电保护装置中的概述

1、电磁干扰在继电保护器中是必然会出现的，其出现的方式和途径也较多，通常情况下可以分为两个方面，一是内部干扰；二是外部干扰：外部干扰一般情况下与电力系统关系不大，而是由使用条件和外部环境因素所决定的干扰，通常较强场域以及谐波都是其外部影响因素，例如雷击、隔离开关操作、中压开关柜操作、直流电源的中断与恢复、步话机辐射及来自电源的工频干扰等等。其二就是内部干扰，内部的电磁干扰，通常情况下是系统自身带来的。主要表现在元件布局和生产工艺等所决定的干扰，主要有杂散电感和电容的结合，引起的不同信号感应，长线（对高频信号而言）传输造成电磁波的反射，多点接地造成的电位差干扰，从而引起的不同频率的不规则的电流变化。

2、继电保护器在电路中起着很重要的作用。尤其是智能化继电保护装置，该装置集保护和监督为一体，用数字化程序来操纵控制电路的运行，但是由于电磁干扰的出现尤其是电磁波对输入和输出信号的影响，对电路的自动化运行造成了极大的障碍。而继电保护器作为电力系统的保护装置，如果因为电磁干扰而无法发挥其作用，那么用电的安全度就无法得到保障，所以消除电磁干扰的负面危害已经刻不容缓。

二、电磁干扰在继电保护装置中的来源和危害

1、电磁干扰来源于电磁干扰源。电磁干扰源有多重表现方式，其一就是在高压变电站内形成的电磁干扰源，其有多种渠道将电磁干扰源和受干扰的二次回路和二次设备联接起来，从而对继电保护装置进行辐射危害，在辐射过程中，电磁波会干扰附近的精密仪器及仪表，架空输电线辐射出电磁场也会通过供电线路侵入电子设备，尤其是以数控组合的数字电路最容易受到影响，其继电保护装置往往会因为信号的混乱而造成继电器的无故跳闸，对人们的生活带来了极大的不便。电磁干扰源的第二种来源方式就是感应电流的影响。当同一电缆中某一芯线通过很强的干扰电流时，将在其他芯线感应出很高的干扰电压，并在终端联接设备上以共模干扰与差模干扰的形式出现。此外，由于电压等级的不同会形成不同等级的电位，在一些电缆线公共区域，容易造成电能的不等位，就会对弱电回路感应出不能接受的干扰，从而形成电磁干扰源。

2、电感回路中，电容耦合的二次传导也容易引起电磁干扰源。电感耦合有两个渠道，一是当隔离开关操作产生的高频电流或雷电电流通过高压母线时，其电感周围容易出现电流频率的不规则变化。但是由于干扰源已经开始形成，其继电保护装置无法准确识别电路的电流变化，从而形成电压的二次回路干扰，传到继电保护装置等二次设备的端子上。若二次回路的走线不合理，其磁通量必然会大幅度提高，从而会在同一回路的两根导线间产生很大的差模干扰电压，其电压的变化必然会引起电流的改变，这样在电生磁的作用下，其电磁力必然会大幅度增加，从而对电路形成干扰。第二种形成方式就是通过高压母线的高频电流，电容式电压互感器（CTV）的二次回流以及相互作用形成的电磁干扰。当高频电流I变化时接地引下线与二次电缆间的距离D愈大时，所包围的磁通越多，在闭合回路上感应的电压越高。一般情况下可控制因素是L、D及R。，在400kV变电所中，当L=3m，D/R=10时，由U=I.R可以得知其感应电压e为10kV，这个电压的数值远较上一项的感应电压为高。因此，对于CTV、高压耦合电容器来说，降低电容器的底座高度L，电容器接地引下线采用多股导线，增大电阻R，减小距离D是降低电磁干扰的关键。

三、电磁干扰在继电保护装置中的预防措施

1、对电磁干扰的防护方式较多，其中运用最广泛的就是构造一个等电位结构。在主电路中，大部分的电磁干扰都来源于电位的波动，在构造等位面之后，电位波动就会降到最低。这样能够有效的防治电磁波的干扰。同时可以将一些重要的设备元件装配到等位面上，例如：电磁继电器、空气开关等安全保护装置。在构造等电位面时，可以通过构造铜网格的方式来达到微机设备保护的目的。

2、可以装配抗电磁干扰的设备。通常情况下会采用装备抗电磁干扰电容来进行预防。由于电磁的干扰，很容易出现电磁波干扰信号的正常传递。为解决电子设备装置和其他电磁波的污染问题通常会从两方面着手。一是装配电磁波补偿装置，使频率发生平衡，从而促使整个电力系统平衡。这是一种比较经济的治理措施。二是对电力电子装置进行改进，从根本上解决电磁波的影响。在谐波源上采取治理措施，通常运用较多的方法是高频同轴电缆屏蔽。在继电保护装置附近安装抗磁干扰电容，用高频同轴电缆进行电磁信号的屏蔽，实现继电保护装置的正常运行。

3、开关场进线在继电保护盘端子处经电容接地，其能够有效控制电缆电磁干扰中，来自套管式或柱式TA以及TV的高频传导耦合。这种耦合直接由母线传到控制回路，控制电缆的屏蔽对这种干扰无能为力，且这种传导耦合的效率随干扰频率的增高而增大。为此还应该在开关场进线的继电保护端子上对地接入高频滤波回路，而最为简便的是在这些端子上接入对地电容。下图为正确的端子接入方法。

通过电容的接地，将导线中所形成的那一部分电磁波进行导出，避免其在耦合开关附近形成电磁干扰，影响电磁继电器的正常工作。

结语

电磁干扰对电力设备的运行影响巨大，尤其是对继电保护装置的影响尤为突出，电力工作人员应当加强电磁干扰装置的防控，分析出内部干扰和外部干扰的因素，利用等位面以及电容等方法和设备来进行电磁的消除和平衡，不断提高电力运行的效率和安全度。从根本上解决电磁干扰对继电保护装置的影响。

参考文献

[1]王义红、梅生伟.基于稳定裕度指标的暂态的电压稳定分析.【J】.电工电能新技术，2002.02..

电磁感应及其应用范文

关键词：电磁流量计；电磁干扰；对策

中图分类号：O441文献标识码：A文章编号：

引言：

流量与温度、物位、压力等的测量都是热工的测量，都为生产过程的自动化及科研提供可靠数据，是工农业生产过程中控制的测量的参数之一。流量的测量与人们日常的生活有着很大的联系。作为液体流量测量工具的流量计应用的范围非常广阔。其应用遍及航海、航空、航天、冶金、钢铁、给水、排水、石油、化工、食品、医疗、环保和农业灌溉等各个领域的部门。液体流动的流量检测，要比温度和压力等参数的检测要困难得多。因为，流量这个参数受待测液体的工作及环境条件如压力、流动状态、流体状态、开关、液体的种类等参数的影响。要达到正确测量流量的目的，不同的对象必须采用不同的仪表和不同的措施。流量计的品种和种类是很多的。针对测量的不同流体的状态，则有气体、水、蒸汽、油等不同的流量计。同样是对液体测量，用的流量计也会不同。比如，使用电磁流量计测量导电的液体的流量，随着液体的导电性质不同，液态金属的流量测量需要用直流励磁或者低频励磁的电磁流量计；电导率比较低的液体流量要用电容型电磁流量计等等。所以说研发和使用流量计相比于其他的测量仪表来说要困难得多。只有结合了具体测量的流体对象，针对性地选择适当的流量计，才能可靠、准确、合理地进行有效的流量测量。由于液体中所感应出的电势数值很小，所以要引入高放大倍数的放大器，然而这样就使得电磁流量计特别容易受外界电磁场的干扰，即使很微弱的信号在经过高倍放大后，对结果的影响也是巨大的，这样势必会大大地影响仪表的准确度，对控制系统的稳定性、可靠性也构成很大的隐患。所以研究电磁流量计的所受的电磁干扰及相应对策就显得特别有必要。这里有几点不成熟的看法，与大家共同探讨。

1电磁流量计的测量原理

由法拉第电磁感应定律可知,当导体在磁场中做切割磁力线运动时,在导体两端就产生感应电动势。设在磁场强度为B的均匀磁场中放置一个垂直于磁场方向的直径为D的管道,当导电液体在管道中流动时,导电液体切割磁力线,就会在和磁场及流动方向垂直的方向产生感应电动势。如果在管道截面上垂直于磁场的直径两端安装一对电极,两电极之间就会产生感应电动势。如管道内流速v为轴对称分布,不考虑感应电动势的正负可得:

其中,B为磁感应强度,A为磁通量变化面积,D为导体长度,dl为被测介质运动的距离,v为被测介质运动的速度,U为感应电动势。所测液体的体积流量为:

式(1)说明,导体在磁场内作切割磁力线运动,导体两端产生的感应电动势的大小与磁感应强度B成正比,与导体的长度D成正比,与导体运动的速度v成正比。由式(2)可知液体的体积流量与感应电动势成正比,这就是电磁流量计的设计原理。

2励磁方式

由电磁流量计的工作原理可知，为使式（3）成立，第一个必须满足的条件就是要有一个均匀恒定的磁场，才能保证感应电动势E与体积流量Q具有线性关系，这就需要选择合适的励磁方式，也就是产生磁场的方式，一般有三种励磁方式可供选择，即直流励磁、交流励磁、低频方波励磁。

3干扰的抑制和消除

传感器提供给转换器的流量信号是电极间的电位差,即一种电压信号。在实际测量中,由于电磁感应、静电感应以及电化学电势等原因,电极上所得到的电压不仅仅是与流速成比例的电动势,也包含各种各样的干扰成分在内。

首先电磁流量计工作现场存在大量的工频信号,耦合在激磁回路、电极、前端放大器的工频干扰噪声对流量测量的准确性造成极大的影响。其次,在低频矩形波激磁方式下,其干扰主要表现为由激磁电流突变产生的微分干扰信号,随着电流的稳定,干扰信号随之消失;另外,由于电磁流量传感器的“变压器效应”,会产生相位上与流量信号相差90°的正交干扰信号;此外,由于电磁屏蔽缺陷,接地不良,杂散电容等引起返回电流不平衡产生共模干扰,它可能导致电路某些参考电位变化,是造成电磁流量计零点漂移的原因之一,同时产生高的辐射电场使电路的电磁兼容性恶化;串模干扰是由于印刷电路板设计电磁兼容性考虑不足造成的信号质量下降,特别是高速走线和模拟电路易受到影响;还有就是电化学极化电动势干扰,它是被测液体中电解质在感应电场作用下在电极表面极化产生,是电磁流量计零点漂移的主要原因。

由于本系统需在劣势的现场环境中使用，对抗干扰性和可靠性具有较高的要求，因此在系统开发和设计过程中，将提高系统抗干扰性和可靠性作为一项重要的内容。根据一般电磁流量计系统的特点，主要从硬件优化方面讨论如电磁耦合、静电感应是电磁流量计产生干扰噪声的重要来源。在电磁流量变速器中，由于两电极的引线处于交变磁场中，当变速器通电后，在引线的闭合回路内就产生出感应电动势。这种干扰信号叠加到测量信号中，影响了系统的运行。各种励磁方式产生会带来不同的电磁干扰问题。直流励磁方式易产生极化干扰，交流励磁方式易产生正交干扰（90度干扰）、同相干扰（即工频干扰）等。由于实际应用中多采用交流励磁方式，因此以下主要阐述交流励磁下的干扰问题及抑制。

3.1正交干扰及其抑制或消除方法

正交干扰是指在相位上与流量信号相差90度的干扰。电磁流量变送器采用交流励磁方式时，要产生一个交变的磁场，而由电极、引出线、被测介质和转换器的输入电路所组成的闭合回路，正处于干扰交变磁场中、闭合回路不可能与变送器的交变磁场产生的磁力线完全平行，总会有一部分交变的磁力线穿过该闭合回路，从而在回路内产生一个干扰电动势，其大小为：

et=-dB/dt（4）

对于交流励磁，B=Bmsin（ω）t则有：

Et=-Bmωcos（ω）t=-Bmωsin（ωt+90°）（5）

比较可知，测量信号E与干扰信号et的频率相同，相位差90°。因此称et为90°干扰，又称正交干扰。在电磁流量计中，从变送器和转换器两部分采取措施，来消除或抑制

90°干扰。

3.1.1从变频器部分采取措施

在变送器的结构上，注意使闭合回路的平面保持与交变磁力线平行，避免磁力线穿过闭合回路，并设有干扰调整机构，以减少干扰信号et。

另外，在变送器上设置调零电位器。从一般电极引出二根导线，并分别绕过磁极形成两个回路，当有磁力线穿过此闭合回路，必然在两个回路内产生方向相反的感应电势。因此，在两个回路中有相反方向的电流I1、I2。通过调整电位器，使两个回路中产生的电流I1、I2

在转换器的输入电阻上产生的电势相互抵消，减少90°干扰信号。

3.1.2从转换器部分采取措施

对于正交干扰，除了变送器的干扰调整机构调零以外，转换器中也要设置抗干扰机构，以消除变送器中剩余的正交干扰信号。否则，这些剩余的正交干扰信号同样会被放大器放大，严重影响仪表正常工作。为此，在主放大器的输出端设置抑制抑制和补偿90°干扰的机构，经主放大器放大后的90°干扰信号，被鉴别和分离出来，然后再反馈到主放大器的输入端，以抵消输入端进来的90°干扰信号。3.2同相干扰及其抑制方法同相干扰工频干扰或共模干扰，是指在同一瞬间出现在变送器的两个电极上，并且幅值和相位都相同的干扰信号。当流量为零时，即被测液体静止不动时，所测得的同相信号就是同相干扰信号。对于同相干扰，抑制的方法较多。在变送器方面，将电极和励磁线圈在几何形状、尺寸以及性能参数上做得均衡对称，并分别严格屏蔽，以减少电极与励磁线圈之间的分布电容影响。

3.3其他应注意的问题

在使用中要注意维护，防止电极与管道间绝缘的破坏，安装时要远离一切磁源（例如大功率电机、变压器等），不能有振动。单独、良好的接地也是十分重要的。接地线应尽量加粗，地电流是同相干扰产生的主要原因。如果变送器附近存在大功率的电器设备，特别是从绝缘不好的等效电路中可以看出，接地线接地电阻Rn产生的电压降en通过变送器而发生漏电时，地电流将使各个不同接地点电。分析系统的电磁干扰原因，通过对电磁流量计实行一系列的抗干扰措施，大大抑制和消除了干扰信号对有用的流量信号的影响，提高了测量的准确度，减少了故障率。

参考文献

参考文献:

[1]苏星.基于ARM的电磁流量计转换器的研制[D].杭州:浙江大学信息学院,2006.

[2]王达.基于LPC2106的电磁流量计转换器[J].测量与设备,2007(1):13-15.

[3]YanYi.ExcitingFrequencyOptimizationforElectromagneticFlowMeterwithGeneticAlgorithm[C]//IEEEInstrumenta-tionandMeasurementTechnologyConference.Warsaw,

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