电磁问题

2024-06-27

电磁问题（精选12篇）

电磁问题篇1

0 引言

近年来,随着电子信息技术的发展,军用和民用电磁辐射源数量急剧增加,电磁环境日益复杂,电子信息系统在工作过程中面临着严重的有意和无意电磁干扰[1]。功率比较小的电磁脉冲可能会对系统的正常工作产生干扰,而高功率强电磁脉冲会对电子电气系统造成危害,其入射场能够通过孔缝、电源线、信号线等在系统内部的敏感器件上产生电压和电流,引起误码率上升、效能降低等一系列问题,或导致系统崩溃和烧毁。例如雷电、核电磁脉冲或定向能电磁脉冲可以从飞机、卫星、导弹等的金属表皮上的透波窗进入系统内部,直接耦合到或者通过半屏蔽、非屏蔽线缆间接耦合到高灵敏度接收机、光电转换设备等敏感器件上,造成故障甚至损毁[2]。

实际工作中,在对电尺寸比较大的目标和区域运用电磁场数值算法计算和分析时,通常遇到计算方面的困难,主要表现在巨大的剖分网格数量和运算量对计算机软、硬件的需求,这往往会导致计算时间以天计甚至超出当前计算机技术的水平[3]。

这就引发了一系列问题和思考:如何描述复杂电磁环境下的电子信息系统?如何描述电磁环境与电子系统的交互作用?如何在环境和系统仅局部发生改变时避免大量的重复计算?如何合理地组织各种分析和计算方法对实际问题进行分析?

针对这些问题,本文提出以EMT (Electromagnetic Topology,电磁拓扑)理论来指导整个电磁脉冲传播与耦合计算过程,对计算对象进行合理分层,每层分别选择合适的方法并进行针对性的设置,最后加以计算。

电磁拓扑的概念最早是20世纪70年代美国空军研究实验室的Carl E. Baum教授为了有效解决核电磁脉冲环境下的复杂系统受扰及电路效应首次提出的[4]。但其后相当长的时间内,限于计算机硬件及相关算法的水平,未能得到广泛应用[5]。

1 电磁拓扑的思想及实现步骤

电磁拓扑理论的基本思想是:利用拓扑学理论及其所提供的方法,将研究对象空间分解成不同大小的区域,各个区域之间通过系统的拓扑结构相联系,在分别研究的基础上加以综合,从而把复杂的电磁耦合问题分解成相对独立的简单问题来解决,实现对处于电磁环境中的电子设备的性能与状态的分析和评估[4,5,6]。

运用电磁拓扑方法解决问题的流程主要包括以下四个步骤。

1.1 对系统进行拓扑分解

找出系统中所有可能与外部电磁环境发生关系的点,确定分析范围,对系统进行分解。外界电磁能量要对电子系统内部某部件产生干扰,必须要通过系统的层层屏蔽。对每一屏蔽面定义一种或几种传输函数来描述能量的穿透过程,包括孔缝的透波、非理想屏蔽材料带来的透波、通过电缆的直接电磁能量注入等。为了描述系统的拓扑结构,对屏蔽表面可以根据能量的传播路径进行分层、编号。如图1所示。

简单系统可采用单下标编号方式。通常,目标空间可能含有不止一个子空间,这时采用单下标的表示方法已经不足以表示系统的复杂程度。实际系统(如飞机、舰船等)内部通常存在不同结构顺序和结构形式的屏蔽面。有些屏蔽面以蜂窝状的结构形式出现(如舰船的分隔舱);有些屏蔽面嵌套于系统屏蔽面内且相互分隔(如电子设备的机壳),因此,引入第二个下标,例如,Vi,k表示第i级别的第k个子空间。

1.2 构造交互作用序列图

系统外部电磁环境耦合到系统内的路径作为交互作用序列图的边,相互关联的各个体积作为交互作用序列图的节点,从而确定整个系统的交互作用序列图。

通过系统的拓扑分级,可以对能量的耦合进行分阶,以图1所示的系统为例,外部能量可能通过S1,S2,S3耦合到V3;也可能通过S1,然后经电缆直接耦合到V3。第一种可称为3阶耦合,第二种可称为2阶耦合,不同阶数的路径带来的耦合效果是不同的,阶数越高,表示屏蔽越多,能量就越难进入。而且,即使阶数相同,因实际耦合路径不同,屏蔽效果也不同。

回到图1所示情况。从Vi,k到Vi,k′的转移函数编号为Ti,k;i,k′。若转移函数不只一个,即路径不只一条,则可再加上标区分;若有直接电磁能量传输,转移函数也可跨屏蔽,如通过天线直接耦合。在分析实际系统时,其拓扑模型是相当复杂的,表示系统各区域电磁能量的相互作用关联图也十分复杂。应用电磁拓扑理论分析实际系统时,首先要确定完整的相互作用关系,在此基础上根据实际情况再做简化以便分析。

1.3 对子问题进行求解

拓扑分解后的问题,一般需结合激励和边界条件,采用传统的电磁场计算方法,求得子问题的解。此外,还可通过测试、解析或经验公式计算等非数值方法获得子问题的解。

求解的基础和方法包括:典型耦合路径的研究成果,如孔缝耦合、滤波器的幅频特性、不同传输线的传输特性、不同材料和不同结构形式的屏蔽特性;系统耦合路径传输函数的实验结果,如某飞机缩比模型的舱内场分布实验结果可以当作舱内某处安装设备的外部激励源;数值算法直接建模分析,在模型准确、基函数以及激励源设置正确的情况下能得到较精确的结果。

1.4 系统响应的综合

子问题的求解和系统响应的综合可同时进行,也可分别进行。综合各子问题的结果以获得系统响应,系统的响应最终会落到系统内部某设备或器件的响应上。

以图2所示系统中V3,1的响应为例,为方便说明,假设近似后的耦合路径只有T0,1;2,2+T2,2;3,1,即外部能量通过天线接收到V2,2,再通过电缆耦合到V3,1。可分为T0,1;2,2和T2,2;3,1两个子问题,前者采用电磁场的数值方法,对天线和系统外表面整体建模,考虑电缆的传输损耗,计算V2,2的响应;再将V2,2看作二端口网络,以实验或数值的方法得到其散射参数,作为传输线的终端之一,并以前者的计算结果为激励源,采用传输线方法,最终得到V3,1的响应。

2 时域积分方程及其加速方法

电磁拓扑理论提供了电磁脉冲传播特性分析的方法论;在建立拓扑模型和交互作用序列图之后,最重要的一步是能够进行子问题的求解。从图2来看,最终需要落脚到电磁场的计算上,而非实验的验证方面最为可靠的工具还是电磁场的数值方法。

选择TDIE (Time-Domain Integral Equation, 时域积分方程)方法作为研究的重点,是因为TDIE具有分析强电磁脉冲传播与耦合特性的与生俱来的优势[7]。

TDIE法是基于所求问题的Green函数和边界条件建立积分方程,然后把空间变量的积分区域和时间变量都离散化,通过在空间域和时间域上的匹配把积分方程化为线性方程组。由于空间中某点在某一时刻的响应仅仅受到此前存在、并满足时间延迟关系的源的影响,因此这个线性方程组的求解可从已知初始值开始计算,按时间步进的方式递推,逐步求出各时间取样点的响应值,这就是时间递推法(Marching-on in-Time,MOT),其优点是不需人为设置边界条件。

TDIE有三种形式:TDEFIE(Time Domain Electronic Field Integral Equation,时域电场积分方程), TDMFIE(Time Domain Magnetic Field Integral Equation,时域磁场积分方程)和TDCFIE(Time Domain Compound Field Integral Equation,时域混合场积分方程)。TDEFIE是基于电场边界条件推导出来的,TDMFIE是基于磁场边界条件推导出来的,TDCFIE是前两种积分方程的结合。

利用TDEFIE或者TDMFIE求解闭合金属目标电磁散射问题时,会受到目标内谐振频率的影响,导致时域数值解出现后期震荡现象。这是因为在目标的谐振频率处,TDEFIE或TDMFIE变换到线性方程组时会产生病态矩阵。解决这一问题的方法是采用时域混合场积分方程。

理论上,电场积分方程和磁场积分方程是等价的,但它们的数值性能却有很大的不同。电场积分方程属于第一类Fredholm积分方程,而磁场积分方程是第二类。第一类Fredholm方程通常是病态的,而第二类的病态性要低得多[8]。因此从MFIE出发得到的离散矩阵的条件数要比EFIE好得多,若采用迭代法求解最终离散的线性方程组,磁场积分方程求解的收敛速度要快得多。时域电场和磁场积分方程的数值性能差异则表现在离散磁场积分方程要比电场方程稳定。由惟一性定理知,对于无耗区域,电磁场不能由边界的切向电场或切向磁场惟一确定。而电场或磁场积分方程正是分别根据边界的切向电场、磁场确定的。这便产生了内谐振问题。混合积分方程由电场和磁场共同采用,可克服这一问题。

TDEFIE既可应用于闭合结构,也可应用于开放结构,同时也能精确处理细线问题;TDMFIE和TDCFIE只能处理闭合结构。原因在于,对于非常薄或者厚度可以忽略的散射体,物体上表面未知等效电流的方程和对应的下表面电流方程是一样的,总方程具有奇异性。但由积分方程的数值计算可以发现,在离散EFIE中,上表面未知数前的系数与下表面对应的系数一样,因此可将上、下表面未知数相加作为新的未知数,进而解出新引入的未知数。而离散MFIE则不具有上述性质。

无论是频域的矩量法还是时域的MOT,其计算量的主要来源均为广义阻抗矩阵与广义电流向量的乘积运算。其计算量需要大量内存和CPU时间,使得计算电大目标问题难以实现,需寻求加速算法。

(1) 最常用的加速方法是时域平面波,其思想是将矢量势展开为平面波形式,将邻近的电流单元组成一组,把单元之间的直接相互作用转化为组与组之间的相互作用,从而降低矩阵向量相乘的复杂度。设组与组之间都构成远场对,其中每个组内的源将通过聚集、转移、投射三个过程建立起对其他组内空间单元的作用。这就避免了传统MOT对每个基函数之间的相互历史作用都要考虑的繁琐计算。如图3所示。

(2) 时域自适应积分方法。该方法基于这样一种设想:与源点相距很远的区域的场可以通过简化源点分布信息的方法近似计算。频域自适应积分加速MOM的具体实现过程是:在满足设定远场标准的基础上,将场、源基函数之间的相互作用转换为规则网格点电流之间的相互作用,并采用FFT/IFFT快速计算,达到提高计算效率的目的。

(3) PO-TDIE混合方法。分区时,PO(Physical Optics, 物理光学)算法仅用于面目标,线目标均划为TDIE区;变化剧烈的地方划为TDIE区,光滑表面划分到PO区;在PO区和TDIE区交界处的三角面元被PO基函数和TDIE基函数所共用,为了保证计算精度,交界处的内边统一划分到TDIE区。计算量的缩减体现在忽略了PO区内源的互阻抗。PO区基函数一般会占很大比例,这种忽略可极大地节省阻抗矩阵计算量。

(4) 一致性几何绕射加速的TDIE。MOT方法的主要计算量集中在求和项,即历史时刻各个等效源对当前场点的作用,称为迟滞积分。该求和计算后将形成一个向量,其中第m个向量元素的物理意义是以前所有时刻目标表面的电流源对第m个空间基函数的辐射贡献。当前时刻的表面场与所有先前时刻的表面源有关。第n个源点对第m个场点的作用大小取决于阻抗元素和电流系数的大小,阻抗元素的大小与源点和场点的距离有关,电流系数的大小与目标形体、激励形式和时间分布有关。忽略那些作用十分小的源,就可以减少迟滞积分的计算时间,达到加速目的。

在几何绕射理论中,对场点的贡献由源点的直接作用和源点通过反射点以及绕射点的间接作用组成,因为高频时这些关键点的贡献占总贡献的绝大部分。基于此,在电大情况下,迟滞积分的主要贡献是各源的近邻作用和关键点的作用之和。那么,积分中需要计算的项为近邻区+活区+反射区+绕射区,其他项则可以忽略。

前面的几种算法主要针对金属材质,在金属/介质混合体方面,可采用时域C-PMCHW (Poggio-Miller-Chang-Harrington-Wu)耦合积分方程。计算集总电路与任意三维几何体间的电磁耦合时,不再假设金属为理想导体,而设为有耗金属,有限电导率。对于含有集成电路模块和基片系统这类场-路混合问题的仿真,时域方法是非常有用的,不但可以精确模拟电路中的非线性元件,而且还可以获得宽带信息。

针对复杂电磁结构体与电路互连的混合问题,将电磁场分析中的TDIE法与电路分析中的节点分析法相结合,实现一种可同时模拟复杂电磁结构与线性、非线性集总电路间耦合的方法。如图4所示,这种方法的基础是在电路和电磁结构体间引入“耦合电流”的思想,并将完善的电流连续性方程和广义基尔霍夫定律应用于电磁结构与电路的耦合分析中。

3 电磁拓扑与积分方程的结合

基于以上分析,复杂电子系统受扰分析的步骤如图5所示。

具体求解时,首先根据所求问题的物理结构,将问题拓扑分解为若干个相对独立的子问题;然后,基于Maxwell方程组,对每个子问题进行电磁建模;根据各子问题的特点,选择最恰当的电磁计算方法进行求解,最终得到系统的响应。可见,电磁拓扑理论作为一种预先分析的方法论,不同于传统电磁计算方法,是对电磁计算方法进行统筹、安排的,处于指导地位。而对于强电磁脉冲对电子系统的耦合问题,时域积分方程不失为一种优选的方法,可实现与电磁拓扑的良好结合[9]。

4 结语

对电磁脉冲信号的传播特性开展研究,以及对电磁脉冲信号耦合进入敏感系统的途径进行分析,是掌握电磁干扰特性并进而提出电磁兼容设计方案的基础,以及掌握电磁毁伤机理进而提出电磁防护方法的基础,有助于准确评估电磁环境的复杂程度,提出应对复杂电磁环境的策略。

本文研究的问题为复杂电子系统与电波传播提供了一种方法论,预先对问题进行分析和分解,使得复杂电磁计算问题由难变易,对于解决实际问题具有技术指导作用。

参考文献

[1]代健,苏东林,赵小莹.基于FDTD的雷电脉冲对飞机介质舱体内干扰作用的研究[J].电子与信息学报,2009,31(9):2093-2098.

[2]赵海洲,李烟.高功率微波脉冲对微带电路的影响[J].现代电子技术,2009,32(17):33-36.

[3]宋开宏,张庆华,吴先良.提高电场积分方程求解精度的有效方法[J].系统工程与电子技术,2009,31(11):2553-2555.

[4]BAUM C E.How to think about EMP interaction[C]//Proc.1974 Spring FULMEN Meeting.KAFB:Air ForceWeapons Laboratory,1974:1268-1273.

[5]TESCHE Frederick M.Topological concepts for internalEMP interaction[J].IEEE Transactions ElectromagneticCompatibility,1978,20(1):60-64.

[6]李圭源,张厚,吴宏超,等.基于电磁拓扑理论的系统间电磁兼容分析[J].无线电工程,2009,39(7):44-46.

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[8]程广利,张明敏,刘成元.Helmholtz表面积分方程中奇异性解决方法研究[J].系统仿真学报,2009,21(5):1286-1288.

[9]田广锟,黄卡玛.高功率电磁脉冲作用下MESFET热效应的时间尺度统一算法[J].计算物理,2009,26(1):107-113.

[10]石立华,郭曜华,郭东义,等.电磁脉冲传导干扰环境与抗扰度测试系统[J].电波科学学报,2009,24(3):562-565.

[11]NODA T,NUMERICAL A.Simulation of transient elec-tromagnetic fields for obtaining the step response of atransmission tower using the FDTD method[J].IEEETrans.on Power Delivery,2008,23(2):1262-1263.

电磁问题篇2

1、进一步熟悉和掌握力学部分的知识及电磁感应现象的本质，过程与方法

教学目标

2、能用动力学观点和能量观点解决中等和稍难的电磁感应与力学综合的题目。

3、能够快速抓住题目中的信息，进一步强化文字向图形、图像的转化能力，强调画图习惯。教学重点通过做过的习题归纳出解决电磁感应中的力学问题的一般方法；教学难点解题方法的归纳及的应图像的应用。教学教程

情境引入

典型例题分析

教师活动【组织学生看视频】

【提问】将两块一样的磁铁从同样高度由静止释放，其中一个通过一个有机玻璃管，另一块磁铁通过缠有线圈的有机玻璃管，忽略空气阻力，哪块磁铁下落的快?

【提问】从能量转化与守恒的角度能解释吗？

引导学生审题快速抓住文字性条件

【总结板书】

【组织学生改错】

学生活动设计意图

培养学生观察能力

提高学生将物理情

1、学生观看视频景转化为

2、对自己的判断画受力分析图进行说明图形的能观察实际情景的慢动作，验证学生的分析。力。培养学生画图习从各力做功角度分析惯第一种情况：只有动能和势能之间转化，机械能守恒

第二种情况：机械能和电能之间的转化。

例

1、如图17所示，光滑平行的水平金属导轨MN、PQ相让学生知距d,在M点和P点间接一个阻值为R的电阻，在两导轨间道在电磁OO1O1′O′矩形区域内有垂直导轨平面竖直向下、宽为l的匀感应中的强磁场，磁感应强度大小为B.一质量为m，电阻为r的导体能量转化棒ab，垂直搁在导轨上，与磁场左边界相距l0.现用一大小与守恒为F、水平向右的恒力拉ab棒，使它由静止开始运动，棒 ab在离开磁场前已经做匀速直线运动(棒ab与导轨始终保持良好的接触，导轨电阻不计)．求：从简单情(1)棒ab在离开磁场右边界时的速度；景入手，让(2)棒ab通过磁场区域的过程中整个回路所消耗的电能；学生重温(3)棒ab通过磁场区域的过程中通过电阻R的电荷量．基本电学量、力学量等基本物理量的计算。

【展示解题过程】

根据自己的问题红笔改错

探究展示

【总结解题思路】板书

肯定做的好的地方及时表扬同时指出不足。

【组织学生改错】

练

1、如图所示中MN和PQ为竖直方向的两平行长直金属导轨，间距为L=0.4m，电阻不计，导轨所在平面与磁感应强度为B=0.50T的匀强磁场垂

直，质量为m=6.0×10Kg，电阻为R=1.0Ω的金属杆ab始终垂直于导轨，并与其保持光滑接触，导轨两端分别接有滑动变阻器R2和阻值为

R1=3.0Ω的电阻R1，当杆ab达到稳定状态时以速度v匀速下滑，整个电路消耗的电功率为P=0.27W，g=10m/s2，试求：

⑴当ab作匀速运动时通过ab的电流大小 ⑵当ab作匀速运动时的速度大小

⑶当ab作匀速运动时滑动变阻器接入电路的阻值

【学生思考，个别回答问题】

不同学生对第二问展示不同的解法，每个找到适合学生找到适合自己的方法

根据自己的问题红笔改错

能力提升：如图(甲)为一研究电磁感应的装置，其中电流传感器(相当于一只理想的电流表)能将各时刻的电流数据实时送到计算机，经计算机处理后在屏幕上显示出I-t图象。已知电阻R及杆的电阻r均为0.5Ω，杆的质量m及悬挂物的质量M均为0.1kg，杆长L=1m。实验时，先断开K，取下细线调节轨道倾角，使杆恰好能沿轨道匀速下滑。然后固定轨道，闭合K，在导轨区域加一垂直轨道平面向下的匀强磁场，让杆在物M的牵引下从图示位置由静止开始释放，此时计算机屏幕上显示出如图(乙)所示的 I-t图象(设杆在整个运动过程中与轨道垂直，且细线始终沿与轨道平行的方向拉杆，导轨的电阻忽略不计，细线与滑轮间的摩擦忽略

不计，g=l0m/s)。试求：

(1)匀强磁场的磁感应强度B的大小；

在变速运动时，求电量时要用电流的平均值，求焦耳热用能量思想。

学生应用所学方法进行解题，进一步理解功能关系，巩固所学知识。

提高审题能力，图像及综合应用能力

探究展示

备用反馈

(2)0～0.4s内通过R的电量；(3)0～0.4s内R上产生的焦耳热。

认真审题，抓住题目中的文字信息和图像信息，快速求解。学生展示，并用红笔改正自己的错误。

提高应用综合能力

巩固方法

学生图像应用

知识

课堂小结本节课你有哪些收获了？

板书电学分析力学分析课后反思

电磁感应中的力电综合问题

授课人：胡焕平

电磁辐射污染防治问题研究篇3

【关键词】电磁辐射协调机制；电磁环境

1.电磁辐射及电磁辐射污染的概述

电磁辐射（electromagnetic radiation）又称电子烟雾：是由空间共同移送的电能量和磁能量所组成，而该能量是由电荷移动所产生，能量以电磁波的形式通过空间传播的现象。如正在发射讯号的射频天线所发出的移动电荷，便会产生电磁能量。电磁辐射可按其波长、频率排列成若干频率段，形成电磁频谱。电磁“频谱”包括形形色色的电磁辐射，从极低频的电磁辐射至极高频的电磁辐射。频率越高该辐射的量子能量越大，其生物学作用也越强。

电磁辐射主要有两种来源：一类来源于自然，主要是太阳等近地天体活动，雷电、宇宙射线及放射性物质；另一类来源于人类活动，如电视机、微波炉、电热毯、DVD播放机、手机、微波基站、医疗设备、高压输电线路等。对人体危害较大、较广的多是这一类。

2.电磁辐射污染的危害

电磁辐射是由加速运动的电荷所产生的一种能量，大功率的电磁辐射能量可以作为能源利用，但也有可能产生危害，构成环境污染因素。电磁污染包括了各种天然的和人为的电磁波干扰和有害的电磁辐射。电磁辐射主要是指射频电磁辐射，当射频电磁场达到足够强度时，可能造成以下方面的危害：（1）引燃引爆，如可使金属器件之间互相碰撞而打火，引起火药、可燃油类或气体燃烧或爆炸；（2）工业干扰，特别是信号干扰、破坏，这种干扰可直接影响电子设备、仪器仪表的正常工作，使信息失误，控制失灵，对通讯联络造成意外，如使导弹制动系统失灵，造成不堪设想的后果。特别是对于安装有心脏起搏器的人，使用手机将干扰起搏器的正常工作，如美国就曾发生一起因电磁干扰使心脏起搏器失灵而使病人致死的事件；（3）对人体健康带来危害，生物机体在射频电磁场的作用下，可以吸收一定的辐射能量，并因此产生生物效应。这种效应主要表现是热效应。因为，在生物机体中一般均含有极性分子与非极性分子，在电磁场作用下，极性分子重新排列，非极性分子可被磁化。由于射频电磁场方向变化极快，使这种分子重新排列的方向与极化的方向变化速度也很快。变化方向的分子与其周围分子发生剧烈碰撞而产生大量的热能。当射频电磁场的辐射强度被控制在一定范围时，可对人体产生良好的作用，如用理疗机治病；但当它超过一定范围时，则会破坏人体的热平衡，对人体产生危害。

科学证明：电磁辐射对人体危害的程度与电磁波波长有关。按对人体危害程度由大到小排列，依次为微波、超短波、短波、中波、长波，电磁辐射的危害是随着波长的缩短而逐渐加强的。微波对人体作用最强的原因：一方面是由于其频率高，使机体内分子振荡激烈，摩擦作用强，热效应大；另一方面是微波对机体的危害具有积累性，使伤害成为永久性的。微波辐射对人体的影响，最突出的是造成植物神经功能紊乱，并且还会引起眼睛损伤。根据医学方面的知识，眼部无脂肪层覆盖，晶状体含有较多水分，又缺少血管散热，受微波致热效应后，晶状体蛋白质凝固并有酶代谢障碍而造成晶体混浊，严重的导致白内障，更强的微波辐射会使角膜、虹膜、前房同时受到伤害，以致失明。

3.电磁辐射污染的防治一——公众的自我防护渠道

由前文所述，人类已经开始对电磁辐射的危害进行研究和关注，根据电磁波的物理性质，我们可以采用屏蔽的技术手段，为了保证高效率的屏蔽作用，防止屏蔽体成为二次辐射源，屏蔽体必须要良好地连接至地面，还可以利用反射、吸收等减少辐射源的泄漏来加强防护。现在越来越多的公民已经注意个人的防护措施，他们通常用特制的保护物将人体与辐射波隔离开来，还有穿戴如网络里常做广告的防辐射衣、防辐射手套、防辐射眼镜等。

4.电磁辐射污染的防治二——在源头把关，做好电磁辐射的环境影响评价

根据《辐射环境保护管理导则——电磁辐射环境影响评价方法与标准》第 1.3 条规定“电磁辐射环境影响评价是分为初步评价与最终评价的。初步评价应在获得环境保护部门颁发的项目规划建设许可文件（证）后进行。最终评价一般应于项目（或分阶段）竣工验收前进行。”第 1.2 条规定“本导则适用于一切电磁辐射项目的环境影响评价。对于特殊的电磁辐射项目，环境影响报告书的编写可以与本导则不同，但应加以说明。”可见国家对电磁辐射项目是有法律的规定，但并没有规定哪些电磁辐射项目是特殊的电磁辐射项目，环境影响报告书中的哪些内容可以特殊编写。现实中有许多各种各样的电磁辐射项目，比如输变电工程、变电站、火力发电厂、广电发射塔的设立与搬迁等项目。这些项目都有其不同和特殊性、该如何做好各项的环境影响评价，实属不易，因为没有一个可操作性、放之四海而皆准的法律规定。如今就是现有的法律也很难被执行、实施，比如2004 年的北京西上六电磁辐射听证案，该案就是因为工程在开工之前，并未进行环境影响评价，造成后果，导致居民不满而投诉。笔者认为，电磁辐射环境影响评价首先应该把环境影响评价的一般性规定如公众参与、信息公开等执行、实施好是最为关键的一步，然后再根据各种电磁辐射项目的特点将环境影响评价实行好。比如辐射源工程，其电磁辐射环评分为几个阶段进行：即在可行性研究阶段进行初步环评，侧重提出污染防治措施；在初设阶段进行进一步环评，重点确定拆迁数量和补偿方式；在验收阶段则要着重检查环境保护措施的落实情况，并提出保护环境的建议。

5.电磁辐射污染的防治三——在终端做保障，健全监督机制

除了要在项目的源头把好环境影响评价这一关外，还需在项目的过程终端做好监督工作，根据《电磁辐射环境保护管理办法》来健全电磁辐射的监督机制。

（1）《电磁辐射环境保护管理办法》第 3 条规定：“县级以上人民政府环境保护行政主管部门对本辖区电磁辐射环境保护工作实施统一监督管理。”第 4 条规定：“从事电磁辐射活动的单位主管部门负责本系统、本行业电磁辐射环境保护工作的监督管理工作。”由此可见，监督主体多元，而监督效果寡存，所以从实践效果来看，缺失信息沟通和协商机制，电磁辐射防治效果并不理想。

笔者认为，应该明确监督主体，不能笼统规定为县级以上人民政府环境保护行政主管部门，因为上级领导的辖区是要大于下级领导的辖区，势必会造成一个辖区有两个领导来监督管理，最终监督效果因冲突而偏低，应该要协调部门及上下级领导的工作关系，建立信息沟通和协商机制。

（2）伴随着磁悬浮交通行业和超高压输电行业的迅猛发展，区域间的电磁辐射项目日益增多，迫切需要对跨区域的电磁辐射项目进行监督。不管从国家立法层面还是地方立法层面看，现行立法中都欠缺着区域间的信息沟通和协商机制。区域间协调机制欠缺，跨域电磁辐射污染监督不力，这势必会导致跨域的电磁辐射项目处于事实上的监督悬浮状态。笔者认为，区域间协调机制有必要建立，如此跨域电磁辐射污染监督才能得到实行、得到保障。

6.结语

电磁辐射无时不刻都存在着，需要我们做好电磁辐射的防护保障措施，普及电磁辐射的物理知识及法律保护知识，使公众了解不同微波辐射环境的特点，避免对电磁辐射产生不必要的恐惧心理，从而可以科学地应用电磁辐射，使它创造更多的社会与经济效益。

【参考文献】

电磁感应图象问题篇4

电磁感应图象问题, 是近几年高考命题的一个热点.解答这类问题常需利用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决.常见的题型有以下几种:

一、已知过程选择图象

例1 如图1所示, A是一边长为L的正方形线框, 其电阻为R.现维持线框以恒定速度 v 沿 x 轴运动, 并穿过图中所示的匀强磁场区域B.如果以 x 轴的正方向作为力的正方向, 线框在图示位置的时候作为时间的零点, 则磁场对线框的作用力F随时间变化的图线应为图2中哪一个 ( )

解析:在 $0 \sim \frac{L}{v}$ 时间内, 线框未进入磁场, 线框中没有感应电流, 磁场对线框没有作用力, 即F=0.

在 $\frac{L}{v} \sim \frac{2 L}{v}$ 时间内, 线框右边导线切割磁感线, 产生感应电动势, 线框中有感应电流, 其方向沿逆时针方向, 受到的安培力大小不变, 方向水平向左, 与正方向相反, 为负值.故 (A) 、 (C) 都不对.

在 $\frac{2 L}{v} \sim \frac{4 L}{v}$ 时间内, 线框中无感应电流产生, 磁场对线框没有作用力, F=0.

在 $\frac{4 L}{v} \sim \frac{5 L}{v}$ 时间内, 线框左边导线切割磁感线, 产生感应电动势, 线框中有感应电流, 其方向为顺时针方向, 受到的安培力大小不变, 方向水平向左, 为负值.故 (B) 对 (D) 错.

综上所述, 选 (B) .

二、已知图象分析过程

例2 一匀强磁场, 磁场的方向垂直纸面, 规定向里的方向为正.在磁场中有一细金属圆环, 所在平面位于纸面内, 如图3甲所示.现令磁感应强度B随时间 t 变化, 先按图3乙中所示的 oa 图线变化, 后来又按图线 bc 和 cd 变化.令E1、E2、E3分别表示这三段变化过程中感应电动势的大小, I1、I2、I3分别表示对应的感应电流, 则 ( )

(A) E1>E2, I1沿逆时针方向, I2沿顺时针方向

(B) E1<E2, I1沿逆时针方向, I2沿顺时针方向

(D) E2=E3, I2沿顺时针方向, I3沿逆时针方向

解析:由图线 oa 段B大于零且随时间均匀增加知该段时间内B的方向指向纸里增强, 且 $\frac{Δ B}{Δ t} =$ 恒量.由楞次定律知感应电流I的方向为逆时针方向, 由法拉第电磁感应定律知

$E_{1} = \frac{Δ φ}{Δ t} = \frac{Δ B}{4} \cdot S .$

对 bc 段, B大于零, 即方向向里且逐渐减小, 由楞次定律知感应电流I2的方向为顺时针, 由法拉第电磁感应定律有 $E_{2} = \frac{Δ φ}{Δ t} = \frac{Δ B}{1} \cdot S$ .式中ΔB与E1中ΔB相同, 故E2=4E1, 即E1<E2;

对 cd 段, B为负, 方向向外, 且逐渐增强, 由楞次定律得该段感应电流I2的方向为顺时针, 由于 cd 段与 bc 段斜率相同, 故 $\frac{Δ B}{Δ t}$ 相同, 由法拉第电磁感应定律得 $E_{3} = \frac{Δ φ}{Δ t} = \frac{Δ B}{1} \cdot S$ ,

即E3=E2.综上所述选 (B) 、 (D) .

三、已知过程画出图象

例3 如图4所示, 边长为 l, 具有质量的刚性正方形导线框 abcd 位于光滑水平面上, 线框总电阻为R, 虚线表示一匀强磁场区域的边界, 宽为S (S>l) , 磁感应强度为B, 方向竖直向下, 线框以初速度 v 沿光滑的水平面进入磁场, 已知 ab 边刚进入磁场时通过导线框的电流为I0.试在I—x 坐标上定性画出此后流过导线框的电流I随坐标位置 x 变化的图象.

解析:本题要分三种情况讨论:

(1) 线框还没有完全进入 (或恰好能完全进入) 磁场时, 速度就减小为0.此过程 v↓→E↓→I↓→F↓→a↓, 可见 v 减小得越来越慢→E减小得越来越慢→I减小得也越来越慢→图线的斜率越来越小, 最后 v 为0, I为0, 对应的图象如图5甲所示.

(2) 线框不能完全通过 (或恰能完全通过) 磁场时, 速度就减小为0.在0→l 段, 电流的变化情况同 (1) 类似, 只是在 l 处, 电流由某一数值I1突变为0;在 l→S段, 线框做匀速运动, 无感应电流;在S点以后, 线框做减速运动, 直至 v 为0, I也为0, 此过程的电流变化规律与 (1) 相似, 只是方向相反, 大小由-I1逐渐变为0.对应的图象如图5乙所示.

(3) 线框能完全通过磁场, 且速度不为0, 在0→S段, 电流的变化情况和图线 (2) 类似;在S→S+l 段, 电流变化情况同 (2) 中的S以后段类似, 只是在S+l 处, 电流由某一数值-I2突变为0;此后线框匀速运动, 无感应电流.对应的图象如图5丙所示.

四、已知图象求过程量

例4 如图6甲所示, 一端封闭的两条平行光滑导轨相距L, 距左端L处的中间一段被弯成半径为H的1/4圆弧, 导轨左右两段处于高度相差H的水平面上, 圆弧导轨所在区域无磁场, 右段区域存在匀强磁场B0, 左端区域存在均匀分布但随时间线性变化的磁场B (t) , 如图6 (乙) 所示, 两磁场方向均竖直向上.在圆弧顶端, 放置一质量为 m 金属棒 ab, 与导轨左段形成闭合回路, 从金属棒下滑开始计时, 经过时间 t0 滑到圆弧底端.设金属棒在回路中的电阻为R, 导轨电阻不计, 重力加速度为 g.

(1) 求0到 t0 时间内, 回路中感应电流产生的焦耳热量.

(2) 探讨在金属棒滑到圆弧底端进入匀强磁场B0的一瞬间, 回路中感应电流的大小和方向.

解析: (1) 0～t0时间内, 设回路中感应电动势大小为E0, 感应电流为I, 感应电流产生的焦耳热量为Q.因为金属棒滑到圆弧任意位置时, 回路中磁通量的变化率相同.由法拉第电磁感应定律:

$E_{0} = \frac{Δ φ}{Δ t} = L^{2} \frac{B_{0}}{t_{0}} ‚ ①$

根据闭合电路的欧姆定律:

$Ι = \frac{E_{0}}{R} ‚ ②$

由焦耳定律及①、②有

$Q = Ι^{2} R t_{0} = \frac{L^{4} B_{0}^{2}}{t_{0} R} .$

(2) 设金属棒进入磁场B0瞬间的速度为 v, 金属棒在圆弧区域下滑的过程中, 机械能守恒:

$m g Η = \frac{1}{2} m v^{2} . ③$

由图6 (乙) 知: $B (t) = 2 B_{0} - \frac{B_{0}}{t_{0}} t$ , 在金属棒进入匀强磁场B0的很短时间Δt 内, 金属棒位移Δx, 此时回路感应电动势为E.

根据法拉第电磁感应定律知:

$\begin{array}{l} E = \frac{Δ φ}{Δ t} ‚ \frac{Δ x}{Δ t} = v ‚ \\ Δ φ = B_{0} L Δ x + L^{2} Δ B (t) . ④ \end{array}$

由闭合电路欧姆定律及③、④, 求得感应电流:

$Ι = \frac{B_{0} L}{R} (\sqrt{2 g Η} - \frac{L}{t_{0}}) . ⑤$

根据⑤讨论:

ⅰ.当 $\sqrt{2 g Η} = \frac{L}{t_{0}}$ 时, I=0;

ⅱ.当 $\sqrt{2 g Η} ＞ \frac{L}{t_{0}}$ 时, $Ι = \frac{B_{0} L}{R} (\sqrt{2 g Η} - \frac{L}{t_{0}})$ , 方向为 b→a;

ⅲ.当 $\sqrt{2 g Η} ＜ \frac{L}{t_{0}}$ 时, $Ι = \frac{B_{0} L}{R} (\frac{L}{t_{0}} - \sqrt{2 g Η})$ , 方向为 a→b.

电磁问题篇5

（一）时间:2010-07-16 12:59来源: 作者: 点击: 73次

1．概述1.1 什么时候需要电磁兼容整改及对策对一个电子、电气产品来说，在设计阶段就应该考虑其电磁兼容性，这样可以将产品在生产阶段出现电磁兼容问题的可能性减少到一个较低的程度。但其是否满足要求，最终要 1．概述

1.1 什么时候需要电磁兼容整改及对策

对一个电子、电气产品来说，在设计阶段就应该考虑其电磁兼容性，这样可以将产品在生产阶段出现电磁兼容问题的可能性减少到一个较低的程度。但其是否满足要求，最终要通过电磁兼容测试检验其电磁兼容标准的符合性。

由于电磁兼容的复杂性，即使对一个电磁兼容设计问题考虑得比较周全得产品，在设计制造过程中，难免出现一些电磁干扰的因素，造成最终电磁兼容测试不合格。在电磁兼容测试中，这种情况还是比较常见的。

当然，对产品定型前的电磁兼容测试不合格的问题，我们完全可以遵循正常的电磁兼容设计思路，按照电磁兼容设计规范法和系统法，针对产品存在的电磁兼容问题重新进行设计。从源头上解决存在的电磁兼容隐患。这属于电磁兼容设计范畴。

而目前国内电子、电气产品比较普遍存在的情况是：产品在进行电磁兼容型式试验时，产品设计已经定型，产品外壳已经开模，PCB板已经设计生产，部件板卡已经加工，甚至产品已经生产出来等着出货放行。

对此类产品存在的电磁兼容问题，只能采取“出现什么问题，解决什么问题”的问题解决法，以对产品的最小改动使其达到电磁兼容要求。这就属于电磁兼容整改对策的范畴，这是我们这次课程需要探讨的问题。1.2 常见的电磁兼容整改措施

对常见的电磁兼容问题，我们通过综合采用以下几个方面的整改措施，一般可以解决大部分的问题：

可以在屏蔽体的装配面处涂导电胶，或者在装配面处加导电衬垫，甚至采用导电金属胶带进行补救。导电衬垫可以是编织的金属丝线、硬度较低易于塑型的软金属(铜、铅等)、包装金属层的橡胶、导电橡胶或者是梳状簧片接触指状物等。

在不影响性能的前提下，适当调整设备电缆走向和排列，做到不同类型的电缆相互隔离。改变普通的小信号或高频信号电缆为带屏蔽的电缆，改变普通的大电流信号或数据传输信号电缆为对称绞线电缆。

加强接地的机械性能，降低接地电阻。同时对于设备整体要有单独的低阻抗接地。在设备电源输入线上加装或串联电源滤波器。

在可能的情况下，对重要器件进行屏蔽、隔离处理，如加装接地良好的金属隔离板或小的屏蔽罩等。

在各器件电源输入端并联小电容，以旁路电源带来的高频干扰。

下面，我们分别就电子、电器产品在传导发射、辐射发射、谐波电流、静电放电、电快速脉冲、浪涌等电磁兼容测试项目试验过程中较常出项的问题及解决方案和补救措施与大家共同探讨。

我们根据各项目的特点，将这些内容分为三大类分别进行讨论：电磁骚扰发射类：传导发射、辐射发射谐波电流类

瞬态脉冲抗扰度类：静电放电、电快速脉冲、浪涌冲击 2．电磁骚扰发射测试常见问题对策及整改措施

对于电磁发射测试对策及整改，我们将在下个专题《电子产品3C认证检测中常见电磁兼容问题与对策》中以AV和IT类产品为例加以详细探讨，在这儿仅进行一些提纲性介绍，不再深入展开探讨。

2.1 电子、电气产品内的主要电磁骚扰源

设备开关电源的开关回路：骚扰源主频几十kHz到百余kHz，高次谐波可延伸到数十MHz。

设备直流电源的整流回路：工频整流噪声频率上限可延伸到数百kHz；高频整流噪声频率上限可延伸到数十MHz。

电动设备直流电机的电刷噪声：噪声频率上限可延伸到数百MHz。电动设备交流电机的运行噪声：高次谐波可延伸到数十MHz。变频调速电路的骚扰发射：骚扰源频率从几十kHz到几十MHz 设备运行状态切换的开关噪声：噪声频率上限可延伸到数百MHz。

智能控制设备的晶振及数字电路电磁骚扰：骚扰源主频几十kHz到几十MHz，高次谐波可延伸到数百MHz。

微波设备的微波泄漏：骚扰源主频数GHz。

电磁感应加热设备的电磁骚扰发射：骚扰源主频几十kHz，高次谐波可延伸到数十MHz。电视电声接收设备的高频调谐回路的本振及其谐波：骚扰源主频数十MHz到数百MHz，高次谐波可延伸到数GHz。

信息技术设备的及各类自动控制设备数字处理电路：骚扰源主频数十MHz到数百MHz，高次谐波可延伸到数GHz。

认证检测中常见的电磁兼容问题与对策

（一）(2)时间:2010-07-16 12:59来源: 作者: 点击: 74次

2.2 骚扰源定位 2.2.1 根据测量曲线定位：依据：超标骚扰频率范围、超标骚扰频域分布、窄带骚扰还是宽带骚扰等根据被测设备工作方式和内部结构定位：有没有使用标准不建议使用的半波整流和对称/非对称电源调整电 2.2 骚扰源定位

2.2.1 根据测量曲线定位：

依据：超标骚扰频率范围、超标骚扰频域分布、窄带骚扰还是宽带骚扰等根据被测设备工作方式和内部结构定位：

有没有使用标准不建议使用的半波整流和对称/非对称电源调整电路？内部结构中电路板布局是否合理？内部电缆走线是否合理？

内部滤波器（滤波电路）安装是否合理？内部电路接地和搭接方式是否合理？机箱屏蔽是否满足对应产品的需求？ 2.2.2 根据被测设备组成和功能定位：设备内部有否二次电源，其工作方式？设备内是否有驱动电机，电机类型？设备内是否有变频调速电路？

设备内是否有数码控制或智能控制电路？是否使用晶振？设备内是否存在程控的继电器或开关电路？设备正常工作是否利用电磁波或微波？设备内是否存在工作中的无线收发电路？ 2.2.3 根据功能模块工作情况进行故障定位：

若设备的各个模块可以暂停和恢复工作，可以通过逐个暂停这些模块的工作来判断骚扰来源。

若模块不可以独立暂停和恢复工作，可以通过与设备其它功能模块一起组合进行暂停和恢复工作，从而判断骚扰的大概来源。

若模块不可以独立暂停和恢复工作，可以通过与其它设备的合格功能模块一起组合进行暂停和恢复工作，从而判断骚扰的大概来源。对怀疑骚扰超标的模块，可以用置换的方式来进行骚扰判定。2.3 电子、电气产品连续传导发射超标问题及对策

家电类产品连续传导骚扰标称测量频率范围148.5kHz-30MHz（实际为150kHz-30MHz）。测量分别在电源端子及负载端子和附加端子上进行。连续传导骚扰的主要来源：

开关电源的开关频率及谐波骚扰、电源整流回路的整流噪声、交流电机的运行噪声、直流电机的电刷噪声、电磁感应加热设备的电磁骚扰、智能控制设备的晶振及数字电路电磁骚扰等当我们通过骚扰定位方式找到超标点的骚扰来源后，即可采用相对应的骚扰抑制措施。（针对故障定位及传导骚扰来源分别展开说明）

对一般的电源端连续传导骚扰可以通过以下的电路加以抑制：

图1：交流电源滤波网络

对于负载端子和附加端子的传导骚扰可以通过以下的电路加以抑制

图2：直流输出滤波网络

无论是对电源端子、负载端子和附加端子采取抑制措施，若使用独立的滤波器时，需注意其安装方式。

图3：滤波器的安装方法

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（一）(3)时间:2010-07-16 12:59来源: 作者: 点击: 75次

2.5 电子、电气产品辐射骚扰超标问题及对策电子、电气产品辐射骚扰场强测量频率范围30MHz-1000MHz。测量一般在开阔场或半电波暗室中进行。辐射骚扰的主要骚扰来源：开关电源的开关频率及谐波骚扰交流电机的运 2.5 电子、电气产品辐射骚扰超标问题及对策

电子、电气产品辐射骚扰场强测量频率范围30MHz-1000MHz。测量一般在开阔场或半电波暗室中进行。辐射骚扰的主要骚扰来源：开关电源的开关频率及谐波骚扰

交流电机的运行噪声、直流电机的电刷噪声电磁感应设备的电磁骚扰

智能控制设备的晶振及数字电路电磁骚扰等

当我们通过骚扰定位方式找到辐射骚扰超标点的骚扰源后，即可采用相对应的骚扰源抑制措施。（针对故障定位及骚扰来源分别展开说明）

一般来说，首先抑制骚扰源，这可以通过优化电路设计、电路结构和排版，加强滤波和正确的接地来达到。

其次是要切断耦合途径，这可以通过正确的机壳屏蔽和传输线滤波达到。3．谐波电流测试常见问题对策及整改措施

对于由交流市电供电的电子、电气产品，谐波电流是一个很重要的电磁兼容测量项目。在低压市电网络使用的电子电气设备，其供电电压是正弦波，但其电流波形未必是正弦波，可能有或多或少的畸变。大量的此类设备应用，会造成电网电压波形畸变，使电网电能质量下降。

图4：高压整流电路及对应的畸变电流波形

一个周期函数可以分解为傅立叶级数，表示为多级正弦函数的和式，即可把周期信号当作是正弦函数的基波与高次谐波的合成。

所以，我们可以将设备的畸变电流波形分解为基波和高次谐波，通过特定的仪器测量高次谐波含量，就可以分析出设备电流波形畸变的程度。这些高次谐波电流分量我们简称为谐波电流。

图6：畸变电流波形的傅立叶展开示意图

当电网中存在过量的谐波电流，不仅会使发电机的效率降低，严重时还会造成发电机和电网设备的损坏，同时还会影响电网用户设备的正常工作，比如计算机运算出错，电视机画面翻滚。

正是出于保护共用电网电能质量，保障电网和用户设备的正常进行，IEC提出了谐波电流限值标准。

谐波电流测试不适用于由非市电的低压交、直流和电池供电的电子、电气产品。3.1测量标准介绍

下面以GB17625.1标准为例，对谐波电流的测量作一个简要介绍。

标准名称：GB17625.1-2003 idt IEC61000-3-2:2001 《电磁兼容限值谐波电流发射限值（设备每相输入电流≤16A）》

GB17625.1-2003是众多电子电器产品认证检验的一个重要依据标准。该标准测量和限制的就是由低压市电供电的电子、电气产品（设备每相输入电流≤16A）在使用时其供电电流波形畸变的程度。

GB17625.1-2003标准是通过限制设备电流的高次谐波分量的大小来限制设备电流波形的畸变的。GB17625.1考虑到第40次谐波电流含量。3.1.1标准的适用范围

该标准只对接入频率为50Hz/60Hz、相电压为220V/230V/240V的低压供电系统且每相输入电流不大于16A的设备提出谐波电流限值要求。

该标准是一个通用电磁兼容标准。适合于本标准的产品类别较多，如家用电器、电动工具、电气照明设备、信息技术设备、影音设备等等。3.1.2设备的分类

分类是按照谐波电流限值不同而进行的。A 类：平衡的三相设备;家用电器，不包括列入D 类的设备；工具，不包括便携式工具；白炽灯调光器；音频设备；

以及除以下几类设备外的所有其他设备。

B 类：便携式工具；不属于专用设备的电弧焊设备 C 类：照明设备

D 类：有功功率不大于600W 下列设备：个人计算机和个人计算机显示器；电视接收机。B 类、C 类和D 类设备定义比较简单，A 类的区分比较复杂。(认证检测中常见的电磁兼容问题与对策

（一）(4)时间:2010-07-16 12:59来源: 作者: 点击: 76次

3.1.3谐波电流限值下列类型设备的限值在该标准中未作规定：额定功率75W 及以下的设备，照明设备除外（将来该值可能从75W 减小到50W）；总额定功率大于1kW 的专用设备；额定功率不大于200W 的对称控制加热元件；

3.1.3谐波电流限值

下列类型设备的限值在该标准中未作规定：

额定功率75W 及以下的设备，照明设备除外（将来该值可能从75W 减小到50W）；总额定功率大于1kW 的专用设备；

额定功率不大于200W 的对称控制加热元件；额定功率不大于1kW 的白炽灯独立调光器。

（通常有生产厂家利用此条的限制项来达到免于进行谐波电流限制的目的）

3.1.3.1 A类设备的谐波电流限值

A类设备的谐波电流限值见标准相应表格，限值是有效值，单位为安培。该限值是固定值，与产品的功率和基波电流大小不相关。3.1.3.2 B类设备的谐波电流限值

B类设备的谐波电流限值是A类设备的限值的1.5倍。3.1.3.3 C类设备的谐波电流限值

a）有功输入功率大于25W

对于有功输入功率大于25W的照明电器，谐波电流不应超过C类设备的相关限值。该限值与产品基波电流大小不相关。b）有功输入功率不大于25W

对于有功功率不大于25W的放电灯，标准规定了其特定的合格判定条件。3.1.3.4 D类设备的谐波电流限值

a）只限制奇次谐波电流。

b）奇次谐波电流不仅要符合最大允许谐波电流，还要符合“每瓦功率允许的最大谐波电流”。

可以说对D类设备的要求是比较严格的，而实际情况却是D类设备的谐波电流往往比较大。

该规定是考虑到D类设备应用非常广泛，又经常是连续运转，客观上又经常同时使用。如此多的D类设备同时工作，它们产生的谐波电流在合成（矢量合成）后对电网电能质量的影响将是不能不考虑的。3.1.4谐波电流测量仪器

谐波测量设备一般由两部分组成：精密电源单元与测量仪表单元。要求电源部分能向被测设备提供良好波形的电压源、负载能力和平坦的阻抗特性。

标准规定测量仪表单元必须是离散付氏变换（FFT）的时域测量仪器，能够连续、准确地同时测量全部各次谐波所涉及的幅值、相位角等需要量。

目前实验室多采用以FFT为频谱分析原理的谐波测量仪。测量仪的前级为采样电路、模-数变化器，后级是FFT分析仪（可以利用PC机实现）。3.1.5试验条件

标准中规定了部分类型设备谐波电流的试验条件。

对于没有提到的设备，发射测量应在用户操作控制下或自动程序设定在正常工作状态下，预计产生最大总谐波电流（THC）的模式进行。

这是规定了发射试验时设备的配置，而不是要求测量THC值或寻找最恶劣状态下的发射。3.2 谐波电流发射的基本对策

解决谐波发射超标问题的基本办法是在原来的电源电路中增加功率因数校正（PFC）电路。或改变已有的PFC电路，使其满足测试标准要求。功率因数校正一般分为两种类型，即主动式和被动式。

当然对于中小功率的电子、电器设备，尽可能将其消耗的有功功率降低到75W以下，也不失为一种有效的方法。因为标准没有对75W及以下的设备给出限值（照明设备除外）。对于一些专用的或特殊用途的设备，使其满足标准限值中免于限制条款，也是可行的。3.2.1主动式功率因数校正

主动式功率因数校正电路可以最大限度的提高功率因数，使其接近于1，这是目前较为理想的谐波电流解决方案。

这样的开关电源电路必须使用二级开关电路控制，其中一级开关电路用来控制电流谐波，另外一级开关电路用作电压调整。

该方案电路比较复杂，对电路元件要求高，增加的改进成本较高，而且对原来电源电路的设计概念必须作彻底的更新。

使用中还应该注意到，设备注入电源的射频传导骚扰可能因此而增加，这时必须再根据需要增加抑制电源传导骚扰的元件。显然，因为技术的原因，该方案一般不能应用在采用线形电源变压器供电的设备上。

由于该方案对电路改动太大，一般少在谐波电流测试不通过时作为整改对策使用。

3.2.2被动式功率因数校正

目前消费类电子、电气产品所采用的开关电源电路多是开关频率比较低、电路结构简单、成本较低的那种形式，其谐波电流发射超过限值的问题也较普遍。在这种情况下，成本控制可能是主要的考虑。

采用低频滤波电路可以降低谐波成份到标准限值以下，这种措施属于被动式功率因数校正。这种方案适合于中小功率设备。

因为需要滤除的是工频谐波，对功率较大的设备，滤波器的重量和成本可能会超过设备电源本身。

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（一）(5)时间:2010-07-16 12:59来源: 作者: 点击: 77次

3.2.3其它解决措施对那些设备整体呈感性或容性的电子、电气设备（如电动设备等），在正常工作时，其电流波形的峰值出现时间可能会滞后或超前电压波形的峰值，造成产品的功率因素的下降。对此类设备较常采用的方式

3.2.3其它解决措施

对那些设备整体呈感性或容性的电子、电气设备（如电动设备等），在正常工作时，其电流波形的峰值出现时间可能会滞后或超前电压波形的峰值，造成产品的功率因素的下降。

对此类设备较常采用的方式是对应的容性或感性补偿，使补偿后的电流波形的峰值出现时间与电压波形的峰值出现时间保持同步。

此类补偿需注意，不要出现过补偿，否则，效果适得其反。此类补偿方式多用于电力系统的功率因素补偿，一般的电子、电气设备上较少采用。因为，一般的电子、电气设备的谐波问题主要表现为波形畸变，而不仅是电流波形相位滞后、超前的问题，这种补偿方式效果不明显。

下面首先介绍两种被动式功率因数校正电路，然后再介绍主动式功率因数校正电路。

对一般用电设备来说，这两种被动式功率因数校正电路所增加的元件成本均比较低，体积也不大，一般是可以接受的。

采用主动式功率因数校正电路的比被动式成本略高,但校正效果会比被动式好的多。

对有些采用其它方案不能凑效的产品，主动式功率因数校正电路可能是最后唯一的选择。当然，有些产品为提高产品质量和档次，也会主动采用主动式功率因数校正电路。

3.3 利用电感储能电流泵式解决方案

该方案适用于直接利用高压整流方式来供电的产品。电路如图7所示。这个电路仅仅由一个扼流圈L1、一个快速开关二极管D1和一个耐冲击电容C组成。用这三只元件构成一个电流泵电路，取代原来开关电源里的由二极管和RC网络组成的限幅缓冲电路。扼流圈的电感L1大概是开关变压器的主电感L的4倍。耦合电容C应该能够耐高压和冲击，它的容量是10到30nF。对应开关电源的功率从75W到300W的范围。C1电容应该大到足够满足最大的谐波电流限值，二极管选用快恢复特性功率二极管。

此电路结合主动功率因数校正的原理，利用电感储能延长整流导通的时间，从而有效减少了输入的谐波电流幅度。应用此电路时，应注意调整开关变压器和开关晶体管的参数，否则易损坏开关晶体管。

此电路宜应用在电源开关频率较高，开关晶体管导通电流大，内阻很小的电源电路中。

图7：电流泵式被动功率因数校正电路

3.4 低频谐波电流抑制滤波解决方案

电路如图8所示。该方案适用于直接利用高压整流方式来供电的产品。这个电路仅仅由一个低频扼流圈组成，插入整流桥和滤波电容之间。其工作原理非常简单，低频扼流圈的电感和整流电容以及低频扼流圈的分布电容共同组成一个低频谐波电流滤波器。

图8：低频滤波器被动功率因数校正电路

电路参数要设计成对50Hz 的基波成份衰减很小，对三次以上谐波成份衰减很大，尤其是第三次谐波（150Hz）的衰减最大。低频谐波电流抑制滤波器在电源整流之后或者之前的某些点插入电流回路，就可以起到抑制谐波电流的目的。可以解决300W 以下产品的谐波电流问题，并且不需要电路其它参数作任何改变，也不会降低原电源电路的其它性能。其缺点是体积较大，重量约100-200 克。

3.5 主动PFC解决方案

该方案是在主电源上串联另一个电源变换器，它强迫电源紧密跟随正弦型线电压获取电流。图9为其原理示意图。该方案适用于直接利用高压整流方式来供电的产品。

图9：主动式PFC原理示意图

工频交流经过整流器整流后变成波动的直流，该波动直流提供给PFC 转换电路进行转换。对一般普通的开关电源来说，由于PFC 控制电路相当于在原开关电源的整流和滤波回路之间增加了一级开关回路。

一方面增加了电路的复杂程度，可能需要对原系统的电源部分重新设计和排版；

另一方面，由于相当于增加了一级开关转换电路，电源产生的射频骚扰必然有所增加甚至超标，这时可能需要采取一些措施使其重新符合相关标准的要求。

3.6 谐波问题的其它对策

以上三种谐波电流问题解决方案主要适用于直接利用高压整流方式来供电的产品。因为此类产品谐波电流非常大，若不采取相应对策，则难以满足谐波标准要求。

对通过工频变压器供电的产品和直接使用交流电源而不通过电源变换电路二次供电的家电产品，一般情况下谐波电流不大，且其波电流限值比较宽松，即使不采取谐波电流抑制措施，其谐波电流测试合格率还是非常高的。但我们依然需要注意以下几个方面的内容。

对那些非高压整流方式来供电的家电产品，低次谐波电流限值比较宽松，合格是比较容易的，此时，应注意的是20 次以上的高次谐波电流容易出现问题。

对此类的高次谐波超标问题，一般在电源回路中增加适当的高次谐波滤波电感（高频扼流圈）即可解决问题。

巧用类比法解决一类电磁感应问题篇6

关键词：类比安培力加速度速度

例1：将一个小球以某一初速度竖直上抛，空气阻力与速度大小成正比，且始终小于小球的重力。从抛出到落回抛出点的全过程中，下列判断正确的是（）

A.小球的加速度方向不变，大小先减小后增大

B.上升到最高点时，小球的速度为零，加速度也为零

C.上升经历的时间一定小于下降经历的时间

D.物体上升过程经过某一点和下落过程经过同一点时的速度大小相等，加速度大小也相等

答案【C】

分析：上升階段：受重力和阻力，合力向下，根据牛顿第二定律：f+mg=ma，f=kv即：

《电磁感应》中的能量问题篇7

一、从能量守恒角度看楞次定律

产生电磁感应现象的根本原因是磁通量发生变化, 而引起磁通量变化的原因主要有:磁场变化、线圈变化、相对运动等。“阻碍”的作用是把其他形式的能量 (或其他电路的电能) 转化 (或转移) 为感应电流所在回路的电能, 在这个过程中, 能量是守恒的。因此, 楞次定律的实质, 正是能量转化与守恒定律在电磁感应现象中的体现, 而这种能量的转化与守恒关系是通过“阻碍”作用具体体现出来的。

1. 磁场变化所引起的电磁感应现象

磁场变化会在空间激发感生电场, 感生电场对自由电荷做功, 把磁场能转化为电场能。

例1:两圆环A、B置于同一水平面上, 其中A为均匀带电绝缘环, B为导体环, 当A以如图所示的方向绕中心转动的角速度发生变化时, B中产生如图所示方向的感应电流, 则 (BC) 。

A.A可能带正电且转速减小

B.A可能带正电且转速增大

C.A可能带负电且转速减小

D.A可能带负电且转速增大

例2:如图所示, ab是一个可绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形线框, 当滑动变阻器的滑片P自左向右滑动时, 从纸外向纸内看, 线框ab将 (C) 。

A.保持静止不动

B.逆时针转动

C.顺时针转动

D.发生转动, 但因电源极性不明, 无法确定转动方向

2. 相对运动所引起的电磁感应现象

楞次定律的另一种表述:“电磁感应所产生的效果总是阻碍引起感应电流的导体 (或磁体) 间的相对运动。”

即引起感应电流的导体 (或磁体) 靠近或远离的过程中都要克服电磁力做功, 外力克服电磁力做功的过程就是把其他形式的能量转化为电能的过程。由此就可判断电磁感应中导体间相对运动的方向。

例3:如图所示, 在一蹄形磁铁两极之间放一个矩形线框abcd。磁铁和线框都可以绕竖直轴OO′自由转动。若使蹄形磁铁以某角速度转动时, 线框将是 (B) 。

A.静止

B.随磁铁同方向转动

C.沿与磁铁相反方向转动

D.要由磁铁具体转动方向来决定

练习1:如图所示, 两个相同的铝环套在一根光滑杆上, 将一条形磁铁向左插入铝环的过程中两环的运动情况是 (C) 。

A.同时向左运动, 间距增大

B.同时向左运动, 间距不变

C.同时向左运动, 间距变小

D.同时向右运动, 间距增大

练习2:如图所示, 竖直面内的虚线上方是一匀强磁场B, 从虚线下方竖直上抛一正方形线圈, 线圈越过虚线进入磁场, 最后又落回到原处, 运动过程中线圈平面保持在竖直面内, 不计空气阻力, 则 (AC) 。

A.上升过程克服磁场力做的功大于下降过程克服磁场力做的功

B.上升过程克服磁场力做的功等于下降过程克服磁场力做的功

C.上升过程克服重力做功的平均功率大于下降过程中重力的平均功率

D.上升过程克服重力做功的平均功率等于下降过程中重力的平均功率

二、从能量守恒角度看法拉第电磁感应定律

1. 从能量转化的角度看动生电动势产生的过程

设匀强磁场的磁感应强度为B, 导体PQ的长度为l, 以速度v水平向右匀速运动, 不计其他电阻。

(1) 导体PQ做匀速运动时所受到的安培力F1=BIl, 水平向左

(2) 作用在导体PQ的外力F2=F1

(3) 外力做功的功率P1=F2v

(4) 电路中电功率P2=EI

(5) 由能量转化和守恒定律得P1=P2得E=Blv

2. 安培力做功与能量转化之间的关系

安培力做功是以磁场为能量的载体, 其他形式的能量与电能之间的转化。

例4:如图所示, 均匀金属环的电阻为R, 其圆心O, 半径为L。一金属杆OA, 质量可忽略不计, 电阻为r, 可绕O点转动, A端固定一质量为m的金属球a, 球上有孔, 套在圆环上可无摩擦滑动, Ob为一导线, 整个装置放在与环平面垂直的匀强磁场中, 磁感应强度为B。现把金属杆OA从水平位置由静止释放运动到竖直位置, 球a的速度为v, 则OA到竖直位置时产生的电动势为___;此时OA所受安培力的功率为___;杆OA由水平位置转到竖直位置这段时间内, 电路中转化的内能为___。

思路解析:OA的转动切割磁感线, 求运动到最低点时的瞬时电动势和瞬时功率, 应用法拉第电磁感应定律时, 要运用旋转切割的情况。最后要求的是过程量, 应用能量的转化和守恒。

练习3:如图所示, 矩形线圈一边长为a, 另一边长为b, 电阻为R, 在它以速度v匀速穿过宽度为L、磁感应强度为B的匀强磁场的过程中, 若b>L, 产生的电能为___;通过导体截面的电荷量为___;若b

思路解析:当b>L时, 线圈匀速运动产生感应电流的有效位移为2L, 即有感应电流的时间为t1= (2L) /v, 再根据可得出答案;当b

例5:如图所示, 水平的平行虚线间距为d=50cm, 其间有B=1.0T的匀强磁场。一个正方形线圈边长为l=10cm, 线圈质量m=100g, 电阻为R=0.020Ω。开始时, 线圈的下边缘到磁场上边缘的距离为h=80cm。将线圈由静止释放, 其下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时的速度相等。取g=10m/s2, 求:

(1) 线圈进入磁场过程中产生的电热Q。

(2) 线圈下边缘穿越磁场过程中的最小速度v。

(3) 线圈下边缘穿越磁场过程中加速度的最小值a。

思路解析: (1) 因为线圈完全处于磁场中时不产生电热, 所以线圈进入磁场过程中产生的电热Q就是线圈从图中2位置到4位置产生的电热, 而2、4位置动能相同, 由能量守恒Q=mgd=0.50J。

(2) 3位置时线圈速度一定最小, 而3到4线圈是自由落体运动因此有v02-v2=2g (d-l) , 得

(3) 2到3是减速过程, 因此安培力减小, 由F-mg=ma知加速度减小, 到3位置时加速度最小a=4.1m/s2。

电磁感应现象揭示了电与磁相互联系和转化, 推动了电磁学理论的发展, 通过对变化磁场、变化电场的研究, 麦克斯韦建立了完整的电磁场理论。从能量转化与守恒的观点看, 电磁感应现象是把其他形式的能转化为电能的过程。

参考文献

探讨电磁感应中图象问题篇8

例1如图1所示, EOF和E'O'F'为空间一匀强磁场的边界, 其中EO∥E'O', FO∥F'O', 且EO⊥OF;OO'为∠EOF的角平分线, OO'间的距离为l;磁场方向垂直于纸面向里.一边长为l的正方形导线框沿O'O方向匀速通过磁场, t=0时刻恰好位于图示位置.规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正, 则感应电流i与时间t的关系图线可能正确的是 ()

分析:解答本题时易出现的错误有两处:感应电流方向判断错误;感应电动势大小变化判断错误.

解法1:线框由初始位置运动到图2 (1) 位置过程中, 切割磁感线的导体有效长度均匀增大, 电流也均匀变大, 由右手定则判知电流沿逆时针方向.线框由图2 (1) 位置运动到图2 (2) 位置过程中, 切割磁感线的导体有效长度不变, 电流大小不变, 方向也不变.线框由 (2) 位置运到到 (3) 位置过程中, 左边有效切割长度ab逐渐减小, 右边有效切割长度cd、ef逐渐增大, 整体上, 总电动势在减小, 到达 (3) 位置, E=0, 即i=0.线框由 (3) 位置运动到 (4) 位置过程中, 有效切割长度变大, 到达 (4) 位置时最大, 由右手定则判知电流沿顺时针方向.线框由 (4) 位置运动到 (5) 位置过程中, 电流大小、方向均不变.线框由 (5) 位置运动到 (6) 位置过程中, 导体有效切割长度变小, 直到为零.因此 (B) 正确.

解法2:在电磁感应现象中, 流过线框某一横截面的电量与磁通量的变化量成正比, 当线框穿入和穿出磁场之后, 线框内的磁通量变化量为零, 流过线框某一横截面的电量也必将为零.而在电流—时间图象中, 图线与坐标轴围成的面积就是电量, 所以电流图象在时间轴上下围成的面积必然相等.观察四个选项, 符合条件的只有 (B) 和 (D) .利用楞次定律判断t=0时刻后一段时间的电流方向可知 (B) 正确.

点评:本类题型一直都是高考中的高频考点.常见的是正方形、长方形、圆形或三角形等形状的线框在各种各样边界的磁场中匀速通过.根据几何关系找等效切割长度是解题的关键.选择题往往可以使用排除法快速得到正确答案.

二、闭合电路一段导体在磁场中做切割磁力线运动

例2如图3, 质量为0.1 kg的铜条MN放在固定的、相距是1 m的, 长度相当长的光滑水平导轨ab、cd上, 电源电动势ε=6 V, 固定电阻的阻值R=15Ω, 铜条的电阻RMN=5Ω, 固定电容器的电容C=2μF.一个磁感应强度是B=2特的匀强磁场穿过导轨间的整个面积, 方向与纸面垂直, 当电键闭合时, 求铜条MN的最大速度和最在加速度, 电容器C的最小和最大电量. (电源电阻和导轨电阻都不计)

解:在电键K刚闭合的时候, 铜条的加速度是最大, 电容器的电量是最小.这时电路中的电流强度I=ε/ (R+RMN) =6/ (15+5) A=0.3A.铜条MN最大加速度为:amax=F/m=BIL/m= (2×0.3×1) /0.1=6 m/s2.电容器C的最小带电量Qmin=CUab=C (ε-IR) =2×10-6× (6-0.3×15) =3×10-6库.

若铜条沿导轨向右匀速运动, 速度最大, 电容器的带电量也会最大, 这时电容器两板间的电势差Uab、电源电动势ε、感生电动势ε'是相等的, Uab=ε'=ε=6 V.根据ε'=BLvmax可得, 铜MN的最大速度是:vmax=ε'/ (BL) =6/ (2×1) m/s=3 m/s.电容器C的最大带电量是Qmax=CUab=2×10-6×6=1.2×10-6库.

对一道电磁学问题的思考篇9

问题:如图1, 两节同样的电池 (内电阻不计) 与滑动变阻器组成分压电路和理想变压器原线圈连接, 通过改变滑动触头P的位置, 可以在变压器副线圈两端得到哪些电压 ()

x随时间t的变化有多种情况

所以, 变压器原线圈两端电压U'随时间t的变化可能是线性的也可能是按正、余弦函数规律变化的 (考虑往返运动) , 还有可能按照其他函数规律变化, 现根据各种情况作如下讨论.

讨论:第一种情况变压器原线圈两端输入电压如图2.

由法拉第电磁感应定律可知选项 (C) 是正确的.

第二种情况:滑片P只在滑动变阻器一半的范围内匀速往返运动时输入变压器原线圈的电压U'随时间t的变化规律如图3则变压器副线圈输出电压U'随时间t变化规律如图4.

第三种情况:滑片按正弦规律运动时输入变压器原线圈的电压U'随时间t变化的规律如图5.

由法拉第电磁感应定律可知选项 (D) 是正确的.

第四种情况:当滑片只在滑动变阻器一半的范围内按正弦规律运动且还存在周期性的停顿时, 输入给变压器原线圈的电压U'随时间t的变化规律如图6.

根据法拉第电磁感应定律可知选项 (B) 是正确的.

第五种情况:在上面第四种情况的基础上如果中途没有停顿则输入变压器原线圈的电压U'随时间t变化的规律如图7.

根据法拉第电磁感应定律可知变压器副线圈两端输出电压U随时间t的变化规律如图8.

答案: (B) (C) (D)

变式思考:保持其他条件不变只把电路改成图9, 重新思考上面的问题.

斜面上的电磁感应问题篇10

一、轨道为斜面，磁场和导轨垂直

例1如图1所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L,M、P两点间接有阻值为R的电阻．一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直，整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下，导轨和金属杆的电阻可忽略，让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦．

(1)画出等效电路．

(2)画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图;在加速下滑过程中，当杆ab的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流及其加速度的大小．

(3)求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值．

解析:(1)电路特点:导体杆为发电边，与电源等效，当导体杆的速度为v时，其中的电动势为E=BLv，等效电路如图2所示．

(2)导体杆的受力分析如图3所示:重力mg，竖直向下;支撑力N，垂直斜面向上;安培力F，沿斜面向上．

当ab杆速度为v时，感应电动势E=BLv，此时电路电流I

ab杆受到安培力

解得由加速度的表达式可知随着导体杆运动速度的增大，导体杆的加速度减小，故导体杆做变加速运动．

例2如图4所示，平行金属导轨与水平面成θ角，导轨间距为L与固定电阻R1和R2相连，匀强磁场垂直穿过导轨平面向上，磁场大小为B，导轨足够长且电阻不计，有一导体棒ab，质量为m，导体棒的电阻与固定电阻R1和R2的阻值均相等，与导轨之间的动摩擦因数为μ，导体棒ab沿导轨匀速向上滑动，速度大小为v.

(1)画出等效电路，比较导体棒上a、b两点的电势高低．

(2)电阻R1消耗的热功率大小．

(3)分析导体棒ab沿导轨匀速向上滑动时的受力．

(4)棒向上运动的距离为s，求此过程中导体棒产生的焦耳热．

解析:(1)电路特点:导体ab为发电边，与电源等效，等效电路如图5所示，从等效电路图可知b点电势高于a电势．

(2)电动势为E=BLv，干路电流大小为I=BLv/R总，R总=R+RR/(R+R)=3R/2.

电阻R1的电流大小为I1=I/2=BLv/3R.

电阻R1消耗的热功率P1=I12R=B2L2v2/9R.

(3)如图6，画出ab杆上滑过程中的受力示意图重力mg，竖直向下;支撑力N，垂直斜面向上;安培力F安，沿斜面向下，摩察力f，沿斜面向下．外加力F.

(4)电磁感应的能量情景分布图，外力做功一部分转化为重力势能，一部分转化为焦耳热，一部分转化为摩察生热，转

化为焦耳热的能量通过电阻R1、R2和电阻为R的导体棒共同释放出来，此过程中导体棒产生的焦耳热为整个焦耳热的一部分，占三分之二

根据动能定理知W外-Wf-W安-WG=0.

二、轨道为斜面，磁场和导轨不垂直

例3如图7所示，宽为L=1 m、倾角θ=30°的光滑平行导轨与电动势为E=3.0 V、内阻r=0.5Ω的电池相连接，处在磁感应强度、方向竖直向上的匀强电场中．质量为m=200 g、电阻R=1Ω的导体ab从静止开始运动．不计其余电阻，且导轨足够长，试计算:

(1)若在导体ab运动t=3 s时将开关合上，这时导体受到的安培力是多大?加速度是多少?

(2)导体ab的收尾速度是多大?

(3)当达到收尾速度时，导体ab的重力功率、安培力功率、电功率，以及回路中焦耳热功率各是多少?

解析:这是一道典型的电磁感应综合题，对学生的考察知识点比较多，学生要得分没有一定的综合能力是很难实现的，下面就利用电磁感应三大法宝来规范解决这个问题．

(1)其等效电路图如8所示，在电路接通前，导体ab在3 s末的速度为v0=at=gtsinθ=15 m/s．导体ab的电动势为Eab=BLv0cosθ=7.5 V>E=3 V.

因此，导体ab于电源等效，而电池为被充电的反电动势负载．具体受力图如图9所示，开关S和上时导体ab受到的安培力水平向右，大小为

负号表示加速度方向沿斜面向上，即导体沿斜面作减速运动．

(2)以沿斜面向上为正方向，导体加速度的一般表达式为

因此导体做加速度减小的减速运动，当a=0时，速度最小，然后以最小速度开始匀速运动．从而有

(3)当导体以收尾速度匀速运动时，导体ab的重力功率、安培力功率和电功率大小相等，即:P=mgvminsinθ=12 W.

同理，还有P=IminEmin=IminBLvmincosθ=12 W.

所以回路中焦耳热功率为P热=I2min(R+r)=6 W.

电磁问题篇11

【关键词】高压电输变电；电磁辐射；电磁污染；电磁防护

1.常见电磁辐射污染

1.1电磁辐射污染的种类

电磁辐射环境污染源根据电磁波的频率范围，划分为工频（50/60Hz）、射频（又称高频103-106Hz）与微波（>106Hz）三个波段。电磁辐射是一种以电磁波形式传播的能量流，具有“波粒”二象性，环境科学把高于12电子伏特的电磁波辐射称为电离辐射（放射性），如：x射线和丫射线等；而低于12电子伏特的电磁波辐射称为电磁辐射。从环境管理和研究角度看，城市环境中的电磁辐射环境污染源主要分为：

1.1.1广播电视发射设备

辐射特征为大功率定时全向发射。广播包括：短波广播、调频广播。电视广播包括：米波电视、分米波电视。我国电视和调频广播的频率范围是：48.5MHz-960MHz，属于超短波与分米波频段。

1.1.2通信、雷达及导航发射设备

通信包括短波、微波发射台（含通信和探测）、地面卫星发射站、移动通信基站、寻呼通信基站。在城市无线电通信网中，由于移动通信基站增加速度快、分布密集，随处可见，它已成为城市电磁环境的主要污染源之一。

1.1.3工业、医用高频设备

这类设备把电能转换为热能加以利用，但总有伴生电磁辐射产生并泄漏出去，引起工作场所及环境污染。医疗用电磁辐射设备：主要为高频理疗机、紫外线理疗机、高频透热机、高频烧灼器、微波针灸设备等。

1.1.4交通系统电磁辐射干扰

交通系统电磁辐射设备有轻轨和电力牵引车辆，包含有轨电车和无轨电车。

1.1.5电力系统电磁辐射

高压电力系统包括高压架空输电线、高压地下电缆和变电站。

1.2电磁辐射污染危害

电磁辐射的危害有两个方面：一是对人体和生物的危害；二是对电器设备的影响。

1.2.1对人体和生物的危害

电磁辐射对人体和生物的危害，多年来国内外一些研究机构作为课题进行了大量研究和实验，得出了具体结论，主要是热效应、非热效应和累积效应。

1.2.2对电器设备的影响

电磁辐射对电器设备来说是一种干扰，如果电磁辐射的频率与被干扰设备的频率相差不大时，干扰的程度就逾严重。总的来说电磁辐射可以使测量仪器性能变低；可以使电子开关或继电器工作失常；可以使无线电接收设备出现噪声，如电视机图像声音变差，收音机信号不好等；可以干扰党政军机关的无线电设备；可使病人心脏起博器停止工作，等等。

2.高压电电磁辐射特性及其危害

2.1高压电电磁辐射的三种特性

2.1.1磁场特性

磁场强度的大小与电流大小有关，与电压无关；50Hz或60Hz的磁场能很容易穿透大多数物体（建筑物或人），且不受这些物体的干扰。从理论上讲，由于三相交流输电线中各相电流的有效值相等，相位互差120，所以在距输电线较远外产生的磁场相互抵消，近似为零。所以我们平时一般重點研究电场。

2.1.2电场特性

载流输电线在周围空间产生电场，有如下特性：电场强度与输电线相对于大地的电压成正比；场中的导电物体（建筑物、树林等）会使电场严重畸变，从而产生一定的屏蔽。

2.1.3电晕特性

当导线表面的电场强度超过空气击穿强度时，就产生电晕放电。这时，导线表面的电场强度一般达到 30kV/ln以上，只有高压输电线路导线表面才有如此巨大的电场强度，因此，电晕放电多发生在高压输电线路上。

2.2离压电电磁辐射对人体的危害

电磁辐射是指以电磁波形式通过空间传播的能量流，且限于非电离辐射。电力系统的高压输变电中产生电磁辐射，电磁辐射主要是指高压输电线路和变电站的高压电力设备所产生的辐射。

2.3高压电电磁辐射对通信线路产生千扰

电磁辐射对电子设备的干扰：大量的研究表明，电磁辐射会造成广播与电视不能收听、收看，自动控制信号失误，电子仪器仪表失灵，飞机指示信号失误或空中指挥信号受到干扰，干扰医院的医疗器械或病人的心脏起搏器等，从而带来大量的经济损失。

2.4高压线路电晕可听噪声

通常情况下，高压架空电力线路和变电站无线电噪声的产生有三类根源分别是：在导线及其金属表面处空气中的电晕放电，绝缘子承受高电位梯度区域中放电并产生火花，连接松动或接触不良产生的间隙火花放电。

3.高压电电磁辐射污染的防护措施

综合前面高压电输变电电磁辐射的原理及特性和高压电输变电电磁辐射的危害，可以从四个方面来采取防治措施：加强对电磁辐射环境管理；对人体健康危害的的减缓措施：对通信线路干扰的消除措施；对电晕放电引起的干扰消除措施。

3.1加强对电磁辐射环境管理

我国的电磁辐射环境管理起步较晚。但从1988年以来，先后己发布了《电磁辐射防护规定》、《环境电磁波卫生标准》等25项中华人民共和国国家标准，发布了《辐射环境保护导则-电磁辐射环境影响评价方法与标准》等3项中华人民共和国环境保护行业标准，发布了《微波辐射生活区安全限值》等2项中华人民共和国国家军用标准。

3.2对人体健康危害的减缓措施

避免电磁辐射对人体的影响，线路尽可能远离或避开居民区、环境敏感区。在线路设计中严格按规程执行，适当选用塔型、塔高，以尽量减少路径走廊宽度及降低线路走廊下的电磁场强度。提高导线对地的高度，双回路导线逆相布置，高低压导线分层架设等措施，会获得降低地面强度的效果。在运行中对工作人员采取局部屏蔽与限制工作时间等防护措施，以减少电磁辐射对人体的影响。作业人员所处环境的电磁场强度超过国标限值或者作业人员所处环境的电磁场强度未超过国标限值，但与此限值比较接近，而作业人员又需要长时间在此环境工作时，都应考虑采用辐射防护用品。选用个体防护产品时，应首先确定电磁辐射的衰减度，然后，参照各种产品说明中对电磁波的衰减参数，确定使用何种形式的防护用品。降低电磁辐射方面的个体防护用品主要包括防护服装、防护眼镜及辐射防护屏。

3.3对通信线路干扰的消除措施

对通信线路的影响有静电感应和电磁感应两方面。输电线路正常运行时，在邻近的与其平行的通信线路产生感应电荷。感应电荷与输电电压成正比，还与通信线路与输电线路的距离及相互位置有关。当通信线上的感应电压超过弱电设备绝缘的击穿电压时，就可能损害设备和人身安全。为了避免通信信号线遭受电磁危险及干扰影响，一般采取：将有影响的通信信号线或输电线改为电缆，输电线进行良好的换位，装设放电管、屏蔽线或中和变压器。（下转第5页）

（上接第68页）3.4对电.放电引起的干扰消除措施

电压越高，电晕放电就越强；导线直径越大，电晕放电就越弱；导线表面光洁度越高，放电也就越弱。输电线对无线电与电视的干扰主要是指电晕放电引起的干扰。一般在大于500m处，干扰电场可以忽略不计。无线电杂音的强度受天气影响较大，一般只在恶劣的天气条件下电网才会对距它很近且信号很弱的无线电与电视产生干扰。为了避免架空电力线对通讯线的干扰，设计时应从导线选择和连接等方面考虑，无论是单导线还是分裂导线，均应使导线半径或等值半径等于或大于引起电晕的半径。

【参考文献】

［１］李建英.电磁辐射对人体健康的危害[J].安全与健康,2005,(23).

［２］季成富.高压输变电工程电磁辐射管理控制对策[J].污染防治技术,2011,(04).

输电线路电磁环境问题与实践研究篇12

关键词：输电线路,电磁环境,实践

1 电磁环境指标

1.1 工频磁场评价指标

就工频磁场而言,目前多个国家都采用ICNIRP提出的ICNIRP导则,并得到不断推广,磁感应强度评价指标目前推荐的是0.1m T的工频限值。

1.2 工频电场

由于国情不同,每个国家的输电线路电磁环境指标不一,但其中较为相似的地方有:公共区域的电场强度低于5k V/m;输电线路下方的电场强度在10-15k V/m范围内,越过通过处的电场通常在1-10k V/m值域内。国内环境指标表明500k V以下等级的输电线电路是以4k V/m来作为工频电场指标。

1.3 无线电干扰

输电线路及其金具发生电晕时,可在导线中注入电流脉冲,电流脉冲由注入点逐渐向导线两端流动,在周围形成磁场,也就是无线电干扰场。磁场会受到天气、导线的相间距、子导线半径、悬挂高度和分裂数等的影响,

1.4 可听噪声指标

可听噪的产生一般有两种情况:一是在天气较差时,因风、雨等的作用产生碎裂声似得噪声;二是120Hz和120Hz的倍数频率会产生嗡嗡的声音。天气较好时,电晕可听噪声不明显,下雨天时电晕放电强度明显增大,可听噪声增大。

2 主要参数计算模型

2.1 工频电磁场计算

工频电磁场运用矩量法和HIFREO模块来分析,首先就线性结构而言,电位满足积分方程:

式子中,代表场点矢量;代表源点矢量;l`代表电荷存在的区域;代表介电常数;代表电荷密度;实际工程中还要考虑大地的影响,按照镜像法。式(1)改为:

式中,代表实际源点矢量;代表镜像源点矢量。

运用狄拉克函数作权函数ωj,式(1)和式(2)简化成为(3):

应用输电线路悬链线方程(4)得出

H:架空线悬点间高差;l:档距;:架空线比载;:架空线上任何一点张力水平分量;:架空线悬点连线倾斜角;H1:档距一段杆塔悬点对地高度。

把线路的最大弧垂fm作为输入参数,把式(5)带入式(6)得出式(7):

式(7)中,当线路最大弧垂fm、架空线悬点间高差h、线路的档距l、档距一端的杆塔高度H1确定,可得出该档距中的线路几何形态。

2.2 无线电的计算模型

计算架空送电线产生的0.15-30MHz频段无线电,其计算方法:通过式(7)计算0.5MHz时无线电干扰场强:

根据式(8)可计算出架空电线的三相导线,每相在某点产生无线电干扰场强,一相无线电干扰场强比其余两相大,无线电干扰场强的值就是所计算的场强[2]。

3 计算电磁环境

3.1 500k V电磁环境

分析单双回路来研究500k V的电磁环境。在杆塔布置下,分析1.5m处的噪声、电磁场和无线电干扰情况。相关参数设置为:计算线路电流为800A、子导线半径为13.8mm,相电压值288.683k V,竖线线路视为直线,档距300m。单回路导线离地面高度分别为15m、16m、17m、18m、19m、20m;双回路导线离地面高度分别为15m、18m。

3.1.1 计算单回路电磁环境

以500k V单回路酒杯塔为例,按照条件、图中参数及计算模型得出酒杯塔单回路距离地面1.5m处产生的电磁场和无线电干扰分布情况。边相投影20m处,地面与导线高度在15-20m的范围里,无线电干扰值小于限值。电场距离中心处的40m处,电场强度稳定,衰减缓慢。导线经过不同高度的变化,1.5m处的磁场都在逐步减小[3]。输电线路在高度设计中不用考虑磁场影响。

3.1.2 计算双回路电磁环境

据条件,双回路电磁环境导线与地面高度取值是15m和18m。双回路在同、逆相序列前提下,导线地面高度是15m和18m,1.5m处的电场分布情况。噪声、无线电干扰、工频磁场的值都小于限值。在生活区可控制导线与地高度,满足电场测评[4]。导线与地面高度1.5m时,满足环评要求。

3.2 输电线路畸变电场

就500k V单双回路而言,电场在边相外约7m处的房顶较大,房屋屏蔽效果使得房屋侧面电场小于电场正常值[5]。采取对应保护措施,可减少电磁环境对人的影响。

4 电磁环境优化方式

4.1 降低工频电磁场的方式

电流在导线中产生工频磁场,可利用相序、线高、多回共架方式屏蔽措施来降低工频磁场。磁屏蔽需要用专业性材料,如弱磁材料、强磁材料。常见的强磁材料有亚铁磁材料,弱磁材料有抗磁和顺磁性材料。降低工频电场可通过提高导线与地高度、优化相序排列、同杆架设不同等级的电压线路和屏蔽措施,包括房屋屏蔽、植被屏蔽、增加局部屏蔽线与设计紧凑型的杆塔等,改变线路的敷设高度,弱化对应地面的电场强度。低压等级线路会在一定程度上屏蔽高压等级线路

4.2减轻电晕噪声、无线电干扰的方式

电晕可产生可听噪声、无线电干扰,还会损耗电能,干扰电视、导航设备、电台等。首先,可通过非对称分裂导线的方式减轻电晕噪声其次,细导线、带尖凸物导线可产生空间电荷,避免形成正极性流柱也可达到同样效果。

5 结束语

本文在明确电磁环境指标的情况下,分析了电磁环境产生噪音、无线电干扰等问题,计算了不同情况下对电磁环境的影响,并采取适当的方式以减少电磁环境对人、通讯设备的干扰。

参考文献

[1]胡白雪.超高压及特高压输电线路的电磁环境研究[D].导师:周浩.浙江大学,2006.

[2]蒋战朋.高压输电线路电磁环境研究[D].导师:文远芳.华中科技大学,2012.

[3]黄道春,阮江军,文武,李昊星,赵全江,郑伟.特高压交流输电线路电磁环境研究[J].电网技术,2007(01):6-11.

[4]张伟.高压、超高压交流输电线路电磁环境的研究[J].水利电力机械,2007(01):47-50+63.

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