摘要：本文介绍与低压电器产品有关的电磁兼容试验项目(传导骚扰电压测量、辐射骚扰场强测量、射频电磁场辐射抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度)及标准。

关键词：电磁兼容试验 传导骚扰电压 辐射骚扰场强 射频电磁场辐射抗扰度 电快速瞬变脉冲群抗扰度 低压电器标准

讲座的第二、第三讲主要介绍与低压电器有关的电磁兼容试验。与低压电器有关的主要电磁兼容试验有:传导骚扰电压测量、辐射骚扰场强测量、射频电磁场辐射抗扰度、电快速瞬变脉冲群、静电放电、浪涌、射频场感应的传导骚扰抗扰度、电压暂降、短时中断和电压变化等。第二讲主要介绍传导骚扰电压测量、辐射骚扰场强测量、射频电磁场辐射抗扰度、电快速瞬变脉冲群等四个试验项目,其余的试验项目将在第三讲中介绍。

1 传导骚扰电压试验

试验依据:GB4824-1996(idtCISPR11:1990)工业、科学和医疗(ISM)射频设备电磁骚扰特性的测量的测量方法和限值;GB9254-1998(idtCIS-PR22:1997)信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法。

1.1 标准限值

环境1和环境2的传导发射限值见表1和表2。

注:在频率转换处应采用较低的限值

(1)准峰值:输出电压小于峰值,但随着脉冲重复频率增加近似等于峰值

(2)平均值:输出电压近似等于所加信号包络线平均值

注:在频率转换处应采用较低的限值

 环境条件1:指主要与低压非公用电网(如居住、商业和轻工业等场所和装置)有关的环境,不考虑如弧焊机等设备的强骚扰源。

环境条件2:指主要与低压公用电网或工业场所和装置等有关的环境,包括强骚扰源。

1.2 传导骚扰电压测量原理

传导骚扰电压测量按骚扰源性质可分为连续骚扰和断续骚扰,本讲座仅以传导骚扰电压测量为例进行介绍。骚扰电压测量原理见图1。

图1 传导骚扰电压测量原理图

在EMC测量中,传导骚扰电压是指在电源线与(参考)地之间的射频电压,以及电源线之间存在的射频骚扰电压,也就是供电网中的骚扰。从射频角度来说,供电网的阻抗是一个频率的函数,并且随着地区不同、负载不同,电网呈现的射频阻抗也不同,这就难以对不同的骚扰源和不同的频率下的骚扰电压进行比较。为了解决这技术问题,人们使用一种模拟电网射频阻抗的网络,即/人工电源网络0(ArtificialMainNetwork,AMN)。AMN有下列三大作用:¹在规定的频率范围内,为EUT(被试设备)提供所需的负载阻抗Z1(通常Z1UR1=508),在这阻抗两端的电压降是EUT骚扰电压;º使测量电路与供电电网的变化阻抗隔离开来,同时也把电网中的其他高频骚扰隔离开来,实现传导骚扰电压的测量;»为EUT提供工作电源的通路。电源端子和地之间提供负载阻抗的AMN称为V形AMN,用作不对称测量。

1.3 测 量

AMN的外表面及金属表面与被试品的边界的距离不小于80cm,AMN的接地参考端用短铜片连接到参考接地平面上,在接收机的输入端接一瞬态抑制器(限幅器)以保护接收机。试品EUT如果有固定电源线,导线为1m长,若超过1m,则该导线一部分来回折叠成S形,一个长度不超过40cm的扁平线束。

测量时应注意的一些技术问题：

(1)低压电器提供的骚扰电压限值的测量频率0.15~30MHz。

(2)测量场地。一般在屏蔽室内进行,屏蔽室是一个金属(如薄钢板等)六面体,屏蔽效能至少能达到80dB以上,一般低压电器均可在屏蔽室进行测量。对较大型的现场安装的低压电器设备可到现场测量,这时对环境的电磁要求为:环境电平至少比设备的限值低6dB。

(3)测量系统的配置要求。系统应仔细配置、安装、布置,能体现系统实际使用情况。

电缆、交流电源线、主机和外围设备的选择放置取决于EUT(被试设备)类型,常规是全部放置在台面上,如塑料外壳式断路器。落地式的放在地面上,如大型智能型断路器。对于台式布置,EUT放在一个至少80cm高的绝缘材料试验台上,它离屏蔽室某个墙面为40cm,其余的导电平面至少距参考接地平面80cm。对台式EUT的试验布置见图2。

图2 传导骚扰电压试验EUT的测量布置图

对于落地式设备,EUT应放置在地平面上,与地面的各点接触除了与正常使用相一致外,应使用一块接地的2m@2m金属板,该金属板作为参考接地平面,它至少超出EUT的边界50cm。

2 辐射发射试验及标准

试验依据:GB4824-1996(idtCISPR11:1990)工业、科学和医疗(ISM)射频设备电磁骚扰特性的测量的测量方法和限值;GB9254-1998(idtCIS-PR22:1997)信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法。

2.1 标准限值

环境1和环境2的辐射发射限值见表3和表4。

注:(1)在频率转换处应采用较低的限值

(2)可以在距离3m处测量,限值增加10dB

注:(1)在频率转换处应采用较低的限值

(2)可以在距离10m处测量,限值增加10dB,或在距离3m处测量,限值增加20dB

2.2 辐射发射场强测量原理

测量场强和辐射骚扰天线系数是天线的重要参数,天线系数AF定义为在接收天线处辐射场强E和接收天线向接收机输出电压U之比,天线系数表征天线系统的接收能力,即

天线与测量接收机之间用射频电缆连接,被测场强应加上射频电缆的损耗L(dB),即被测场强

E=U+AF+L

2.3 辐射骚扰场强测量方法

图3为直射波和地面反射波到达接收天线的情况下,在开阔试验场进行的测量原理。被试品EUT放在高于地平面一规定的高度,并模拟正常工作状态来布置并运行。天线按规定的距离放置,高度可以调节。在水平面内旋转EUT并记下最大的读数。调节天线高度,使直射波和反射波接近或达到同相叠加,并记下最大的读数。这些程序步骤可以变换,也可能需要重复,以便找出最大骚扰值。场强测量也可以在经校准后的电波暗室中进行。

图3 辐射发射场强测量原理图

 (1)测量距离。测量距离是EUT最接近于天线的那一点和天线的中点在地面上的投影之间距离d=10m(环境1要求),d=30m(环境2要求)。

(2)测量环境。记录温度、相对湿度、大气压力、EUT不通电时,试验场的环境噪声应比信号电平至少低限值6dB。

(3)EUT布置。试验单个或多个部件的系统应满足下列两个条件:系统按典型应用的情况布置和系统要按产生最大骚扰方式布置。

(4)天线高度变化。对于电场强度测量,天线距离地平面的高度应在规定的范围内变化。一般情况,d[10m,天线高度在1~4m之间变化,在30m以下较大测量距离时,天线高度在2~6m之间变化。为了获得最大的读数,可能要把地面以上的天线最小高度调低到1m以下,这些高度扫描适用于水平极化、垂直极化,对垂直极化最小高度应增加到天线的最低点离开地面至少25cm。

3 射频电磁场辐射抗扰度试验

强电磁场辐射源可由发射台、雷达天线产生,也可由其他工业用电磁源产生(如高频炉等),这类源一般在30m外可产生大于10V/m的电磁辐射;弱电磁场辐射源可由感性负载或容性负载,在起动或工作时产生(如可控硅产品、电感式荧光灯、电子式荧光灯、电视机、电脑产品等)。由外界电磁场的作用而引起电子、电器设备的工作状态的改变,甚至某些电路的损坏等。为评定产品对这类射频电磁场抗扰度的水平,进行射频电磁场抗扰度试验。

试验依据:GB/T17626.3-19985电磁兼容试验和测量方法第3部分:射频电磁场辐射抗扰度试验6(eqv.IEC61000-4-3:1995)5电磁兼容第4部分:试验和测量技术第3分部分:射频电磁场辐射抗扰度试验6。

3.1 试验等级

表5给出未调制信号场强的试验等级,试验时以1kHz的正弦波对未调制信号进行80%调幅,以模拟实际工况,见图4。频率范围为80~100MHz。

注:(1)GB/T14048.1-2000推荐使用等级3,即场强

(2)试验等级和频段是根据被试品最终安装所处的电磁环境来选择,在选择所采用的试验等级时应考虑被试品失效后果,若失效严重,则选用较高等级

图4 信号发生器输出端的波形

性能判别标准在低压电器、开关设备等产品标准中规定。

3.2 试验设备及场地

推荐采用下列试验设备和场地：

(1)电波暗室。大型电波暗室相对于被试品EUT应具有足够的空间,在EUT周围有场强均匀性(即均匀域),这是一个假想的垂直平面,在该平面中场的变化足够小。替代设备:横电磁波传输室、带状线、局部暗室和开阔场。

(2)电源干扰滤波器。连接线路的电源干扰滤器不应饱和及产生谐振。

(3)信号发生器。信号发生器能覆盖测试频段,以1kHz正弦波调幅至80%,并具有慢于1.5@10-3十倍频程/s的自动扫描功能如带有频率合成器,则要求对频率步进幅度和停顿时间进行编程,此外还须具有手动设置功能。

(4)功率放大器用于放大器未调制和已调制的信号,能提供给天线输出所需场强电平,放大器产生的谐波和失真低于载波电平15dB。

(5)发射天线可用符合要求的双锥形、对数周期或其他极性化天线。

(6)垂直与水平极化或各向同性场强监视天线。采用总长度约为0.1m或更短的偶极子天线,其置于被测场强中的前置增益和光电转换装置。它具备足够的抗扰性,配有与室外指示器相连的光纤电缆,也可用能监视水平和垂直极化的场强探头。

(7)记录功率电平的辅助设备。用于记录试验规定的场强所需功率电平和控制试验场强电平。

(8)试验布置。

1)被试品的布置:被试品EUT尽可能在实际工作状态下进行试验,如额定电压、额定电流等。典型的试验布置平面图见图5。

 图5 典型的射频电磁场抗扰度试验布置平面图

台式设备如塑料外壳式断路器等可置于非金属转台及支架上,支架离地高度为0.8m,落地式(如较大型的智能型万能式断路器)应放置在高出地面0.1m的非金属支撑物上。

2)被试品的布线:被试品本体之间的布线应使用生产厂规定的导线类型和连接器。如果对被试品的进线进行规定,则要求采用非屏蔽的平行

导线,暴露在电磁场中的连线距离被试品为1m;如果生产厂规定长度不大于3m,则按生产厂规定的长度用线,把导线捆扎成1m长的感应较小线束;如果生产厂规定导线长度大于3m或无规定,则受辐射的线长为1m,其余可套有射频损耗的铁氧体以作去耦处理。

3.3 试验步骤

(1)被试品应在其技术条件规定的运行和气候条件下进行试验。
(2)校验标准场(抽校方格上的一些节点,在80~1000MHz频率范围内以水平和垂直两种极化方式校验均匀域时记录的发送正向功率与强度的对应关系是否一致)。

(3)采用校准场时获得数据产生试验场。(4)被试品的一面布置应与均匀面重合。(5)以1kHz正弦波对信号进行80%的幅度调制,在80~1000MHz频率范围内进行扫频测量,扫描步长不超过前一频率的1%。

(6)每一频率的停留时间不应短于被试品操作反应所需的时间。

(7)受试的各个侧面均应在发射天线的水平和垂直极化下进行试验,或使用转台使各个侧面均受到辐照。

(8)测量距离优先采用3m。

 作者简介：费光裕 王 渊 徐强华  上海电器科学研究所