工艺技术_电磁兼容性

一电磁兼容性 EMC 二电磁兼容性的规定和规范 标准 三产品使用环境与电磁兼容测试限值及项目四产品的电磁兼容性设计五服务和电磁兼容性试验室 1引言2电磁发射 EME 和敏感度 抗电磁干扰度 EMS 3干扰的传播和测量 电磁兼容性 EMC 第1页 电磁兼容性 EMC 自从电子设备问世以来 就知道它们之间存在相互干扰 国际上自1928年起已经有抗无线电干扰 EMI 电磁干扰和RFI 射频干扰 的法规 随着电气的和电子的装备越来越广泛地被使用 不仅要重视抗无线电干扰 而且要考虑到能使所有的设备在没有功能损害的情况下正常运行 电磁兼容性是在电磁环境中电气设备满意地进行工作的能力 同时这种环境也属于其他的设备共有 不允许被干扰 自1996年1月1日 欧共体EMI 89 336 EWG 确定生效以来 欧盟 EU 各成员国将其转换成相应的法规 要遵守对于干扰发射和抗扰度方面相应的欧洲标准 EN Normen 此标准亦为其它各国引用 其中包括中国 第1页 电磁发射 EME 和敏感度 抗电磁干扰度 EMS 电磁兼容性的概念包括电磁发射 EME 和抗电磁干扰 EMS 两个方面 参见图1 1 1 Fig1 1 1 由干扰源散发出的电磁能可以是导线传导的或空间发射的 制定出经济的解决EMC方法不仅需要注意区分电磁波段 而且要重视干扰的传播方式和途径 第1页 电磁干扰的传播和电磁兼容性测量技术 干扰源和干扰装置干扰源干扰源是发射电磁干扰的一种电气设备 这可以按照发射的频谱的类型分成两个主要部分 图1 2 1 Fig1 2 1 具有不连续的频谱设备如收音机和电视机发射的干扰能量集中在窄的频带上 开关设备和在家用器具中的电动机的干扰能量分布在宽的频带上 并且归属于具有连续的频谱的干扰源 干扰装置产生干扰和被干扰的电子 电气装置或设备称作为干扰装置 干扰装置也可以用与干扰源相同的方法按频率特性进行分类 人们以窄带的抗扰度与宽带的抗扰度来区分 图1 2 2 窄带系统如收音机和电视机 而数据处理设备通常是归属于宽带系统 第2页 电磁干扰的传播和电磁兼容性测量技术 Fig1 2 2 由干扰源产生导线传导的和辐射的电磁干扰可以通过测量干扰电流和干扰电压来证实 图1 2 3 第3页 电磁干扰的传播和电磁兼容性测量技术 Fig1 2 3 为了能对干扰装置的抗扰度进行检验 同样是考虑导线传导的和辐射的两种途径 为此 作为干扰发生器将使用正弦波振荡器 也可用各种脉冲波形的脉冲发生器 电磁兼容性的规定和规范 标准 1中国电磁兼容国家标准来源2强制性产品认证制度和认证中的电磁兼容问题3强制性产品的认证方法 第1页 电磁兼容性的规定和规范 标准 在电磁兼容性领域 近几年来许多法规开始生效 并公布了标准 在欧盟中自1996年1月1日起欧共体委员会的EMC准则89 336 EWG生效 任何电子设备自该日起必须符合EMC准则的保护目的 相应标准的认证将由制造商或进口商用一个认证说明来作书面证明 设备必须标有CE标志 原则上 所有的电气或电子仪器 设备和系统必须满足EMC准则或国家的EMC法规的保护要求 对于大多数的仪器 需要制造高或者进口商的一个认证说明以及推行标上CE标志 特殊情况和特殊的规则将在EMC法规中进一步的进行说明 欧共体将制钉出新的一致的欧洲标准 这个标准包括测量方法和极限值以及严酷度 既用于电子仪器 设备和系统的发射 又用于抗扰度 欧洲标准不同类别的分类 参见表1和表2 可以很容易的对各自设备规定的规范进行选择 我国也相应等效采用上述分类标准 参见表3 即基础标准 通用标准 产品系统标准和专用产品标准 第2页 电磁兼容性的规定和规范 标准 下列的标准和规范组成了用于认证 测试的框架 表3 第3页 电磁兼容性的规定和规范 标准 1 在产品系列的安全标准和质量标准中规定 2 工业的 科研的和医疗设备 3 信息技术设备 第4页 电磁兼容性的规定和规范 标准 下表列出用于抗扰度领域的最主要的标准表2 标准系列IEC1000或者EN61000计划作为主要的EMC标准 近期在这些标准中将所有的EMC规范统成一体 例如IEC801 IEC555 第5页 电磁兼容性的规定和规范 标准 我国电磁兼容有关的国家标准一览表 国家强制性标准和推荐性标准 表3 第6页 电磁兼容性的规定和规范 标准 总规范原则上适用于所有的设备 适用于没有特有的产品系统标准或者没有产品专用标准的 基础标准包含有关于干扰现象的说明和一般的测量方法 第1页 中国电磁兼容国家标准来源 中国电磁兼容标准的主要来源有 CISPR出版物CISPR是国际无线电干扰标准化特别委员会的法文缩写 是IEC下设的一个特别委员会 它成立的初衷是避免无线电业务中出现障碍 为此对各种用电设备的无线电骚扰提出了限值与测量方法 目前世界各国对用电设备的无线电骚扰的限制大多取材于它 迄今几乎所有的CISPR出版物都已被转换成我国的国家标准 由于用电设备的无线电骚扰会影响其他用电设备的正常工作 故从CISPR出版物转换过来的国家标准大都定为强制标准 如GB4343 GB9254 GB13837GB14023等等 IEC TC77制定的IEC61000系列标准TC77是IEC下设的一个技术委员会 其全称是电气设备 包括网络 的电磁兼容性技术委员会 它是研究电气设备电磁兼容性的专业委员会 工作范围有 A 整个频率范围内的抗干扰度 B 低频范围内 9kHz 的骚扰发射现象 TC77的工作成果莫过于目前世界各国广泛采用的IEC61000系列标准 它涉及电磁环境 发射 抗干扰 试验程序和测量规范 其中IEC61000 4系列是比较完整的抗干扰度测试基础标准 我国的国家标准 如GB 17624 GB17625 GB T17626 GB T17799等系列标准均由相应内容转化过来 这些标准较少直接采用 往往变成条款但包含在各个产品标准中 一旦相应的产品被列为强制性检测产品 则相应项目也就变成强制性标准检测项目 所以对这些标准的内容绝对不能掉以轻心 美国军用标准我国军用标准主要取材于它 其中电磁兼容的标准号为GJB151和GJB152 国外先进企业的内控标准这部分标准数目甚少 部分根据国内自主科研成果而制定的标准目前国内执行的一些系统间的电磁兼容标准有一部分是国内自主编制的 第1页 强制性产品认证制度和认证中的电磁兼容问题 组织机构为适应世贸的需要 制定了新的国家性产品认正制度 先将原国家质量技术监督局和原国家出入境检验检疫局合并组建了新的国家质量监督检验检疫总局 后又成立了国家认证认可监督管理委员会 负责统一管理 监督和综合协调全国的认证认可工作 提出了一个对进口和国产商品都适用的 统一的强制性认证目录 认证标准 认证标志和收费标准 第一批实施强制性产品认证的产品目录新的国家强制性产品认证目录于2001年12月3日颁布 标准的基础为 CCIB认证 原进口商品的安全质量许可证制度 CCEE认证 针对国内市场销售产品的强制性安全认证制度 粘贴长城标志 EMI安全认证 电磁兼容安全认证制度 粘贴CEMC标志 在公布时作了适当增加 在强制性产品认证目录上的19大类产品中 除少数明显与电的技术无关外 如机动车辆轮胎 安全玻璃和乳胶制品等 多数都与电有关 相当多的产品涉及到电磁兼容问题 第1页 强制性产品的认证方法 强制性产品认证适用于设计鉴定 型式试验 制造现场的抽样检测或检查 市场抽样检测或检查 企业质保体系的审核 获证后的跟踪检查 认证程序包括认证申请和受理 型式试验 工厂审查 抽样检测 认证结果的评定与批准 及获证后的监督等全部或部分环节 认证证书中包括申请人 产品名称 型号 或系列号 产品生产者 或加工场所 认证模式 认证依据的标准和技术规范 发证日期及发证机关 认证采用 CCC ChinaCompulsoryCertification 简作 CCC 即所谓 3C 标志 意思是 中国强制性认证标准 认证费用由国家价格主管部门审批后公布 全国统一的费用 新老认证制度的交替2003年5月1日起 认证机构只受理目录中产品的新证书和新标志的申请 同时 目录中产品都必须获得强制性产品认证证书和相应标志后才能出厂 进口和销售 自2002年5月1日至2003年4月30日 凡已获得老证书 老标志的目录产品 经申请人申请 并由指定的认证机构确认符合条件的 在缴纳有关费用后 可获得新证书和新标志 在2003年4月30日前已经进口或购入 但未能及时出售的商品 只要已获得当时老的认证书和标志 可在所在地的质检行政部门备案 并在其监督下继续销售 在2003年5月1日起 已获得新标志的产品如继续使用印有老标志的外包装时 必须加贴新标志后方可出厂 进口和销售 处罚规定目录内产品已经获证 但未按规定使用标志 虽经勒令改正 但逾期不办的 将处一万元以下罚款 中国最大的资料库下载对未按规定实施认证的目录内产品 处三万元以下罚款 并限期实施认证 对仿造 冒用证书和标志的 将依法律和法规来处罚 对认证机构和指定检测与检查机构出具假证明或伪造有关文件的 将依法承担法律责任 产品使用环境与电磁兼容测试限值及项目 1电磁发射 EME 2敏感度 抗电磁干扰度 EMS 第1页 产品使用环境与电磁兼容测试限值及项目 使用在住宅 商业 轻工业环境和工业环境的产品 由于环境不同 电磁兼容测试限值也不同 但试验端口的设置和试验项目的选择大体上是一致的 试验可以归并为三类 高频电磁骚扰的发射测试 0 15MHz 30MHz的交流电源线传导骚扰测试0 15MHz 30MHz的交流电源线断续骚扰测试 仅家用电器产品有此要求 0 15MHz 30MHz的信号线 控制线 直流电源线传导骚扰测试30MHz 1000MHz的辐射骚扰测试 对家用电器和电动工具做30MHz 300MHz的辐射骚扰测试 低频电磁骚扰的发射测试0 2KHz的工频谐波 电压波动和闪烁测试 产品的抗扰度试验 静电放电试验高频辐射电磁场试验电快速瞬变脉冲群试验雷击浪涌试验由射频场感应所引起的高频传导试验电压跌落试验工频磁场试验 电磁发射 EME a交流电源线的传导骚扰测量b交流电源线断续骚扰测量c信号线 控制线 直流电源线传导骚扰测量d电源线功率辐射e产品工作时在电网中产生的谐波电流的测量 敏感度 抗电磁干扰度 EMS a电快速瞬变脉冲群抗扰度试验b雷击浪涌抗扰度试验c静电放电抗扰度试验d由射频场感应所引起的传导骚扰抗扰度试验 测试频率范围0 15至30MHz 试验在屏蔽室内进行 接地平板用厚度0 5mm以上 面积为2m 2m以上的金属板 接地平板与大地要连接良好 用长宽比小于5 1 厚度为0 5mm的薄铜条 通过屏蔽室与大地连接 试品与屏蔽室墙壁至少相距800mm 试品与人工电源网络之间的距离为800mm 与测量仪器的距离应不小于800mm 人工电源网络与接地平板在射频范围内应具有良好的连接 1 试验布置 Fig1 交流电源线的传导骚扰测量 第1页 2 人工电源网络适用于耦合不对称电压的V型人工电源网络 单相 例 Fig2人工电源网络又称电源线阻抗稳定网络 LISN 它能在射频范围内为受试设备端子与参考地之间提供一个稳定的阻抗 与此同时 又将来自电网的无用信号与测量电路隔离开来 仅将受试设备的干扰电压耦合到测量接收机上 上面线路称为50 50uH的人工电源网络 用于0 15 30MHz频率范围的骚扰电压测量 3 人工模拟手人工模拟手在前面的交流电源线传导骚扰的试验布置中没有提到 但是为了模拟测量传导骚扰电压过程中试验者握持试品 特别是像测试手持式电动工具 时的人手的影响 需要用到人工模拟手 人工模拟手由一个200pF 20 的电容与一个500 10 的电阻串联组成 RC元件的一端与试品上包裹的金属箔联接 另一端接测量系统的地 人工模拟手的RC元件可以装在人工电源网络的箱子内 交流电源线的传导骚扰测量 第2页 测试频率范围0 15至30MHz 1 试验布置 Fig3试验在屏蔽室进行 2 测量原理简述断续骚扰测试又称喀呖声骚扰测试 在家用电器的电磁兼容测试中有此要求 断续骚扰是由机械电子开关瞬时动作而产生的 与连续骚扰相比 断续骚扰在收音机及电视机的音频与视频输出端子上所引起的干扰在人们主观感觉上是不同的 因为它是以短脉冲形式出现的 基于这一原因 对断续骚扰的限值可适当放宽 放宽的程度与脉冲的幅度 宽度及频度有关 当频度用喀呖声率N表示时 N是一分钟内的喀呖声次数 则喀呖声的限值可在连续骚扰限值上分别增加44dB N 0 2 或20lg 30 N dB 或0dB N 30 当一分钟内的喀呖声次数大于30次时 喀呖声骚扰的限值将与连续骚扰相同 反之 当喀呖声的次数不大于5次时 其限值可放宽44dB 放宽到100倍以上 交流电源线断续骚扰测量 第1页 喀呖声骚扰要在规定频率范围内测试160KHz 500KHz 1 4MHz和30MHz四点 其细节规定不详述 可参阅有关标准 3 测试方法A 示波器观察法将示波器的Y轴输入端与干扰测量仪的中频输出端用同轴线连接 即可进行断续骚扰测量 但须由人工从示波器屏幕上读出脉冲的幅度 宽度和脉冲的间隔时间 脉冲的频度 按标准要求 应测试四个规定频点 示波器法的最大优点是设备简单和价廉 它的缺点是费时 费力 而且测试结果还和人的主观因素有关 B 干扰分析仪测量法用干扰分析仪代替示波器来进行测量 由仪器自动辨别脉冲的幅度 宽度和频度 排除人为因素 使试验结果比较客观 国外也有专用的干扰分析仪 此时不须利用干扰测量仪的中频输出 而直接接至人工电源网络的测量端子 这种专用的干扰分析仪可一次测试四个规定频点上的喀呖声情况 交流电源线断续骚扰测量 第2页 信号线 控制线 直流电源线传导骚扰测量 测试频率范围0 15至30MHz 1 试验布置 Fig4以照明设备的独立式光控装置为例 见GB17743 试验在屏蔽室里进行 图中试品 调光器 的左侧部分就是已经介绍过的交流电源线传导骚扰测试的配置 试品右侧及下方的连线分别代表试品到负载 灯泡 及调光控制部分的负载线及控制线 对负载端子和控制线的传导骚扰电压测试 必须使用电压探头 2 电压探头电压探头由一个阻值至少为1 5K 的电阻和一个在测试频率范围内 0 15 30MHz 容抗值远小于电阻值的电容串联组成 使用时 电压探头必须事先校准 以便对试验结果进行修正 第1页 电源线辐射功率 测试频率范围30至300MHz 此方法目前主要用在家用电器和电动工具的辐射骚扰测试上 其前提是试品外形比较小巧 在这种情况下 标准认为试品对外的辐射骚扰主要是通过电源线来进行的 1 试验布置 Fig5 试验在屏蔽室进行 被测导线沿水平方向拉成直线 以便吸收钳能沿导线移动 找出测量频点上的最大指示值 在干扰测量仪的读数指示上 最大测值的位置与被测频率的半波长有关 以30MHz为例 半波长为5m 考虑吸收钳及稳定线路阻抗用滤波装置的长度 该导线至少要7m长 随测试频率改变 要不断改变吸收钳的位置 以便始终保持干扰测量仪上的读数为最大 试品的辐射功率为P0 dBpW V dBuV a式中 V为干扰测量仪的读数 电压 dBuV a为吸收钳的校正系数 dB 此法简便易行 对环境要求不高 有较好的重复性和可比性 第1页 电源线辐射功率 电源线辐射功率 2 功率吸收钳 Fig6吸收钳由宽带射频电流变换器 宽带射频功率吸收体和试品引线阻抗稳定器 及吸收套筒 铁氧体 吸收同轴电缆表面的射频电流 等三部分组成 吸收钳对试品导线呈现的阻抗为100 200 吸收钳的输出阻抗为50 在测定频率范围上相对输入信号无明显谐振 对来自电网的干扰提供足够衰减 当试品有电流流过时 吸收钳磁路不应产生饱和 另外 使用时 吸收钳电流互感器的一侧应朝对试品 第2页 产品工作时在电网中产生的谐波电流的测量 谐波电流的产生 所有非线性负载都能产生谐波电流 尤其是开关电源 电子镇流器 调速装置 不间断电源和铁磁性设备等 下图以开关电源为例 Fig7 谐波电流的危害 谐波电流在低压电网上可能引发的常见问题有 1 电压畸变谐波电流在供电线路的阻抗上产生的压降将引起线路端子电压的畸变 特别是当线路阻抗含有电抗成分时 电压畸变将加剧 畸变了的供电电压将可能使对谐波敏感的设备产生误动作 谐波电压将直接影响电视的图像质量 解决的方法是敏感设备不能与产生谐波电流的设备共处在一条供电线路中 尤其不能处在谐波电流发生设备的后面 而应当在电源处口处关联供电 第1页 产品工作时在电网中产生的谐波电流的测量 2 过零噪声有不少设备要求在电源电压过零时接通设备 以便不产生瞬变过电压 从而减少电磁干扰和对半导体器件的冲击 当线路上含有高次谐波或瞬变过电压时 使电压过零处的变化率很高 甚至在半个周波里出现多个过零点 从而导致过零设备的误动作 3 中线过热在三相星形接法的电路中 每相间的相位差为120 当三相平衡时 中线的合成电流为零 即中线无电流通过 即使三相不平衡时 也只有不平衡电流进入中线 因此 中线的安装截面常比相线减少一半 线路中含有谐波电流时 特别是三次谐波的奇数倍 它们在中线上是相加的 英国有则报导 相电流为100安培时 中线电流竟达到150安培 亦即中线的电流密度是相线的3倍 因此有人建议中线的截面应当加粗到相线的1倍 中线的过电流会造成中线过热和中线压降的增加 4 变压器和感应电动机的影响谐波电流要在变压器的绕组和铁芯上产生损耗 对感应电动机来说 除了增大电动机的损耗外 谐波还会使感应电动机的转矩发生变化 谐波次数 相序 1 2 3 0 4 5 6 0 7 8 9 0 10 11 12 0 零序不产生附加转矩 正序产生正向旋转磁场 使转矩加大 负序产生负身旋转磁场 使转矩喊小 正序和负序分量的共同作用可使电动机产生振动而降低电动机的使用寿命 为此 必要时应降低电动机的额定功率来保证电动机的使用寿命 第2页 产品工作时在电网中产生的谐波电流的测量 5 断路器的误动作剩余电流断路器 俗称漏电断路器 是根据测量相线和中线的电流之和来动作的 如果电流之和大于额定限值 断路器就将切断电流 当有谐滤出现时 漏电断路器就不能准确检测到高频分量之和 从而造成误动作 通常是实际值比测量来得大 结果是断路器该动作时不动作 6 使校正功率因数的电容器过载校正功率因数的电容器是用产生相位超前的电流来抵消感应电动机等感性负载所产生的相位滞后的电流 由于电容器对谐波电流呈现比较低的阻抗 使谐波电流有增加趋势 导致电容器过载 7 集肤效应集肤效应在电网频率下的影响很小而被忽略 但在7次以上谐波时将使集肤效应趋于显著 产生附加损耗而过热 必要时应采用多芯电缆来克服这个问题 GB17625 1标准简介电气和电子产品在用电过程中对电网造成的污染问题在中国的强制性产品认证中受到了重视 在包括照明电器 电动工具 家用和类似用途设备 音视频设备 音视频设备 卫星电视广播接收机和信息技术设备的几大类有磁兼容测试要求的产品中都有谐波电流限制的项目 有关谐波电流限制和测量的国家标准见GB17625 1 低压电气与电子设备发出的谐波电流限值 设备每相输入电流 16A 该标准等同于国际标准IEC6100 3 2 1 谐波电流的测量基础谐波电流的测量基础是 任何周期性的非正弦波形都可以用傅里叶级数表示 亦即 对任何周期性的非正弦波形的测量都可以用各次谐波的幅值和它们的相角测量来代替 第3页 产品工作时在电网中产生的谐波电流的测量 第4页 2 标准要点简述根据用电设备的不同 GB17625 1标准把它们分成四个类型 A类是三相平衡设备 家用电器 不包括列入D类的设备 电动工具 不包括便携式工具 白炽灯调光器 以及音频设备 B类是便携式工具 以及非专用的电弧焊接设备 C类是照明设备 包括灯和灯具 主要功能是照明的多功能设备中的照明部分 放电灯的独立式镇流器和白炽灯的独立式变压器 紫外线或红外线的辐射装置 广告标识的照明 以及除白炽灯外的灯光调节器 D类是功率小于600W的个人计算机 计算机显示器 以及电视接收机 标准对归在不同类别中的设备提出了不同的谐波电流限值 这里不一一列出 可参见标准所述 但限值中对C类设备的要求最严 这与灯具设备使用的普遍性不无关系 第1页 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验的国家标准为GB T17626 4 等同于国际标准IEC61000 4 4 1 试验目的电路中机械开关对电感性负载的切换 通常会对同一电路中的其他电气和电子设备产生干扰 其特点是脉冲成群出现 脉冲重复频率较高 脉冲波形的上升时间短暂 但单个脉冲的能量较小 一般不会造成设备故障 但使设备产生误动作的情况经常可见 根据国外专家的研究 认为脉冲群试验是通过脉冲群对线路中半导体器件结电容的充电 当结电容上的能量积累到一定程度 便会引起线路 乃至设备 的误动作 2 脉冲群发生器脉冲群发生器的基本线路和波形见下图 Fig9 第2页 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 脉冲群发生器的基本技术指标是 脉冲上升时间 指10 到90 5ns 30 50 匹配时测 脉冲持续时间 前沿50 至后沿50 5ns 30 50 匹配时测 脉冲重复频率 5KHz或2 5KHz 脉冲群持续时间 15ms 脉冲群重复周期 300ms 发生器开路输出电压 0 25 4KVp 发生器动太输出阻抗 50 20 输出脉冲的极性 正 负 发生器与电源的关系 异步 3 试验配置 1 电源线耦合 去耦网络用于电源线试验 图中可见 试验发生器来的信号电缆芯线通过可供选择的耦合电容加到相应电源线 L1 L2 L3 N及PE 上 信号电缆的屏蔽层则和耦合 去耦网络的机壳相连 机壳则接参考地 这表明脉冲群实际上是加在电源线与参考线之间 故电源线上的干扰是共模干扰 第3页 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 Fig10 2 电容耦合夹用于信号线 控制线的试验 试验时受试电缆放在耦合夹的上 下两块耦合板之间 耦合板本身尽可能合扰 以提供板与电缆之间的最大电容 夹的两端各有一个高压同轴接头 用最靠近试品这端的接头通过同轴电缆与发生器连接 另外 同轴接头的芯线与下层耦合板相连 同轴接头外壳与耦合夹底板相通 而耦合夹放在参考接地板上 这一结构表明 高压脉冲将通过耦合板与电缆间的分布电容进入受试电缆 而电缆收到的脉冲是相对参考接地板的 所以仍然是共模干扰 第4页 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 Fig11 明确脉冲性质很重要 首先 与试验方法有关 既然是共模干扰 就一定与参考接地板有关 离开了参考接地板 干扰将加不到试品 其次 既然它是共模干扰试验 试验人员在处理干扰时 一定要用针对共模干扰的措施 否则将达不到预定效果 3 其他必须的配置a 参考接地板用厚度为0 25mm以上的铜板或铝板 普通铝板易氧化 宜慎用 用其他金属板材 厚度要大于0 65mm 接地板尺寸取决于试验仪器和试品 以及仪器与试品间所规定的接线距离 1m 参考接地板的各边至少应比上述组合超出0 1m 参考接地板应与实验室的保护地相连 b 试验仪器 包括脉冲群发生器和耦合 去耦网络 放在参考接地板上 试验仪器用尽可能粗短的接地电缆和参考接地板连接 并要求在连接处的阻抗尽可能的小 第5页 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 c 试品用0 1 0 01m的绝缘座隔开后放在参考接地板上 如果是台式设备 则应放置在离参考地板高度为0 8 0 08m的木头台子上 试品 或试验台子 距参考接地板边缘的最小尺寸满足项1 0 1m 的规定 试品应按照安装规范进行布置和连接 以满足它的功能要求 另外 试品应按照制造商的安装规范将接地电缆以尽最小的接地阻抗连接到参考接地板上 注意 不允许有额外的接地情况出现 当试品只有两根电源进线 单相 一根L 另一根N 而且不设专门接地线时 试品就不能在试验时再单独拉一根接地线 同样 试品如通过三芯电源进线 单相 一根L 一根N 及一根电气接地线 而未设专门接地线时 则此试品也不允许另外再设接地线来接地 而且试品的这根电气接地线还必须经受抗扰度试验 d 试品与试验仪器之间的相对距离以及电源连线的长度都控制在1m 电源线的离地高度控制在0 1m 如有可能 最好用一个木制支架来摆放电源线 当试品的电源线为不可拆卸时 而且长度超过1m 那么超长部分应当挽成直径为0 4m的扁平线圈 并行地放置在离参考地上方0 1m处 试品与仪器之间的距离仍控制为1m 标准还规定 上述电源线不应采用屏蔽线 但电源的绝缘应良好 e 试验应在试验室中央进行 除位于试品及试验仪器下方的参考 第6页 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 f 当使用耦合夹做被试系统抗扰度试验时 耦合夹应放在参考接地板上 耦合夹到接地板边缘的最小尺寸为0 1m 同样 除位于耦合板下方的接地板外 耦合夹与其它导电性结构间的最小距离是0 5m 第7页 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 Fig13 如果试验针对系统中的一台设备 如试品1 的抗扰度测试 则耦合夹与试品1的距离保持不变 而将与试品2的距离增到5m以上 标准认为长导线足以使线路上的脉冲损耗殆尽 4 试验方法 对电源线 通过耦合 去耦网络来施加试验电压 对信号线 控制线通过电容耦合夹来施加试验电压 第8页 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 脉冲群试验是利用干扰对线路结电容充电 当其能量积累到一定程序 就可能引起线路 乃至系统 出错 因此线路出错有个过程 而且有一定偶然性 不能保证间隔多少时间必定出错 特别是当试验电压接临界值时 为此 一些产品标准规定电源线上的试验是在线 地之间进行 要求每一根线在一种试验电压极性下做三次试验 每次一分钟 中间间隔一分钟 一种极性做完 要换做另一种极性 一根线做完 再换做另一根线 当然也可以把脉冲同时注入两根线 甚至几根线 由于脉冲群信号在电源线上的传输过程十分复杂 很难判断究竟是分别加脉冲 还是一起加脉冲 设备更容易失效 因此 同时加脉冲也仅仅是一种试验形式而已 最终要由试验来下结论 另一些标准 如GB4343 2 规定一根线上先加2分钟正极性脉冲 稍事休息 再加2分钟负脉冲 可见不同标准有不同规定 但都有相对较长的试验过程 以避免偶然性 并通过多种组合来暴露隐患 通常试品只对其中一根线和一个极性的试验比较敏感 5 试验中的注意点试验配置的规范性非常重要 首先 没有参考接地板 干扰就加不到试品去 其次 没有足够大的接地板 就不能保证试验结果的正确性 另外 由于脉冲群的单个脉冲前沿达到5ns 半宽达到50ns 说明其中含有极其丰富的谐波成分 幅度较大的频率至少要达到60MHz以上 对电源线来说 哪怕长度只有1m 由于长度已可和传输频率的波长相比 已不能以普通电源线对待 信号在上面传输时 部分仍通过线路进入试品 传导 部分要从线路逸出 成为辐射信号进入试品 辐射 故试品受到的干扰实际上是传导与辐射的结合 传导与辐射的比例将与电源线长度有关 线路短 传导多 线路长 辐射强 而且辐射强弱还和电源线与参考接地板的贴近程度有关 反映为线路与参考地之间的分布电容 线路离接地板近 分布电容大 容抗小 干扰不易以辐射方式逸出 反之亦反 因此 试验用电源线的长度 离参考接地板的高度 乃至电源线与试品的相对位置 都可以成为影响试验结果的因素 为了保证试验结果的重复性和可比性 第9页 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 注意试验配置的规范性就变得十分重要了 除了试验配置的规范性外 还要注意每次试验时附在试品上的附加导线根数 及摆设放位置是否一致 这是因为脉冲群试验除了有传导干扰外 还存在一定程度的辐射干扰 不同的导线数目 不同的导线摆放位置 试品对辐射干扰的响应情况是不同的 此外 还要提醒试验人员的是 不同的试验运行程序 也可能影响试验结果 这是因为不同的试验运行程序对试品结电容的充电情况也是不同的 总之 试验人员对试验情况都要仔细记录在案 便于日后对试验结果有可追溯性 6 试验的严酷试等级试验等级分为1 2 3 4和X级 在电源线上试验时 分别取0 5KV 5KHz 1KV 5KHz 2KV 5KHz 4KV 2 5KHz 及待定 在信号线 控制线上试验时 分别取0 25KV 5KHz 0 5KV 5KHz 1KV 5KHz 2KV 5KHz 及待定 这里 电压为发生器储能电容上的电压 频率指脉冲群内单个脉冲的重复频率 严酷度等级的大体分类是 1极 保护良好的环境 如计算机机房 2级 通常有保护的环境 如工厂中的计算机机房和控制室 3级 无保护环境下的设备 如公用电网 工厂 变电站 4级 有严重干扰的环境 如采用气体绝缘的开关或真空开关的变电站 试品选用哪一等级 由产品标准定 7 标准今后发展趋势标准今后发展趋势是脉冲频率提高 但脉冲群长度缩短 每群脉冲的个数基本不变 第1页 雷击浪涌抗扰度试验 雷击浪涌抗扰度试验的国家标准为GB T17626 5 等同于国际标准IEC61000 4 5 1 试验目的自然界的雷击 指间接雷 如云层内 云层间的雷击 或邻近物体遭到的雷击 都可以在户外架空线上感应出浪涌电压和电流 此外 在电站或开关站中 大型开关切换瞬间 也会在供电线路上感应出大的浪涌电压和电流 这两种浪涌的共同特点是能量特别大 用能量作比较 静电为皮焦耳级 脉冲群为毫焦耳级 雷击浪涌则为几百焦耳级 是前两种干扰能量的百万倍 但波形较缓 微秒级 而静电与脉冲群是纳秒级 甚至亚纳秒级 重复频率低 GB17626 5通过模拟雷击浪涌的试验 为电气和电子设备建立一个客观评价抗浪涌干扰能力的标准 2 浪涌发生器标准提到两种浪涌发生器 分别模拟电源线和通信线的浪涌情况 由于线路阻抗不同 两种浪涌的波形也不同 1 用于电源线路试验的综合波发生器 综合波 是指波形参数由标准规定的电压波和电流波是在一个发生器中形成的 发生器输出端开路时 形成电压浪涌波 发生器输出端短路时 形成电流浪涌波 发生器的线路和波形要求见下图 Fig14 第2页 雷击浪涌抗扰度试验 Fig15对综合波发生器的基本要求 开路输出电压 10 0 5KVp至4KVp 第3页 雷击浪涌抗扰度试验 短路输出电流 10 0 25KAp至2KAp发生器内阻 2 这是联系开路电压波和短路电流波的关键 可附加电阻10 或40 以形成12 或42 的内阻浪涌输出极性 正 负浪涌移相范围 0 360 浪涌输出与电源同步时 最大重复频率 至少每分钟1次 2 用于通信线路试验的10 700us浪涌波发生器发生器线路和波形见下图 Fig16对发生器的基本要求是 开路电压波 10 700us开路输出电压 10 0 5KVp至4KVp发生器内阻 40 浪涌输出极性 正 负 第4页 雷击浪涌抗扰度试验 3 试验方法由于浪涌试验的电压和电流滤形相对较缓 因此对试验室的配置比较简单 对于电源线路上的试验 是通过耦合 去耦网络来完成的 下图为单相试验电路例 有差模和共模试验的要求 对通信线路 则与被试线路有关 不一一列出 Fig174 试验中的注意点 试验前务必按照制造商的要求加接保护措施 试验速率每分钟1次 不宜太快 以便给保护器件有一个性能恢复的过程 事实上自然界的雷击现象和变电站大型开关的切换也不可能有非常高的重复率 试验一般正 负极性各做5次 试验电压要由低到高逐渐递升 避免由于试品的I V非线性特性出现的假象 另外 注意试验电压不要超出产品标准的要求 以免带来不必要的损坏 5 验的严酷度等级分为1 2 3 4和X级 电源线差模试验的1级参数未给 其余各级分别为0 5KV 1KV 2KV及待定 电源线共模试验的各级参数为0 5KV 1KV 2KV 4KV及待定 第5页 雷击浪涌抗扰度试验 试验的严酷度等级取决于环境 遭受浪涌可能性的环境 及安装条件 大体分类是 1级 较好保护的环境 如工厂或电站的控制室 2级 有一定保护的环境 如无强干扰的工厂 3级 普通的电磁骚扰环境 对设备未规定特殊安装要求 如普通安装的电缆网络 工业性的工作场所和变电所 4级 受严重骚扰的环境 如民用架空线 未加保护的高压变电所 X级 特殊级 由用户和制造商协商后确定 具体产品选用哪一级 一般由产品标准定 6 对标准的评述现在有不少标准都提到用1 2 50us雷击波做试验的情况 但标准不同 做试验的目的也不同 如高压试验也提到雷击试验 这是做脉冲耐压试验 用的发生器是高电压 高阻抗的 此时尽管发生器电压很高 但能量并不大 而且这种试验是在设备离线状态 不工作状态 下进行的 反之 对GB T17626 5标准 它强调做在线设备的浪涌抗扰度试验 由于线路阻抗低 因此发生器的输出阻抗也要求低 这样看来 适用于做浪涌抗扰度试验的发生器 除了要有足够高的输出电压外 还要求发生器有低输出阻抗和能量输出大的特点 而且由于设备是在线状态 设备工作的状态 进行试验 必须要用到耦合 去耦网络 可见上面提到的两种试验是截然不同的试验 绝对不能混为一谈 静电放电抗扰度试验 常用产品抗扰度标准主要有静电放电 射频辐射电磁场 电快速瞬变脉冲群 雷击浪涌 由射频场引起的传导干扰和电压跌落等六项通用标准 静电放电抗扰度试验静电放电抗扰度试验的国家标准为GB T17626 2 等同于国际标准IEC61000 4 2 1 试验目的静电放电有多种起因 GB T17626 2描述的是在低湿度环境下 通过磨擦使人体带电 带了电的人体 在与设备接触过程中就可能对设备放电 静电放电抗扰度试验模拟了两种情况 1 设备操作人员直接触摸设备时对设备的放电 和放电对设备工作的影响 2 设备操作人员在触摸邻近设备时 对所关心这台设备的影响 静电放电可能造成的后果是 1 通过直接放电 引起设备中半导体器件的损坏 从而造成设备的永久性失效 2 由放电而引起的近场电磁场变化 造成设备的误动作 2 静电放电的模拟下图为静电放电发生器基本线路和放电电流波形 对图中放电电流波形 可预见它含有极其丰富的谐波成分 加大了试验的严酷度 第1页 Fig8 静电放电抗扰度试验 第2页 图中高压真空继电器是目前唯一能产生重复和高速放电波形的器件 线路中的电容代表人体的储能电容 电阻代表人体在手握钥匙和其他金属工具时的人体电阻 标准认为用这种人体放电模型 包括电容量和电阻值 来描述静电放电是足够严酷的 3 放电方式放电有直接和间接两种 直接放电 直接对设备放电 中以接触放电为首选形式 只有在不能用接触放电的地主 如表面覆有绝缘层以及计算机机键盘的缝隙等地方 才改用气隙放电 间接放电 对邻近物体的放电 在标准中用对水平耦合板和垂直耦合板的放电来模拟 以接触放电为唯一放电形式 4 试验配置试验有实验室里的型式试验和在安装现场的现场试验两种 在标准中规定以前者为准 后者是在用户提出需要才进行的一项试验 由于静电放电的电流波形十分陡峭 前沿已经达到0 7 1ns 其包含的谐波成分至少要达到500MHz以上 因此试验室里试验配置的规范性是保证试验结果重复性和可比性的一个关健 5 试验的严酷度等级试验严酷度等级有四级 对接触放电分别为2KV 4KV 6KV 8KV 对气隙放电分别为2KV 4KV 8KV 15KV 等级的选择取决于环境因素 但对一具体产品来说 往往已在相应的产品族标准或产品标准中给出 合格评定准则也一并给出 6 试验评述标准之所以用接触放电作为放电的首选方式 是因为接触放电的不确定因素较少 而且接触放电有着极其陡峭的上升时间 使其包含了极其丰富的谐波成分 即使选择比较低的试验电压 仍能取得严格的考核结果 第1页 由射频场感应所引起的传导骚扰抗扰度试验 由射频场感应所引起的传导骚扰抗扰度试验的国家标准为GB T17626 6 等同于国际标准IEC61000 4 6 1 试验目的在通常情况下 被干扰设备的尺寸要比干扰波的波长短得多 相形之下 设备引线 包括电源线及其架空线的延伸 通信线和接口电缆线等 的长度则可能达到干扰波的几个波长的长度 或更长 这样 设备引线就变成被动天线 接受射频场的感应 变为传导骚扰侵入设备内部 最终以射频电压和电流形成的近场电磁场影响设备的工作 射频场感应所引起的传导骚扰与射频场辐射电磁骚扰恰成一对 相互补充 形成150KHz 1000MHz全频段抗扰度试验 其中150KHz 80MHz为传导抗扰度试验 80MHz 1000MHz为辐射抗扰度试验 2 试验要求和严酷度要求 试验的频率范围为150KHz 80MHz 当试品尺寸较小时 上限频率可扩展到230MHz 为提高试验难度 试验中要用到1KHz的正弦波进行幅度调制 调制深度为80 试验的严酷度等级分为1 2 3和X级的共模试验 试验电压分别为1V 3V 10V和待定 严酷度等级的分类情况与GB T17626 3是相同的 这里不重复 3 基本试验仪器传导骚扰的基本试验仪器由下图组成 第2页 由射频场感应所引起的传导骚扰抗扰度试验 Fig18 1 射频信号发生器 带宽150KHz 230MHz 有幅度调制功能 能手动或自动扫描 扫描点的留驻时间可以设定 输出信号的幅度可自动控制 2 射频功率放大器 取决于试验方法及试验的严酷度等级 3 低通和高通滤波器 用于避免信号谐波对试品产生干扰 4 固定衰减器 误减量固定为6dB 用以减少功放至耦合网络间的不匹配程度 安装时要尽量靠近耦合网络 上述仪器如配上电子毫伏计 计算机及控制软件 可组成自动测试系统 4 试验方法 试验一般在屏蔽室中进行 干扰的注入方法有 耦合 去耦网络 常用在作电源线的抗扰度试验 当信号线数目较少时也常采用 电流钳和电流耦合钳 特别适用于对多芯电缆的试验 其中电磁耦合钳在1 5MHz以上频率 对试验结果有良好再现性 当频率高于10MHz时 电磁耦合钳比常规的电流钳有更好的方向性 并且在辅助设备信号参考点与参考接地板之间不再要求有专门的阻抗 因此使用更方便 第3页 由射频场感应所引起的传导骚扰抗扰度试验 10V等级时 注入方式与功率放大器之间的关系 供参考 注入方式功率放大器的输出功率耦合 去耦网络70W电流钳176W电磁耦合钳28W 电磁兼容ElectromagneticCompatibility EMC 设备或系统在共电磁环境中能正常工作 且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力 电磁兼容裕量装置 设备或系统的抗扰度限值与骚扰源的发射限值之间的差值 产品的电磁兼容性设计 1电磁兼容裕度2产品骚扰的抑制方法3设计指南与应用实例 第1页 产品的电磁兼容性设计 1 电磁兼容裕度2 产品骚扰的抑制方法3 提高产品抗扰度的办法4 产品内部的电磁兼容性设计5 设备安装 现场故障检测及其他 第1页 电磁兼容裕度 设备或系统在共电磁环境中能正常工作 且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力 电磁兼容裕量装置 设备或系统的抗扰度限值与骚扰源的发射限值之间的差值 Fig4 1 产品骚扰的抑制方法 1 干扰的性质类型与引入a电源线上的干扰性质 共模差模 b电源线上的干扰的类型c电源线干扰的引入d干扰对设备工作的影响统计2 干扰的抑制技术a电源线滤波器b铁氧体磁芯的应用c信号线滤波d馈通滤波器e隔离变压器f瞬变干扰吸收器件g设备内部的开关触点干扰处理h含有电动机设备的电磁骚扰抑制 第1页 产品骚扰的抑制方法 产品骚扰的抑制方法主要有三种 接地 屏蔽和滤波 有独立性 又有相互关性 如良好的接地可降低产品对屏蔽和滤波的要求 本节主要讲述接地和屏蔽 对滤波 由于有两面性 既用于抑制骚扰 又用于抗干扰 故放在提高产品抗干扰性能中叙述 接地参考地的概念理想的参考地是一个零电位 零阻抗的物理实体 任何电流通过它时都不会产生压降 理想的参考地可为设备中的任何信号提供公共的参考电位 实际设备中的参考地往往是一块大面积的金属板 如设备的底板 专用接地铜排 甚至是设备的框架 理想的参考地并不存在 即使是超导体 由于电子在渡越中也有延迟而呈现某种电抗效应 但参考地的概念对于设备的电磁兼容性仍有重要意义 设备参考地的接法有三种基本的设备参考地接法 浮地 单点接地和多点接地 混合接地由单点接地和多点接地派生 浮地采用浮地的目的是将设备或电路与公共地或可能引起环流的公共导体隔离开来 浮地还可以使不同电位的电路间配合 通过光耦或变压器 变得容易 第2页 产品骚扰的抑制方法 浮地的优点是抗干扰性能好 且容易实现 浮地的缺点是由于设备不与大地直接连接 容易产生静电积累 当电荷积累到一定程序 会在设备与大地之间产生强烈放电 成为破坏性很强的干扰源 作为折衷 可在采用浮地的设备与公共地之间接进一个阻值很大的电阻 用以泄放静电荷 屏蔽采用屏蔽有两个目的 一是限制内部的辐射电磁能越出某一区域 二是防止外来的辐射进入某一区域 屏蔽按其机理可分为电场屏蔽 磁场屏蔽和电磁场屏蔽三种 第1页 电源线上的干扰性质 共模差模 电源线上的干扰按电流流动的路径分为 共模 和 差模 两种方式 共模 干扰是指存在于火线 中线对大地 或其他参考物之间的干扰 对三相电路来说 共模干扰是指存在于任何一相及中线与大地之间的干扰 共模干扰提示了干扰是由辐射或串扰形式耦合到电路里面的 如雷电 设备近处的电弧 附近的电台 其他大功率辐射装置在电源线上的干扰 也包括机箱内部线路或其他电缆对电源线的干扰 由于是来自空间的感应 故对每一根线的作用是同相的 差模 干扰是线与线之间的干扰 如电源相线与中线之间的干扰 对三相电路来说 差模干扰还指存在于相线与相线之间的干扰 由一个不接地的干扰源引起的首先只有异相 差模 干扰 它是沿着在接通的导线上传播 如同网络电流一样 干扰电流也是在一个导体上流向干扰装置并在另一个导体上流回到干扰源 差模干扰主要是在低频的范围中 直到几百KHz 差模干扰提示了干扰是源于同一电源线路之中 如同一线路中工作的电机 开关电源 可控硅等 它们在电源线上所产生的干扰就是差模干扰 Fig4 2 1a 1 第2页 电源线上的干扰性质 共模差模 当前共模干扰是我们考虑的重点 这从常用的抗扰度试验内容可以得到证实 其中静电试验 高频辐射电磁场试验 电快速瞬态脉冲群试验 线 地间的雷击浪涌试验和由射频场感应所引起的传导试验等都是共模试验 共模干扰的频率一般分布在1MHz以上 只有比较高的频率信号才容易形成空间感应 共模干扰是由干扰源和干扰装置中的寄生电容在接地回路中引起的一个干扰电流 这个同相 共模 干扰电流在两个连接线上流向干扰装置并通过地线流回 因为寄生电容随着频率的增高越来越多的转变成短路 并在连接线上耦合 在频率高于几MHz时在设备中形成的共模干扰电流要引起足够的重视 共模干扰在线路传输的过程中还会向空间辐射 这是因为线 地阻抗较大的原故 电源线的辐射 特别是进入设备内部后的电源线辐射 可进一步耦合到信号电路去形成干扰 很难防范 因此 设备的敏感度问题大部分是由共模干扰引起的 差模干扰的频率一般较低 如在1MHz以下 与共模干扰相比 差模干扰的处理相对较易 因此 在抗扰度试验中属于差模试验的内容也较少 针对不同的干扰方式 应当寻找不同的处理对策 因此 区分电源线上的干扰方式是十分重要的 现成的抗扰度试验中干扰方式分类是明确的 技术人员可对症下药 而用电流探头来测试可为确认干扰方式提供一种简便的方法 探头 可用磁环担当 在磁环上绕几匝线圈用作测量线圈 测量线圈接到示波器的观察探头上 先单独环绕每一根电源线 观察线路上的干扰情况 然后探头同时环绕几根电源线 再观察线路上的干扰情况 如果在同时观察几根线上的干扰是较一根为加强的 则此种干扰属共模干扰 反