电磁兼容讲座第二讲低压电器电磁兼容试验及标准_一.pdf

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1、专题讲座 低压电器电磁兼容讲座第二讲 低压电器电磁兼容试验及标准(一)费光裕 王 渊 徐强华 上海电器科学研究所(200063)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。叙 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 低压电器标准中图分类号:TM 52 TM 520.6.EMC Tests and Standards for Low Voltage Electrical Apparatus(1)FEI Guangyu WANG Yuan X U

2、QianghuaShanghai Electrical Apparaturs Research Institute(200063)Abstract:T his paper introduced electromagnetic compatibility tests,in cluding the test of conducted distur-bance voltage,radiated disturbance field,radiated radio-frequency electromagnetic field immunity and electrical fasttransient/b

3、urst(EFT/B)immunity,and the standards related to low voltage electrical apparatus.Key words:electromagnetic compatibility test conducted disturbance voltage radiated distrubance field radiated radio-frequency electromagnetic field immunity electrical fast transient/burst(EFT/B)immunity lowvoltage el

4、ectrical apparatus standards第一作者 费光裕,男,1938 年生,1965年浙江大学毕业,高级工程师。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(idt CISPR11:1990)工

5、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(idt CIS-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。表 1 环境 1 的传导发射限值频率范围/MHz限值/(dB#LV)准峰值平均值参考标准0.15 0.5(按频率对数下降)66 5656 460.5 5 56465 306050CISPR11B 级1 组或CISPR22B 级 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

6、平均值表 2 环境 2 的传导发射限值频率范围/MHz限值/(dB#LV)准峰值平均值参考标准0.15 0.5 79660.5 5 73605 307360CISPR11A 级1 组或CISPR22A 级 注:在频率转换处应采用较低的限值)54)低压电器(2001l 4)第二讲 低压电器电磁兼容试验及标准(一)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

7、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(Artificial Main Network,AMN)。AMN 有下列三大作用:在规定的频率范围内,为 EUT(被试设备)提供所需的负载阻抗

8、Z1(通常 Z1U R1=50 8),在这阻抗两端的电压降是 EUT 骚扰电压;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

9、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 80 dB 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,

10、EUT 放在一个至少 80 cm 高的绝缘材料试验台上,它离屏蔽室某个墙面为 40 cm,其余的导电平面至少距参考接地平面 80 cm。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(idt CISPR11:1990)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(idt CI

11、S-)55)第二讲 低压电器电磁兼容试验及标准(一)低压电器(2001l 4)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。表 3 环境 1 的辐射发射限值频率范围/MHz限值/(dB#LV#m-1)参考标准20 230230 1000见注(1)30准峰值37准峰值(此为 10m 处测量,见注(2)CISPR11B级1 组或CISPR22B级 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10 dB表 4 环境 2 的辐射发射限值频率范围/MHz限值/(dB#LV#m-1)参考标

12、准30 230230 1000见注(1)30准峰值37准峰值(此为 30m 处测量见注(2)CISPR11 A 级1 组或CISPR22 A 级注:(1)在频率转换处应采用较低的限值(2)可以在距离 10 m 处测量,限值增加 10dB,或在距离 3m处测量,限值增加20 dB2.2 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A F=E/U式中单位:E/(V#m-1);U/V;AF/m-1。用 dB值表示为AF=20lg(E/U)=20lgE-20lg U

13、AF=E-U(dB)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+L2.3 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

14、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 4 m 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

15、最小高度调低到 1 m 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 30 m 外可产生大于 10 V/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)56)低压电器(2001l 4)第二讲 低压电器电磁兼容试验及标准(一)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

16、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 1 kHz 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 80100 MHz。表 5 未调制信号场强的试验等级试验等级试验场强/(V#m-1)1123310X待定 注:(1)GB/T 14048.1-2000 推 荐使 用等级 3

17、,即场 强10(V#m-1)(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

18、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 15 dB。(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 0.1 m 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。

19、(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。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 0.8 m,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 0.1 m 的非金属支撑物上。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)57)第二讲 低压电器电磁兼容试验及标准(一)低

20、压电器(2001l 4)导线,暴露在电磁场中的连线距离被试品为 1 m;如果生产厂规定长度不大于 3 m,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 3 m 或无规定,则受辐射的线长为 1 m,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 1 000 MHz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

21、1 kHz 正弦波对信号进行 80%的幅度调制,在 80 1 000 MHz 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 3 m。(待续)(上接第 34 页)2.5 家居布线器材和待开发的设备实施家居布线和充分利用建成的布线系统,使之能完全满足家居中各类信号的可靠传输,需要开发或引进下列适合家用的器材和设备:线缆端接器材,线缆中心配线架器材件,适于直接埋入水泥沙浆中的塑套双绞线电缆和同轴电缆,对外自动呼叫/通

22、报设备,线缆复用设备,声/光警示设备,适用于家用的传感器(控制用和报警用),适用于家用的微型不间断电源等。收稿日期:2000-02-26上海电器科学研究所派代表团赴美参加 ODVA 年会 ODVA 是 Device Net 总线制造商协会,其国际会员已达 400多家。ODVA 总部设在美国,并在日本、韩国、澳大利亚、新西兰、中国和欧洲等地建立了分部。今年 6 月 10 13 日在美国迈阿密召开 ODVA 第七届年会。出席年会的有 ODVA 成员单位、Device Net 总线有关产品供货商、用户、高校以及 ODVA 在世界各地的分部共 300 多名代表。来自上海电器科学研究所的 ODVA Ch

23、ina 主席何瑞华、执行代表蔡忠勇和代表周海麟参加了会议。6 月 10 日下午,ODVA 新的执行董事 Frank Wood 先生约见日本、中国和韩国的分部代表,听取三个分会汇报工作。中国代表团的介绍得到在座的董事和特邀代表的一致赞赏。6 月 11日年会分组活动,包括 DeviceNet 大学、EntherNet/IP 开发人员培训、各专题研讨会、各特别兴趣小组活动等。我们列席旁听了 Device Net 一致性实验室工作会议,这是 ODVA 在美国、日本、英国三个实验室首次协调会。商讨了试验中申请程序至测试通过后一致性测试报告的发放等一系列有关问题。6 月 12 日召开 ODVA 董事会,O

24、DVA 在世界各地分会的代表列席了会议,并汇报各自分会工作。中国代表介绍了 ODVA China 活动情况及存在的问题。新任执行董事 Frank 先生肯定 ODVA China 的工作是/Good job0,并说ODVA China 的介绍是对他工作的有力支持。6 月 13日,召开全体会员大会,由 Frank 先生主持并介绍ODVA 情况,ODVA 在各地分部的代表介绍各自活动情况。之后有 6 个专题技术报告:Device Net 的年度应用)介绍 DeviceNet 在一种自动化设备上的应用;在线 DeviceeNet(技术及产品);设备网络的未来;EtherNet/IP 概述;SIG 报告:ODVA 体系结构;一致性试验:该做的和不该做的,为什么?从这些报告中可以看出:ODVA 组织正在不断发展(将在新加坡、印度建立分部),DeviceNet 总线技术及其应用在不断发展,包括与 EtherNet 网直接连接并向无线化发展。通过本次会议,我们不仅了解了 DeviceNet 发展趋向,广交朋友,与新任执行主席 Frank 先生建立了良好关系,为 ODVA 总部进一步支持 ODVA China 工作奠定了良好基础。(上海电器科学研究所 何瑞华 供稿)58)低压电器(2001l 4)第二讲 低压电器电磁兼容试验及标准(一)