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电磁兼容(EMC)的测试条件及方法

导读: 按电磁骚扰源分类,可分为自然骚扰源人为骚扰源和瞬态骚扰源三类。

电磁骚扰源的特性

1.规定带宽条件下的发射电平

2.频谱宽度

按照电磁骚扰能量的频率分布特性,可以确定其频谱宽度。连续波骚扰中,交流声骚扰的频谱宽度最窄,而脉冲骚扰中,单位脉冲函数的频谱宽度最宽。

3.波形

电磁骚扰有各种不同的波形。波形是决定电磁骚扰频宽度的一个重要因素。

4.出现率

电磁骚扰场强或功率随时间的分布与电磁骚扰的出现率有关。按电磁骚扰的出现率可分为周期性骚扰、非周期性骚扰和随机骚扰三种类型。

5.辐射骚扰的极化特性

极化特性指在空间给定点上,骚扰场强矢量的方向随时间变化的特性,取决于天线的极化特性。当骚扰源天线和敏感设备天线极化特性相同时,辐射骚扰在敏感设备输入端产生的感应电压最强。

6.辐射骚扰的方向特性

骚扰源朝空间各个方向辐射电磁骚扰,或敏感设备接收来自各个方向的电磁骚扰的能力是不同的,描述这种辐射能力或接收能力的参数称为方向特性。

7.天线有效面积

这是表征敏感设备接收骚扰场强能力的参数,显然,天线有效面积越大,敏感设备接收电磁骚扰的能力也越强。

电磁骚扰源的分类

按电磁骚扰源分类,可分为自然骚扰源人为骚扰源和瞬态骚扰源三类。

1.自然骚扰源

自然骚扰源以其不可控制为特点,自然骚扰源根据其不同的起因和物理性质可分为电子噪声、天电噪声、地球外噪声以及沉积静电等其它自然噪声共四类。

它们所产生的电磁骚扰,其统计特性变化很大,有时呈频谱平坦的高斯分布,有时又呈现偶尔发生的脉冲骚扰。

这类骚扰是一种客观存在,只有掌握其分布及变化规律,才能提供电磁环境电平。

(1)电子噪声源

电子噪声主要来自设备内部的元器件,是决定接收机噪声系数的重要因素,常见的电子噪声源包括热噪声、散弹噪声、 分配噪声、1/f噪声和天线噪声等。

(2)天电噪声

天电噪声是大气层中发生的各种自然现象,包括雷电等,所产生的无线电噪声能引起电磁骚扰,是30mhz以下占优势的自然骚扰源,对无线电通信影响很大。

(3)地球外噪声

即来自地球外层空间的噪声,主要噪声源包括太阳、天空背景辐射和分布在银河系的宇宙源。

(4)沉积静电等其它自然噪声 _

由飞行器放出的静电所造成的电磁骚扰称为沉积静电,是一个重要的自然骚扰源, 它引起的电磁骚扰会直接影响整个飞行器的效能和安全。飞行器表面静电荷累积和由此引起的电晕放电和流光放电所产生的骚扰, 其频谱分布在几赫至吉赫的范围内,严重影响高频、甚高频和超高频段的无线电通信和导航。大自然中还存在一些其它自然噪声,也应引起注意。

2.人为骚扰源

人为骚扰源以其可知并且可控为特点,人为骚扰可分为无线电骚扰和非无线电骚扰两大类。

(1)连续波骚扰源

连续波骚扰源产生的电磁骚扰主要是纯的或窄带信号

调制的正弦波,以及高重复频率的周期性信号。

这种骚扰源有以下几种:

a. 发射机:所产生的电磁骚扰包括有意发射信号、谐波发射信号以及乱真发射信号。

b. 本机振荡器:接收机本振所产生的基波和谐波可经过电源线传导,然后从机壳或天线直接辐射。

c. 交流声: 是由进入系统的周期性低频信号所引起的连接波骚扰。

3.瞬态骚扰源

工业、科学和医用设备(ism),车辆、机动船和火花点火发动机装置, 家用电器、便携式电动工具和类似电器、荧光灯和照明装置,以及信息技术设备是主要的瞬态骚扰源。

(1)开关转换动作

带触点的开关设备断开时,在开关两触点之间的距离由零过渡到断开的瞬间,将产生火花放电而形成骚扰。由于电流迅速从一定值减小到零,di/dt很大,在带有电感线圈的开关设备中会产生幅值很高的瞬时电压脉冲。

(2)在各种电机中,含有整流子和电刷的旋转电机所产生的骚扰最大。

(3)点火装置

车辆、船舶等采用的内燃机驱动设备内,装有火花点火装置。当所储存的电荷通过火花塞进行火花放电时,放电电流的峰值约200安,放电时间在微秒以内,峰值电压高达10千伏以上。

(4)高压输电线

输电线所产生的辐射骚扰有两种类型;间隙击穿和电晕放电。

4.非线性现象

几乎所有电磁骚扰都与非线性有关。

电磁兼容测试的条件与方法

测量依赖3个方面因素:方法、技术、设备。方法由测量原理和测量设备的使用方法两者来确定,技术是为了得到正确的测量结果(较高的准确度)而采取的一切测量手段,设备则是体现上述两个因素为测量服务的一切技术装置。这些都必须标准化,以保证测量具有重现性和真实性。

EMC测量条件由测量方法决定。

必须指出,把环境作为抗扰度测量的相关条件是抗扰度测量的重要特点。因为如果忽视这些相关,不考虑装置的应用工作环境条件,而认为装置应该“独立”,应该适合于插入任何说说组合装置(或系统)中,就会由此产生所有被测装置都必须接受全部项目的干扰实验,并且要达到最高严酷度等级的错误结论。这不仅对要用的装置造成过高的不合理的严格限制,而且还会因需要进行大量实验而不得不承担很大的经济负担。

另外,抗扰度测量涉及到高压信号,除了应严格遵守有关安全规定外,还有必要在抗扰度实验后再对设备进行安全测量。

对于交流稳压电源这类大功率电工产品,选取从市电导入的以高频、高能为特征的抗扰度项目,并且选购较其它电工、电子产品要高的严酷度等级,是必要的。

抗扰度测量的另一重要特点是对实验发生器技术参数作出严格而明确的规定。为了对设备的抗扰度性能进行比较,就要有说说能产生比较一致并可重复再现的实验装置,这就是干扰模拟发生器。显然必须规定发生器的输出内阻、输出波形规则、开路电压幅度和误差;以保证实验结果的一致,重复性好。否则,因不同被测设备源端阻抗不同,对发生器的阻抗匹配不同而无法使发生器在带载下输出波形或幅度相同。实际上,阻抗不匹配就是抑制电磁骚扰的一个有效手段。

交流稳压电源对外界(通过市电网络)的电磁骚扰测量项目有:谐波传导干扰测量、高频传导干扰测量。

谐波传导干扰测量是对设备的电源进线入端工频电流谐波进行测量;测出40次以下各次电流谐波最大值,对三相电源还应测量中线的电流谐波。在交流稳压电源性能项目中以源电流相对谐波含量来考核此项目。

射频辐射干扰测量较复杂,涉及到测量场地、天线、测量线路连接等测量技术。测量场地为野外开阔、背景电磁噪声电平至少比允许极限值小6dB。这种规则很难实现,标准还推荐可以用电磁屏蔽室(还有如电波暗室等)作为替换。测量辐射场强时被测设备应严格按实际工作方式接线,电源线、信号线都不允许特意卷曲、收缩,以反映真实性。

测量依赖3个方面因素:方法、技术、设备。方法由测量原理和测量设备的使用方法两者来确定,技术是为了得到正确的测量结果(较高的准确度)而采取的一切测量手段,设备则是体现上述两个因素为测量服务的一切技术装置。这些都必须标准化,以保证测量具有重现性和真实性。

EMC测量条件由测量方法决定。具体测量方法分为在实验室条件下进行的实验台法和在实际使用条件下进行的现场法。要模拟现场可能碰到的所有干扰现象是不可能的,特别是现场法具有无法克服的局限性。但通过标准化的测量可以较全面地获取被测设备EMC性能怎么的信息。为此,国际上推荐首先采用实验台法,除非无法在实验室进行,一般不用现场法。

抗扰度测量主要方法是按照设备所处的电磁环境条件,结合用户对设备采取的方法,选购合适的严酷度等级,依照有关测量方法进行测量,最后根据产品标准提出的合格判决条件评定测量结果是否合格。这是抗扰度测量和其它测量主要差异之处。

电磁环境中的电磁骚扰源、电磁骚扰源对设备的耦合方式、设备对电磁骚扰的敏感度以及用户对工作现场的防护方法直接和严酷度等级相关。即使用环境决定了干扰的形式,安装防护条件决定了干扰的严酷度等级。GB/T13926.4具体规定了在电磁环境中和严酷度等级相对应的设备工作下的电气环境条件:

1级,具有良好保护的环境,如计算机房;

2级,受保护的环境,如工厂和电厂的控制室或终端室;

3级,典型的工业环境,如工业过程装置、电厂和露天高压变电所的继电器房等场所;

4级,严酷的工业环境,如电站、未采取特殊安装方法的工业过程设备、室外区域等。

IEC801-5中针对电涌的源为电力切换瞬变或间接雷击的闪电瞬变,对设备的安装条件和防护设施作如下分类(适用电涌):

0类:保护良好的、有一次和二次过压保护的电气环境,通常处于特殊的房间内,电涌电压不会超过25V;

1类:局部保护的、有一次过压保护的电气环境,电涌电压不超过500V;

2类:电源线和其它线路分离开,电缆隔离良好的电气环境,电涌电压不超过1kV;

3类:电源电缆和信号电缆并行敷设的电气环境,电涌电压不超过2kV;

4类:互连线象室外一样沿着电源电缆敷设,且电子电路和电气线路均使用电缆的电气环境,电涌电压不超过4kV;

5类:非人口稠密区内电子装置联接电讯电缆和架空电源线的电气环境。

对0类不做电涌测量。一般电源产品处于1类或2类电气环境,可选购严酷度等级为1级或2级。

必须指出,把环境作为抗扰度测量的相关条件是抗扰度测量的重要特点。因为如果忽视这些相关,不考虑装置的应用工作环境条件,而认为装置应该“独立”,应该适合于插入任何说说组合装置(或系统)中,就会由此产生所有被测装置都必须接受全部项目的干扰实验,并且要达到最高严酷度等级的错误结论。这不仅对要用的装置造成过高的不合理的严格限制,而且还会因需要进行大量实验而不得不承担很大的经济负担。

另外,抗扰度测量涉及到高压信号,除了应严格遵守有关安全规定外,还有必要在抗扰度实验后再对设备进行安全测量。

对于交流稳压电源这类大功率电工产品,选取从市电导入的以高频、高能为特征的抗扰度项目,并且选较其它电工、电子产品要高的严酷度等级,是必要的。

抗扰度测量的另一重要特点是对实验发生器技术参数作出严格而明确的规定。为了对设备的抗扰度性能进行比较,就要有说说能产生比较一致并可重复再现的实验装置,这就是干扰模拟发生器。显然必须规定发生器的输出内阻、输出波形规则、开路电压幅度和误差;以保证实验结果的一致,重复性好。否则,因不同被测设备源端阻抗不同,对发生器的阻抗匹配不同而无法使发生器在带载下输出波形或幅度相同。实际上,阻抗不匹配就是抑制电磁骚扰的一个有效手段。

交流稳压电源对外界(通过市电网络)的电磁骚扰测量项目有:谐波传导干扰测量、高频传导干扰测量。

谐波传导干扰测量是对设备的电源进线入端工频电流谐波进行测量;测出40次以下各次电流谐波最大值,对三相电源还应测量中线的电流谐波。在交流稳压电源性能项目中以源电流相对谐波含量来考核此项目。

交流稳压电源的传导干扰实验同其它电子产品一样,可采用GB6833-86电子测量仪器EMC性实验规范(参照采用HP公司标准或GB9254-88信息技术设备的无线电干扰极限值和测量方法(等效采用CISPR 22 1985)。高频传导干扰测量中一个重要测量装置是要用人工电源网络(ArTIficialMainNetwork),在美国标准中则称为电源阻抗稳定网络(LineImpedanceStabilizaTIonNetwork,LISN)。这是由于不同电力条件下,市电在不同设备电源输入端呈现的高频阻抗也不相同,为使测量结果反映真实情况,必须在受试设备和其电源端子间接入合乎规则的网络,该网络既能使设备和电网间实现射频隔离,又能为设备提供稳定的高频阻抗。人工电源网络的支路数和供电系统的线路数相同,网络和干扰测量仪之间的连接应保证阻抗匹配(50Ω/50μH),对每根电源线分别进行测量,测量的是干扰电压值。GJB152-86则推荐采用电流探头法测量传导干扰电流;其中在电源线和地之间并接10μF穿心电容器,作用和LISN相同。电流探头法使用简便,测量迅速,便于现场测量,较接近实际情况,可能今后测量以其为主。此外,军标采用峰值检波器,GB9254采用准峰值检波器。

射频辐射干扰测量较复杂,涉及到测量场地、天线、测量线路连接等测量技术。测量场地为野外开阔、背景电磁噪声电平至少比允许极限值小6dB。这种规则很难实现,标准还推荐可以用电磁屏蔽室(还有如电波暗室等)作为替换。测量辐射场强时被测设备应严格按实际工作方式接线,电源线、信号线都不允许特意卷曲、收缩,以反映真实性。

总之,采用交流稳压电源使用价值规则,其EMC性能应当是:除了本身能达到较高严酷度等级的抗扰度指标、合格的电磁干扰限制以及提供合适的交流电压条件外,更重要的是要为其负载(对电磁干扰敏感的电子仪器设备特别是信息技术设备),在较严酷电磁环境条件下工作,提供充足的EMC安全裕度。这不但是交流稳压电源的基本功能,而且也是对其的EMC规则及对其进行EMC测量的依据。

如果你在进行电磁兼容的设计或分析,了解电磁兼容测试的条件与方法及要素至关重要,只有熟练掌握电磁兼容测试的条件与方法及要素,在设计上才能得心应手!

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