電磁兼容測試指南介紹

電磁兼容測試指南介：

產(chǎn)品自身所產(chǎn)生的電磁騷擾的測量方法
在GB4343、GB4824、GB9254和GB17743（分別對應于家用電器和電動(dòng)工具、工科醫射頻設備、信息技術(shù)設備、電氣照明設備）等產(chǎn)品族標準中都提到了做電磁騷擾發(fā)射的測量。盡管產(chǎn)品相差很遠，但試驗的項目和試驗的方法還是有共通的地方，下面分別介紹之（對于GB13837標準所講述的聲音和廣播電視接收設備，以及GB14023標準所講述的車(chē)輛、機動(dòng)船和由火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機驅動(dòng)的裝置，的特殊性，在測試內容和測試方法上較大差異，不予敘述）。
2.1 交流電源線(xiàn)的傳導騷擾測量
（測試頻率范圍0.15至30MHz）
① 試驗布置
·試驗在屏蔽室內進(jìn)行。
·接地平板用厚度0.5mm、面積為2m×2m的金屬板。接地平板與大地要電氣連接（或用長(cháng)寬比小于5：1、厚度為0.5mm的薄銅條，通過(guò)屏蔽室與大地連接）。                  
·試品與屏蔽室墻壁至少相距800mm。
·試品與人工電源網(wǎng)絡(luò )的距離為800mm；與測量?jì)x器的距離應不小于800mm。人工電源網(wǎng)絡(luò )與接地平板在射頻范圍內應具有的連接。
② 干擾測量?jì)x
干擾測量?jì)x是一臺測量動(dòng)態(tài)范圍大、靈敏度高的專(zhuān)用測量接收機。測量的對象是微弱的連續波信號，是幅值很強的脈沖信號，要求測量接收機本身的噪聲極小，靈敏度很高，檢波器的動(dòng)態(tài)范圍大，前級過(guò)載能力強，而且在整個(gè)測量頻段內的測量精度能滿(mǎn)足±2dB的要求。干擾測量?jì)x的輸入阻抗為50Ω。
與普通的場(chǎng)強儀不同，場(chǎng)強儀主要用于測量廣播、電視的信號場(chǎng)強及工科醫射頻設備的輻射場(chǎng)強。這些信號都是正弦波的電磁場(chǎng)。
與頻譜儀也不同，頻譜儀常采用峰值檢波，比干擾測量?jì)x有快得多的測量速度。                                    
電磁騷擾測量的產(chǎn)品族標準都是從CISPR（國際無(wú)線(xiàn)電干擾特別委員會(huì )）標準轉化過(guò)來(lái)的。其本意都是保護通信和廣播的暢通，這一切都與人的主觀(guān)聽(tīng)覺(jué)效果有關(guān)，平均值檢波、峰值檢波都不足以說(shuō)明脈沖性質(zhì)干擾對聽(tīng)覺(jué)造成的效果，而用到準峰值檢波的概念，后者與干擾對聽(tīng)覺(jué)造成的效果相一致。
平均值檢波：其最大特點(diǎn)是檢波器的充放電時(shí)間常數，特別適用于連續波的測量。
峰值檢波：特點(diǎn)是充電的時(shí)間常數很小，即使是很窄的脈沖也能很快地充到穩定的峰值。當中頻信號消失后，電路的放電時(shí)間常數很大，檢波的輸出電壓可在很長(cháng)一段時(shí)間內保持在峰值上。
準峰值檢波：它的充放電時(shí)間常數介于平均值和峰值檢波，檢波器的輸出既與干擾的幅度有關(guān)，又與干擾的重復頻率有關(guān)。其輸出與干擾對聽(tīng)覺(jué)造成的效果相一致。
干擾測量?jì)x通常都擁有這三種檢波功能。            
三種檢波方式的比較：
③ 人工電源網(wǎng)絡(luò )
適用于耦合不對稱(chēng)電壓的V型人工電源網(wǎng)絡(luò )（單相）例：
人工電源網(wǎng)絡(luò )又稱(chēng)電源線(xiàn)阻抗穩定網(wǎng)絡(luò )（LISN），它能在射頻范圍內為受試設備端子與參考地提供一個(gè)穩定的阻抗。與此，又將來(lái)自電網(wǎng)的無(wú)用信號與測量電路隔離開(kāi)來(lái)，僅將受試設備的干擾電壓耦合到測量接收機上。上面線(xiàn)路稱(chēng)為50Ω/50μH的人工電源網(wǎng)絡(luò )，用于0.15～30MHz頻率范圍的騷擾電壓測量。
④ 人工模擬手
人工模擬手在前面的交流電源線(xiàn)傳導騷擾的試驗布置中沒(méi)有提到，但是模擬測量傳導騷擾電壓過(guò)程中試驗者握持試品（特別是像測試手持式電動(dòng)工具）時(shí)的人手的影響，用到人工模擬手。
人工模擬手由一個(gè)200pF（±20%）的電容與一個(gè)500Ω（±10%）的電阻串聯(lián)組成。RC元件的一端與試品上包裹的金屬箔聯(lián)接，另一端接測量系統的地。人工模擬手的RC元件可以裝在人工電源網(wǎng)絡(luò )的箱子內。
2.2 交流電源線(xiàn)斷續騷擾測量
（測試頻率范圍0.15至30MHz）
①試驗布置　
試驗在屏蔽室內進(jìn)行。
②測量原理簡(jiǎn)述
斷續騷擾測試又稱(chēng)喀嚦聲騷擾測試，在家用電器的電磁兼容測試中有此要求。斷續騷擾是由機械電子開(kāi)關(guān)瞬時(shí)動(dòng)作而產(chǎn)生的。
與連續騷擾相比，斷續騷擾在收音機及電視機的音頻與視頻輸出端子上所引起的干擾在人們主觀(guān)感覺(jué)上是不同的，它是以短脈沖形式出現的�；�于這一原因，對斷續騷擾的限值可適當放寬。放寬的程度與脈沖的幅度、寬度及頻度有關(guān)。當頻度用喀嚦聲率N表示時(shí)（N為一分鐘內的喀嚦聲次數），則喀嚦聲的限值可在連續騷擾限值上分別44dB（N<0.2），或20lg（30/N）dB，或0dB（N>30）。表明，當一分鐘內的喀嚦聲次數大于30次時(shí)，喀嚦聲騷擾的限值將與連續騷擾；反之，當喀嚦聲的次數不大于5次時(shí)，其限值可放寬44dB（放寬至100倍）。
喀嚦聲騷擾要在規定頻率范圍內測試160kHz、500kHz、1.4MHz和30MHz四點(diǎn)，其細節規定不詳述，可參閱有關(guān)標準。
③ 測試方法
A. 示波器觀(guān)察法
將示波器的Y軸輸入端與干擾測量?jì)x的中頻輸出端用同軸線(xiàn)連接，進(jìn)行斷續騷擾測量。但須由人工從示波器屏幕上讀出脈沖的幅度、寬度和脈沖的間隔時(shí)間（脈沖的頻度）。按標準要求，應測試四個(gè)規定頻點(diǎn)。
示波器法的最大優(yōu)點(diǎn)是設備簡(jiǎn)單和價(jià)廉。它的缺點(diǎn)是費時(shí)、費力，而且測試結果還和人的主觀(guān)因素有關(guān)。
B. 干擾分析儀測量法
用干擾分析儀代替示波器來(lái)進(jìn)行測量。由儀器自動(dòng)辨別脈沖的幅度、寬度和頻度，排除人為因素，使試驗結果比較客觀(guān)。
國外也有專(zhuān)用的干擾分析儀，不須干擾測量?jì)x的中頻輸出，而直接接至人工電源網(wǎng)絡(luò )的測量端子。這種專(zhuān)用的干擾分析儀可一次測試四個(gè)規定頻點(diǎn)上的喀嚦聲。
2.3 信號線(xiàn)、控制線(xiàn)、直流電源線(xiàn)傳導騷擾測量（測試頻率范圍0.15至30MHz）
① 試驗布置

以照明設備的獨立式光控裝置為例（見(jiàn)GB17743），試驗在屏蔽室里進(jìn)行�！　　�
圖中試品（調光器）的左側部分已經(jīng)介紹過(guò)的交流電源線(xiàn)傳導騷擾測試的配置。試品右側及下方的連線(xiàn)分別代表試品到負載（燈泡）及調光控制部分的負載線(xiàn)及控制線(xiàn)。
對負載端子和控制線(xiàn)的傳導騷擾電壓測試，使用電壓探頭。
② 電壓探頭
電壓探頭由一個(gè)阻值至少為1.5kΩ的電阻和一個(gè)在測試頻率范圍內（0.15～30MHz）容抗值遠小于電阻值的電容串聯(lián)組成。
使用時(shí)，電壓探頭事先校準，以便對試驗結果進(jìn)行修正。
2.4 用吸收鉗法測量試品本身的輻射
功率（測試頻率范圍30至300MHz）
此方法目前主要用在家用電器和電動(dòng)工具的輻射騷擾測試上。其前提是試品外形比較小巧，在這種下，標準認為試品對外的輻射騷擾主要是通過(guò)電源線(xiàn)來(lái)進(jìn)行的。
① 試驗布置
·試驗在屏蔽室進(jìn)行。
·被測導線(xiàn)沿水平方向拉成直線(xiàn)，以便吸收鉗能沿導線(xiàn)移動(dòng)，找出測量頻點(diǎn)上的最大指示值（在干擾測量?jì)x的讀數指示上）。
·最大測值的與被測頻率的半波長(cháng)有關(guān)，以30MHz為例，半波長(cháng)為5m，考慮吸收鉗及穩定線(xiàn)路阻抗用濾波裝置的長(cháng)度，該導線(xiàn)至少要7m長(cháng)。
·隨測試頻率改變，要不斷改變吸收鉗的，以便始終保持干擾測量?jì)x上的讀數為最大。
·試品的輻射功率為
P0（dBpW）=V（dBμV）+α
式中：V為干擾測量?jì)x的讀數（電壓），dBμV；α為吸收鉗的校正系數，dB。
·此法簡(jiǎn)便易行，對環(huán)境要求不高，有較好的重復性和可比性。
② 功率吸收鉗

吸收鉗由寬帶射頻電流變換器；寬帶射頻功率吸收體和試品引線(xiàn)阻抗穩定器；及吸收套筒（鐵氧體，吸收同軸電纜表面的射頻電流）等三部分組成。吸收鉗對試品導線(xiàn)呈現的阻抗為100～200Ω；吸收鉗的輸出阻抗為50Ω；在測定頻率范圍上輸入信號源無(wú)明顯諧振；對來(lái)自電網(wǎng)的干擾提供足夠衰減；當試品有電流流過(guò)時(shí)，吸收鉗磁路。
2.5 輻射騷擾的場(chǎng)強測量（測試頻率范圍30至1000MHz）
① 試驗布置
試驗在開(kāi)闊場(chǎng)或半電波暗室中進(jìn)行。場(chǎng)地應平坦，無(wú)架空線(xiàn)，附近無(wú)反射物。場(chǎng)地要足夠大，以便在規定距離內安放天線(xiàn)和試品，并使天線(xiàn)、試品與反射物有足夠間隔。              
地面的反射，故接收天線(xiàn)是處在直射波和反射波構成的復合場(chǎng)中，復合場(chǎng)的大小與輻射功率、測量距離、騷擾源離地面的高度h1、接收天線(xiàn)離地面的高度h2、所測頻率的波長(cháng)、輻射波的極化、騷擾源的輻射方向性有關(guān)。獲得最大的復合場(chǎng)強，調節接收天線(xiàn)的高度。當測量距離在等于或小于10m時(shí)，天線(xiàn)高度在1～4m間變化；在30m及以下時(shí)，天線(xiàn)高度在2～6m間變化。通常不采用小于3m和大于30m的測量距離。，騷擾源的最大輻射方向是未知的，在測量中通過(guò)旋轉試品來(lái)獲得最大場(chǎng)強。對電磁波傳播中的極化現象，測試中通過(guò)旋轉天線(xiàn)（只取水平及垂直兩個(gè)極化方向）來(lái)獲得最大場(chǎng)強。
被測場(chǎng)強（dB）
E=U+F+L
式中：U，測量?jì)x讀數，dB；
　　　F，天線(xiàn)系數，dB；
② 天線(xiàn)
標準規定30～80MHz頻段用等于80MHz諧振長(cháng)度的天線(xiàn)；80～1000MHz頻段用等于測量頻率的諧振長(cháng)度的天線(xiàn)。，要用適當的變換裝置使天線(xiàn)與饋線(xiàn)匹配；用平衡/不平衡變換器實(shí)現與干擾測量?jì)x的連接。
測量結果與平衡偶極子天線(xiàn)相差在±2dB以?xún)�，�?img src="/image/wz/keyong.jpg" />的天線(xiàn)。
③ 轉臺
試品轉臺與接地平板處在同一平面，臺面為金屬平面，且與接地平板有的電氣連接。當試品為非落地設備時(shí)，則要放在離轉臺高度為0.8m的非金屬臺子上。
2.6 輻射騷擾的磁場(chǎng)分量的測量
（測試頻率范圍9kHz至30MHz）
輻射騷擾的磁場(chǎng)分量測量目前只見(jiàn)于照明設備的電磁兼容測試中（GB17743）。
① 試驗布置

試驗在屏蔽室內進(jìn)行。
輻射騷擾的磁場(chǎng)分量是通過(guò)磁場(chǎng)感應電流來(lái)測量的。大環(huán)天線(xiàn)提供了一個(gè)電流探頭。電流探頭、同軸開(kāi)關(guān)和干擾測量?jì)x用同軸電纜連接。同軸電纜上套鐵氧體磁環(huán)，吸收同軸電纜表面的射頻電流。大環(huán)天線(xiàn)的外徑與鄰近物體（如地板和墻壁等）間的距離至少為0.5m。測量的重復性應當在±2dB以?xún)取?BR>② 大環(huán)天線(xiàn)
用大環(huán)天線(xiàn)通過(guò)測量磁場(chǎng)感應電流的方法來(lái)測量試品所產(chǎn)生的輻射騷擾的磁場(chǎng)分量，是CISPR標準中較新的一種試驗方法，有靈敏度較高，周?chē)�干擾對測試結果影響較小，測試結果的重復性和可比性都比較好的特點(diǎn)。
3 產(chǎn)品工作時(shí)在電網(wǎng)中產(chǎn)生的諧波電流的測量
3.1 諧波電流的產(chǎn)生
非線(xiàn)性負載都能產(chǎn)生諧波電流，尤其是開(kāi)關(guān)電源、電子鎮流器、調速裝置、不間斷電源和鐵磁性設備等。下圖是開(kāi)關(guān)電源例。
3.2 諧波電流的危害
諧波電流在低壓電網(wǎng)上引發(fā)的問(wèn)題有：
① 電壓畸變
諧波電流在供電線(xiàn)路的阻抗上產(chǎn)生的壓降將引起線(xiàn)路端子電壓的畸變，特別是當線(xiàn)路阻抗含有電抗成分時(shí)，電壓畸變將加劇。
畸變了的供電電壓將使對諧波敏感的設備產(chǎn)生誤動(dòng)作；諧波電壓將直接影響電視的圖像質(zhì)量。
的辦法是敏感設備不能與產(chǎn)生諧波電流的設備共處在一條供電線(xiàn)路中，尤其不能處在諧波電流發(fā)生設備的，而應當在電源入口處并聯(lián)供電。
② 過(guò)零噪聲
有不少設備要求在電源電壓過(guò)零時(shí)接通設備，以便不產(chǎn)生瞬變過(guò)電壓，從而減少電磁干擾和對半導體器件的沖擊。
當線(xiàn)路上含有高次諧波或瞬變過(guò)電壓時(shí)，使電壓過(guò)零處的變化率很高，甚至在半個(gè)周波里出現多個(gè)過(guò)零點(diǎn)，從而導致過(guò)零設備的誤動(dòng)作。
③ 中線(xiàn)過(guò)熱
在三相星形接法的電路中，每相間的相位差為120°，當三相平衡時(shí)，中線(xiàn)的合成電流為零，即中線(xiàn)無(wú)電流通過(guò)。即使三相不平衡時(shí)，也只有不平衡電流進(jìn)入中線(xiàn)。，中線(xiàn)的安裝截面常比相線(xiàn)減少一半。
但當線(xiàn)路中含有諧波電流時(shí)，特別是三次諧波的奇數倍，在中線(xiàn)上卻是相加的。英國有則報導，相電流為100安培時(shí)，中線(xiàn)電流竟達到150安培，亦即中線(xiàn)的電流密度是相線(xiàn)的3倍。有人建議中線(xiàn)的截面應當加粗到相線(xiàn)的1倍。
中線(xiàn)的過(guò)電流會(huì )造成中線(xiàn)過(guò)熱和中線(xiàn)壓降的。
④ 對變壓器和感應電動(dòng)機的影響
諧波電流要在變壓器的繞組和鐵芯上產(chǎn)生損耗。
對感應電動(dòng)機，除了增大電動(dòng)機的損耗外，諧波還會(huì )使感應電動(dòng)機的轉矩發(fā)生變化：                                  
諧波次數/相序：
1/+；2/-；3/0；4/+；5/-；6/0；7/+；8/-；
9/0；10/+；11/-；12/0；……
0序不產(chǎn)生附加轉矩；+序產(chǎn)生正向旋轉磁場(chǎng)，使轉矩加大；-序產(chǎn)生負向旋轉磁場(chǎng)，使轉矩減小。
+序和-序分量的共同作用可使電動(dòng)機產(chǎn)生振動(dòng)而降低電動(dòng)機的使用壽命。為此，必要時(shí)應降低電動(dòng)機的額定功率來(lái)保證電動(dòng)機的使用壽命。
⑤ 斷路器的誤動(dòng)作
剩余電流斷路器（俗稱(chēng)漏電斷路器）是根據測量相線(xiàn)和中線(xiàn)的電流之和來(lái)動(dòng)作的，電流之和大于額定限值，斷路器就將切斷電源。當有諧波出現時(shí)，漏電斷路器就不能準確檢測到高頻分量之和，從而造成誤動(dòng)作（通常是值比測量值來(lái)得大，結果是斷路器該動(dòng)作時(shí)不動(dòng)作）。           
⑥ 使校正功率因數的電容器過(guò)載
校正功率因數的電容器是用產(chǎn)生相位超前的電流來(lái)抵消感應電動(dòng)機等感性負載所產(chǎn)生的相位滯后的電流。電容器對諧波電流呈現比較低的阻抗，使諧波電流有趨勢，導致電容器過(guò)載。
⑦ 集膚效應
集膚效應在電網(wǎng)頻率下的影響很小而被忽略，但在7次諧波時(shí)將使集膚效應趨于顯著(zhù)，產(chǎn)生附加損耗而過(guò)熱。必要時(shí)應采用多芯電纜來(lái)克服問(wèn)題。
3.3 GB17625.1標準簡(jiǎn)介
電氣和電子產(chǎn)品在用電過(guò)程中對電網(wǎng)造成的污染問(wèn)題在中國的強制性產(chǎn)品認證中受到了重視，在照明電器、電動(dòng)工具、家用和類(lèi)似用途設備、音視頻設備、音視頻設備—衛星電視廣播接收機和信息技術(shù)設備的幾大類(lèi)有電磁兼容測試要求的產(chǎn)品中都有諧波電流限制的項目。
有關(guān)諧波電流限值和測量的國家標準見(jiàn)GB17625.1《低壓電氣與電子設備發(fā)出的諧波電流限值（設備每相輸入電流≤16A）》（該標準等同于國際標準IEC61000-3-2）。
① 諧波電流的測量基礎
諧波電流的測量基礎是：周期性的非正弦波形都可以用富里葉級數表示。亦即，對周期性的非正弦波形的測量都可以用各次諧波的幅值和的相角測量來(lái)代替。
② 標準要點(diǎn)簡(jiǎn)述
根據用電設備的不同，GB17625.1標準把分成四個(gè)類(lèi)型：
A類(lèi)是三相平衡設備；家用電器（不列入D類(lèi)的設備）；電動(dòng)工具（不便攜式工具）；白熾燈調光器；以及音頻設備。
B類(lèi)是便攜式工具；以及非專(zhuān)用的電弧焊接設備。
C類(lèi)是照明設備（燈和燈具；主要功能是照明的多功能設備中的照明部分；放電燈的獨立式鎮流器和白熾燈的獨立式變壓器；紫外線(xiàn)或紅外線(xiàn)的輻射裝置；廣告標識的照明；以及除白熾燈外的燈光調節器）。
D類(lèi)是功率小于600W的個(gè)人計算機；計算機顯示器；以及電視接收機。
標準對歸在不同類(lèi)別中的設備提出了不同的諧波電流限值，這里不一一列出，可參見(jiàn)標準所述。但限值中對C類(lèi)設備的要求最嚴，這與燈具設備使用的普遍性不無(wú)關(guān)系。
③ 測量線(xiàn)路
測量設備可采用頻域諧波分析儀，也可采用時(shí)域諧波分析儀，但從世界范圍說(shuō)，目前采用離散富里葉變喚的時(shí)域分析儀器已成為基準的測量設備。
單相設備的諧波電流測量線(xiàn)路見(jiàn)下圖�！　　�
其中試驗電源的試驗電壓為試品的額定電壓。試驗電壓的變化范圍應保持在額定電壓的±2%以?xún)�；頻率變化要保持在額定頻率的±0.5%以?xún)�。對三相試驗電源，還有一個(gè)相位精度問(wèn)題，要求相間的相位精度在120°±1.5°以?xún)取?BR>試驗電源的電壓諧波含量不應超過(guò)以下各值：3次諧波為0.9%；5次諧波為0.4%；7次諧波為0.3%；9次諧波為0.2%；2～10次中的偶次諧波為0.2%；11～40次諧波為0.1%。
試驗電源在過(guò)零后的87°至93°內達到峰值，峰值電壓應為有效值的1.4～1.42倍。
應避免試驗電源內的電感與受試設備中的電容間發(fā)生諧振。
此外，還要注意試驗電源的內阻抗和測量設備的輸入阻抗要足夠小，不能的存在而明顯影響試品的諧波電流。
總之，對整個(gè)試驗線(xiàn)路，要求試驗電源的輸出電壓要穩；輸出電壓的波形要純；要有穩頻功能；還要有足夠的峰值電流輸出能力。以及整個(gè)試驗線(xiàn)路的內阻要小。
試驗中，諧波電流的限值數據適用于對線(xiàn)電流的測量。但對單相試品，也允許用對中線(xiàn)電流的測試來(lái)代替線(xiàn)電流的測試。
④ 對標準的評述
·標準之要求用高品質(zhì)的試驗電源來(lái)代替市電電源，是排除市電電源本身存在的諧波電壓和電流的影響。
·標準之選擇諧波電流，而不是選擇人們熟悉的電源端子的諧波電壓測試，是考慮了各地各處的電網(wǎng)阻抗都不，即使是同樣的諧波電流，在不同阻抗上產(chǎn)生的電壓降也各不，很難用它來(lái)評價(jià)電氣設備對電網(wǎng)供電質(zhì)量的影響。反之，設備的阻抗通常都比電網(wǎng)阻抗大得多，在不同的電網(wǎng)中由設備引起的基波電流和諧波電流卻差不多。這說(shuō)用諧波電流比用電源端子上的諧波電壓更能客觀(guān)和準確地評價(jià)設備對電網(wǎng)供電質(zhì)量的影響。