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嘉峪檢測網(wǎng) 2016-04-25 00:18
鑒于社會(huì)上對EMC問題日益關(guān)注,涉及的專業(yè)與產(chǎn)品很多,IEC已將EMC要求作為IEC的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)來對待。這就是著名的IEC61000系列標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)在國際上已視為與安全標(biāo)準(zhǔn)同等重要的通用標(biāo)準(zhǔn)。其中之一的IEC61000-4《測試技術(shù)》是指導(dǎo)有關(guān)EMC測試的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。由于EMC技術(shù)是一門復(fù)雜的、涉及多門學(xué)科的、不斷發(fā)展的新技術(shù),有關(guān)EMC測試項(xiàng)目、要求、方法也在不斷修訂、完善。 因此,IEC61000-4中許多項(xiàng)目仍未正式發(fā)布,還處于草案之中。為了便于讀者了解這方面知識,我們對涉及交流穩(wěn)壓電源的項(xiàng)目作一介紹,對于有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)采用的IEC項(xiàng)目則重點(diǎn)介紹。
IEC61000-4,全名為《Electro magnetic Compatibility for Electrical and Electronic Equipment,Part4:Testing and Measurement Techniques》,即《電氣和電子設(shè)備的電磁兼容性第4部分:測試技術(shù)》。其中列舉11個(gè)測試項(xiàng)目。與交流穩(wěn)壓電源標(biāo)準(zhǔn)SJ/T10541-94有關(guān)的項(xiàng)目與要求介紹如下:
IEC61000-4-4:Electrical Fast Transients(Burst) Immunity Test(電快速瞬變脈沖群),SJ/T10541-94與SJ/T10542-94采用了該標(biāo)準(zhǔn)。該項(xiàng)目的目的在于驗(yàn)證設(shè)備在承受切換瞬變(感性負(fù)載中斷、繼電器觸點(diǎn)跳開等)產(chǎn)生的各種瞬時(shí)干擾時(shí)的抗干擾性能。其試驗(yàn)嚴(yán)酷度等級(在電源輸入端上的干擾發(fā)生器(50Ω內(nèi)阻)開路輸出試驗(yàn)電壓)分別為1級,0.5kV;2級,1kV;3級,2kV;4級4kV。
IEC61000-4-5 Surge Transients Immunity Test(電涌或浪涌)。該項(xiàng)內(nèi)容暫時(shí)處于草案之中。與此相關(guān)的可參考著名的IEC801-5及美國標(biāo)準(zhǔn)IEEEstd587?1980《IEEE Guide for Surge Voltages in Low-Voltage ACPower ircuits》(IEEE導(dǎo)則:低壓交流電力電路內(nèi)的電涌)。電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SJ/T10541-94及SJ/T10542-94引用了該方面的部分內(nèi)容。該項(xiàng)目的目的是驗(yàn)證設(shè)備在承受由電力切換、雷電產(chǎn)生的高能電涌時(shí)的抗干擾性能。其嚴(yán)酷度等級的劃分同上,但干擾發(fā)生器的輸出阻抗為2Ω,而前者為50Ω。干擾發(fā)生器輸出分開路電壓波1.2×50μs(對高阻負(fù)載)與短路(放電)電流波8×20μs(對低阻負(fù)載)兩類。類似測試要求在許多電工電子產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中都已列出。
除此之外,國際上還有采用高頻尖峰噪聲敏感度測試。特別是日本,這項(xiàng)測試很普遍。美國軍用標(biāo)準(zhǔn)MILSTD461、462采用類似項(xiàng)目,但要求使用的噪聲模擬發(fā)生器的功率遠(yuǎn)大于前者。國內(nèi)也有類似標(biāo)準(zhǔn),如GB4859-84中的50kHz~100MHz電源線傳導(dǎo)敏感度測試;GJB151-86,GJB152-86中的CS06項(xiàng)目,噪聲為矩形脈沖波。此外,GB6162-85(參照采用IEC255-4)則采用衰減振蕩波。
SJ/T10541-94與SJ/T10542-94建議對這兩種方式任意選擇其中之一。該項(xiàng)目的目的同IEC61000-4-4。矩形脈沖波的特點(diǎn)是快速上升及低重復(fù)率,衰減振蕩波的特點(diǎn)是高幅值、低能量。對含有數(shù)字電路的產(chǎn)品,用矩形脈沖波較能說明對干擾的敏感程度。
電磁干擾方面的項(xiàng)目有工頻諧波限制要求、傳導(dǎo)干擾與輻射干擾限制要求。SJ/Z9029.2-87(等效采用IEC555-2-1982)規(guī)定了設(shè)備在低壓供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波電流限制值要求。對于大功率半導(dǎo)體變流器,GB/T3859.2-93則用對不同變流裝置(按脈波數(shù))規(guī)定最大功率容量(電源系統(tǒng)短路容量與變流器基波視在功率之比)來限制電流諧波。必須指出,電工、電子產(chǎn)品通過電源線向市電傳導(dǎo)電流諧波問題已被認(rèn)定是電力污染,而作為市電系統(tǒng)"環(huán)保"對象來處理,這方面的要求將日益強(qiáng)化。
EMC測試結(jié)果的判定,對抗擾度測試與對電磁干擾測試分別采用完全不同的方式。后者采用定量規(guī)定限制值作為合格的門限判定點(diǎn);前者一般采用定性方法來判定,即按產(chǎn)品在測試中的性能表現(xiàn)分類(以GB/T13926-92為例):
a類:在產(chǎn)品性能指標(biāo)規(guī)范內(nèi)(允差度內(nèi)),性能正常;
b類:功能或性能暫時(shí)降低或喪失,但能自行恢復(fù);
c類:功能或性能暫時(shí)降低或喪失,但需操作者干預(yù)或系統(tǒng)復(fù)位;
d類:因損壞而不可恢復(fù)的功能降低或喪失。
在這4類中,a類作為合格,d類作為不合格是毫無疑義的。對于b類與c類,合格的判定由廠家與用戶根據(jù)具體情況協(xié)商規(guī)定。自然,對此兩類所采取的技術(shù)措施是不同的。似乎抗擾度測試的判定太松,其實(shí)是體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的最大自由度原則。因?yàn)楸粶y設(shè)備種類繁多,差異大,因此很難為評定合格作出通用定量的規(guī)定。當(dāng)然,對于具體某一類產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)給出確定的評定標(biāo)準(zhǔn)。SJ/T10541 94就體現(xiàn)了這個(gè)要求。GB/T3859.1-93中類似規(guī)定了變流器受擾類別,作為合格判定的依據(jù)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了3級,即:
F級:性能級,是指該變流器能承受而不降低性能的所有各種電擾動(dòng)極限值的組合;
T級:跳閘級,是指變流器能承受而不因保護(hù)器件動(dòng)作而中斷運(yùn)行的所有各種電擾動(dòng)極限值的組合;可進(jìn)一步分為兩種情況:干擾過去后能自動(dòng)重合閘及不能自動(dòng)重合閘(要用手動(dòng)等方式);
D級:損壞級,是指變流器能承受而不造成永久損壞的所有電擾動(dòng)極限值的組合。顯然,這里的F級相當(dāng)于a類,D級相當(dāng)于d類,T級則包括b,c類。
對于有抗干擾功能要求的交流穩(wěn)壓電源在SJ/T10541中規(guī)定,除了應(yīng)保證能正常工作外,還應(yīng)在輸 出端給負(fù)載合適的敏感度門限;規(guī)定疊加在輸出電壓上的干擾殘壓的峰值不應(yīng)大于輸出電壓標(biāo)稱值的20%。這是該標(biāo)準(zhǔn)遵從標(biāo)準(zhǔn)的目的性原則,充分考慮交流穩(wěn)壓電源與其它電工、電子產(chǎn)品在使用功能要求上具有本質(zhì)的區(qū)別。即前者要為后者服務(wù),前者也作為后者電源EMI的電力濾波器,目的是為對EMI敏感的設(shè)備提供足夠的EMI安全裕度,提高設(shè)備的抗擾度等級。根據(jù)GB6833.4規(guī)定,電子儀器對電源瞬態(tài)敏感度的要求是:應(yīng)能經(jīng)受標(biāo)稱源電壓變化量的20%的瞬態(tài)電壓沖擊干擾而不致工作失常。為此,在SJ/T10541中規(guī)定以這個(gè)數(shù)值作為交流穩(wěn)壓電源在接受抗擾度試驗(yàn)時(shí)的輸出允許最高瞬態(tài)電壓值(敏感度門限)。
此外,考慮到交流穩(wěn)壓電源要為電子儀器設(shè)備提供合適的交流電壓條件,SJ/T10541還規(guī)定在抗擾度試驗(yàn)時(shí),交流穩(wěn)壓電源輸出電壓的相對偏差(即輸出效應(yīng))應(yīng)在其基準(zhǔn)條件(公差G)內(nèi),以此作為是否性能降級的判定依據(jù)。這樣兩者結(jié)合,以科學(xué)、合理、實(shí)用、易操作方式,解決了在對交流穩(wěn)壓電源抗擾度性能進(jìn)行具體考核及合格評定時(shí),無定量指標(biāo)為依據(jù)的難題。而一般標(biāo)準(zhǔn)則只籠統(tǒng)地以誤動(dòng)作、性能下降或降級來作為考核及合格評定依據(jù),顯然,這種定性方法不易操作。
EMC測試的條件與方法
測試依賴3個(gè)方面因素:方法、技術(shù)、設(shè)備。方法由測量原理和測試設(shè)備的使用方法兩者來確定,技術(shù)是為了得到正確的測試結(jié)果(較高的準(zhǔn)確度)而采取的一切測試手段,設(shè)備則是體現(xiàn)上述兩個(gè)因素為測試服務(wù)的一切技術(shù)裝置。這些都必須標(biāo)準(zhǔn)化,以保證測試具有重現(xiàn)性和真實(shí)性。
EMC測試條件由測試方法決定。具體測試方法分為在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行的試驗(yàn)臺(tái)法和在實(shí)際使用條件下進(jìn)行的現(xiàn)場法。要模擬現(xiàn)場可能碰到的所有干擾現(xiàn)象是不可能的,特別是現(xiàn)場法具有無法克服的局限性。但通過標(biāo)準(zhǔn)化的測試可以較全面地獲取被測設(shè)備EMC性能如何的信息。為此,國際上推薦首先采用試驗(yàn)臺(tái)法,除非無法在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行,一般不用現(xiàn)場法。
抗擾度測試主要方法是按照設(shè)備所處的電磁環(huán)境條件,結(jié)合用戶對設(shè)備采取的措施,選擇合適的嚴(yán)酷度等級,依照有關(guān)測試方法進(jìn)行測試,最后根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)提出的合格判決條件評定測試結(jié)果是否合格。這是抗擾度測試與其它測試主要差異之處。
電磁環(huán)境中的電磁騷擾源、電磁騷擾源對設(shè)備的耦合方式、設(shè)備對電磁騷擾的敏感度以及用戶對工作現(xiàn)場的防護(hù)措施直接與嚴(yán)酷度等級相關(guān)。即使用環(huán)境決定了干擾的形式,安裝防護(hù)條件決定了干擾的嚴(yán)酷度等級。GB/T13926.4具體規(guī)定了在電磁環(huán)境中與嚴(yán)酷度等級相對應(yīng)的設(shè)備工作下的電氣環(huán)境條件:
1級,具有良好保護(hù)的環(huán)境,如計(jì)算機(jī)房;
2級,受保護(hù)的環(huán)境,如工廠和電廠的控制室或終端室;
3級,典型的工業(yè)環(huán)境,如工業(yè)過程裝置、電廠和露天高壓變電所的繼電器房等場所;
4級,嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境,如電站、未采取特殊安裝措施的工業(yè)過程設(shè)備、室外區(qū)域等。
IEC801-5中針對電涌的源為電力切換瞬變或間接雷擊的閃電瞬變,對設(shè)備的安裝條件與防護(hù)設(shè)施作如下分類(適用電涌):
0類:保護(hù)良好的、有一次和二次過壓保護(hù)的電氣環(huán)境,通常處于特殊的房間內(nèi),電涌電壓不會(huì)超過25V;
1類:局部保護(hù)的、有一次過壓保護(hù)的電氣環(huán)境,電涌電壓不超過500V;
2類:電源線與其它線路分離開,電纜隔離良好的電氣環(huán)境,電涌電壓不超過1kV;
3類:電源電纜與信號電纜并行敷設(shè)的電氣環(huán)境,電涌電壓不超過2kV;
4類:互連線象室外一樣沿著電源電纜敷設(shè),且電子線路和電氣線路均使用電纜的電氣環(huán)境,電涌電壓不超過4kV;
5類:非人口稠密區(qū)內(nèi)電子裝置聯(lián)接電訊電纜和架空電源線的電氣環(huán)境。
對0類不做電涌測試。一般電源產(chǎn)品處于1類或2類電氣環(huán)境,可選擇嚴(yán)酷度等級為1級或2級。
必須指出,把環(huán)境作為抗擾度測試的相關(guān)條件是抗擾度測試的重要特點(diǎn)。因?yàn)槿绻鲆曔@些相關(guān),不考慮裝置的應(yīng)用工作環(huán)境條件,而認(rèn)為裝置應(yīng)該"獨(dú)立",應(yīng)該適合于插入任何一種組合裝置(或系統(tǒng))中,就會(huì)由此產(chǎn)生所有被測裝置都必須接受全部項(xiàng)目的干擾試驗(yàn),并且要達(dá)到最高嚴(yán)酷度等級的錯(cuò)誤結(jié)論。這不僅對要用的裝置造成過高的不合理的嚴(yán)格限制,而且還會(huì)因需要進(jìn)行大量試驗(yàn)而不得不承擔(dān)很大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。
另外,抗擾度測試涉及到高壓信號,除了應(yīng)嚴(yán)格遵守有關(guān)安全規(guī)定外,還有必要在抗擾度實(shí)驗(yàn)后再對設(shè)備進(jìn)行安全測試。 對于交流穩(wěn)壓電源這類大功率電工產(chǎn)品,選取從市電導(dǎo)入的以高頻、高能為特征的抗擾度項(xiàng)目,并且選擇較其它電工、電子產(chǎn)品要高的嚴(yán)酷度等級,是必要的。
抗擾度測試的另一重要特點(diǎn)是對試驗(yàn)發(fā)生器技術(shù)參數(shù)作出嚴(yán)格而明確的規(guī)定。為了對設(shè)備的抗擾度性能進(jìn)行比較,就要有一種能產(chǎn)生比較一致并可重復(fù)再現(xiàn)的試驗(yàn)裝置,這就是干擾模擬發(fā)生器。顯然必須規(guī)定發(fā)生器的輸出內(nèi)阻、輸出波形要求、開路電壓幅度與誤差;以保證試驗(yàn)結(jié)果的一致,重復(fù)性好。否則,因不同被測設(shè)備源端阻抗不同,對發(fā)生器的阻抗匹配不同而無法使發(fā)生器在帶載下輸出波形或幅度相同。實(shí)際上,阻抗不匹配就是抑制電磁騷擾的一個(gè)有效手段。 交流穩(wěn)壓電源對外界(通過市電網(wǎng)絡(luò))的電磁騷擾測試項(xiàng)目有:諧波傳導(dǎo)干擾測試、高頻傳導(dǎo)干擾測試。
諧波傳導(dǎo)干擾測試是對設(shè)備的電源進(jìn)線入端工頻電流諧波進(jìn)行測試;測出40次以下各次電流諧波最大值,對三相電源還應(yīng)測試中線的電流諧波。在交流穩(wěn)壓電源性能項(xiàng)目中以源電流相對諧波含量來考核此項(xiàng)目。
交流穩(wěn)壓電源的傳導(dǎo)干擾試驗(yàn)同其它電子產(chǎn)品一樣,可采用GB6833-86電子測量儀器電磁兼容性試驗(yàn)規(guī)范(參照采用HP公司標(biāo)準(zhǔn)或GB9254-88信息技術(shù)設(shè)備的無線電干擾極限值和測量方法(等效采用CISPR 22 1985)。高頻傳導(dǎo)干擾測試中一個(gè)重要測試裝置是要用人工電源網(wǎng)絡(luò)(Artificial Main Network),在美國標(biāo)準(zhǔn)中則稱為電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(Line Impedance Stabilization Network, LISN)。這是由于不同電力條件下,市電在不同設(shè)備電源輸入端呈現(xiàn)的高頻阻抗也不相同,為使測試結(jié)果反映真實(shí)情況,必須在受試設(shè)備與其電源端子間接入合乎要求的網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)既能使設(shè)備與電網(wǎng)間實(shí)現(xiàn)射頻隔離,又能為設(shè)備提供穩(wěn)定的高頻阻抗。人工電源網(wǎng)絡(luò)的支路數(shù)與供電系統(tǒng)的線路數(shù)相同,網(wǎng)絡(luò)與干擾測量儀之間的連接應(yīng)保證阻抗匹配(50Ω/50μH),對每根電源線分別進(jìn)行測試,測量的是干擾電壓值。GJB152-86則推薦采用電流探頭法測量傳導(dǎo)干擾電流;其中在電源線與地之間并接10μF穿心電容器,作用與LISN相同。電流探頭法使用簡便,測量迅速,便于現(xiàn)場測試,較接近實(shí)際情況,可能今后測量以其為主。此外,軍標(biāo)采用峰值檢波器,GB9254采用準(zhǔn)峰值檢波器。
射頻輻射干擾測試較復(fù)雜,涉及到測試場地、天線、測試線路連接等測試問題。測試場地為野外開闊、背景電磁噪聲電平至少比允許極限值小6dB。這種要求很難實(shí)現(xiàn),標(biāo)準(zhǔn)還推薦可以用電磁屏蔽室(還有如電波暗室等)作為替換。測試輻射場強(qiáng)時(shí)被測設(shè)備應(yīng)嚴(yán)格按實(shí)際工作方式接線,電源線、信號線都不允許特意卷曲、收縮,以反映真實(shí)性。 總之,基于交流穩(wěn)壓電源使用價(jià)值要求,其EMC性能應(yīng)當(dāng)是:除了本身能達(dá)到較高嚴(yán)酷度等級的抗擾度指標(biāo)、合格的電磁干擾限制以及提供合適的交流電壓條件外,更重要的是要為其負(fù)載(對EMI敏感的電子儀器設(shè)備特別是信息技術(shù)設(shè)備),在較嚴(yán)酷電磁環(huán)境條件下工作,提供充足的EMC安全裕度。這不但是交流穩(wěn)壓電源的基本功能,而且也是對其的EMC要求及對其進(jìn)行EMC測試的依據(jù)。
一般對于歐盟的產(chǎn)品EMC測試都對應(yīng)選擇下面的標(biāo)準(zhǔn)
EMS抗饒度部分
ESD IEC61000-4-2 (ESD) 靜電放電抗干擾性測試RS IEC 61000-4-3 輻射抗饒度測試
EFT/B IEC 61000-4-4 (EFT/B) 電性快速脈沖群抗干擾檢測
Surge IEC 61000-4-5 (Surge) 雷擊抗干擾檢測
C/S IEC61000-4-6 (CS) 傳導(dǎo)抗干擾檢測
M/S IEC61000-4-8 (PFMF)電源頻率磁場抗干擾檢測
Dips IEC61000-4-11 (V.Dips) 電壓瞬降抗干擾檢測
IEC 61000-4-12 振蕩波浪涌
IEC 61000-4-13 (Harmonic&interharmonics) 諧波、諧間波抗干擾
EMI發(fā)射部分
Conduction Emission/ Cispr 22 傳導(dǎo)干擾
Radiation Emission / Cispr 22 空間輻射
Harmonics IEC61000-3-2 電源諧波發(fā)射測試
Flicker IEC61000-3-3 電壓閃爍發(fā)射檢測
EMC檢測項(xiàng)目:
- EMC性能檢測主要考核電氣產(chǎn)品在使用中產(chǎn)生的干擾信號特性和對周圍干擾信號的抗干擾能力,它包括干擾特性(EMI)和抗干擾能力(EMS)的測試內(nèi)容
EMI檢測項(xiàng)目
- 傳導(dǎo)干擾(9/150kHz – 30MHz): 主要檢測產(chǎn)品在電源端的干擾信號
一般使用直流電機(jī), 串極電機(jī)的產(chǎn)品, 使用晶閘管的產(chǎn)品易出現(xiàn)問題, 如吸塵器, 攪拌器, 微波爐等
- 輻射干擾(30MHz – 300/1000MHz): 主要檢測產(chǎn)品正常使用時(shí),產(chǎn)生的空間輻射干擾信號
一般使用直流電機(jī), 串極電機(jī)的產(chǎn)品, 使用晶閘管的產(chǎn)品, 晶振元件的產(chǎn)品易出現(xiàn)問題, 如吸塵器, 攪拌器, 微波爐, 電動(dòng)工具, 直流電機(jī)產(chǎn)品等
- 諧波電流: 主要檢測交流產(chǎn)品對公共電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波電流干擾
一般大電流電機(jī)產(chǎn)品, 有整流線路的產(chǎn)品易出現(xiàn)問題, 如微波爐, 空調(diào), 可調(diào)光的燈具等
- 電壓波動(dòng): 主要檢測交流產(chǎn)品使用中對公共電網(wǎng)的電壓產(chǎn)生跌落和波動(dòng)干擾
一般大功率的電機(jī)或變壓器產(chǎn)品易出現(xiàn)問題, 如微波爐, 空調(diào), 大功率的電動(dòng)產(chǎn)品等
EMS檢測項(xiàng)目
- 所謂的EMS測試, 主要通過模擬產(chǎn)生不同類型的干擾信號, 對被測產(chǎn)品進(jìn)行干擾, 以考核該產(chǎn)品的抗干擾能力。
- 一般模擬的干擾信號有, 靜電放電(ESD), 快速瞬變脈沖群(BURST), 浪涌脈沖(SURGE), 輻射干擾信號, 電網(wǎng)電壓波動(dòng)等。
- 一般干擾信號對電子控制線路中的有源電子元件如,芯片, 會(huì)產(chǎn)生干擾,甚至損壞。
產(chǎn)品中的電氣結(jié)構(gòu)的改動(dòng),包括更換敏感元件(如電機(jī), 芯片, 電子元件), 調(diào)節(jié)印刷線路板的布線 等都會(huì) 引起EMC的測試結(jié)果變化。
來源:AnyTesting