電磁兼容測試指南介紹

電磁兼容測試指南介：

產品自身所產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工具、工科醫射頻設備、信息技術設備、電氣照明設備）等產品族標準中都提到了做電磁騷擾發射的測量。盡管產品相差很遠，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標準所講述的車輛、機動船和由火花點火發動機驅動的裝置，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（或用長寬比小于5：1、厚度為0.5mm的薄銅條，通過屏蔽室與大地連接）。                  
·試品與屏蔽室墻壁至少相距800mm。
·試品與人工電源網絡的距離為800mm；與測量儀器的距離應不小于800mm。人工電源網絡與接地平板在射頻范圍內應具有的連接。
② 干擾測量儀
干擾測量儀是一臺測量動態范圍大、靈敏度高的專用測量接收機。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，檢波器的動態范圍大，前級過載能力強，而且在整個測量頻段內的測量精度能滿足±2dB的要求。干擾測量儀的輸入阻抗為50Ω。
與普通的場強儀不同，場強儀主要用于測量廣播、電視的信號場強及工科醫射頻設備的輻射場強。這些信號都是正弦波的電磁場。
與頻譜儀也不同，頻譜儀常采用峰值檢波，比干擾測量儀有快得多的測量速度。                                    
電磁騷擾測量的產品族標準都是從CISPR（國際無線電干擾特別委員會）標準轉化過來的。其本意都是保護通信和廣播的暢通，這一切都與人的主觀聽覺效果有關，平均值檢波、峰值檢波都不足以說明脈沖性質干擾對聽覺造成的效果，而用到準峰值檢波的概念，后者與干擾對聽覺造成的效果相一致。
平均值檢波：其最大特點是檢波器的充放電時間常數，特別適用于連續波的測量。
峰值檢波：特點是充電的時間常數很小，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，電路的放電時間常數很大，檢波的輸出電壓可在很長一段時間內保持在峰值上。
準峰值檢波：它的充放電時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，又與干擾的重復頻率有關。其輸出與干擾對聽覺造成的效果相一致。
干擾測量儀通常都擁有這三種檢波功能。            
三種檢波方式的比較：
③ 人工電源網絡
適用于耦合不對稱電壓的V型人工電源網絡（單相）例：
人工電源網絡又稱電源線阻抗穩定網絡（LISN），它能在射頻范圍內為受試設備端子與參考地提供一個穩定的阻抗。與此，又將來自電網的無用信號與測量電路隔離開來，僅將受試設備的干擾電壓耦合到測量接收機上。上面線路稱為50Ω/50μH的人工電源網絡，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傳導騷擾的試驗布置中沒有提到，但是模擬測量傳導騷擾電壓過程中試驗者握持試品（特別是像測試手持式電動工具）時的人手的影響，用到人工模擬手。
人工模擬手由一個200pF（±20%）的電容與一個500Ω（±10%）的電阻串聯組成。RC元件的一端與試品上包裹的金屬箔聯接，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絡的箱子內。
2.2 交流電源線斷續騷擾測量
（測試頻率范圍0.15至30MHz）
①試驗布置　
試驗在屏蔽室內進行。
②測量原理簡述
斷續騷擾測試又稱喀嚦聲騷擾測試，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關瞬時動作而產生的。
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感覺上是不同的，它是以短脈沖形式出現的。基于這一原因，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。當頻度用喀嚦聲率N表示時（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，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，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，其細節規定不詳述，可參閱有關標準。
③ 測試方法
A. 示波器觀察法
將示波器的Y軸輸入端與干擾測量儀的中頻輸出端用同軸線連接，進行斷續騷擾測量。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間（脈沖的頻度）。按標準要求，應測試四個規定頻點。
示波器法的最大優點是設備簡單和價廉。它的缺點是費時、費力，而且測試結果還和人的主觀因素有關。
B. 干擾分析儀測量法
用干擾分析儀代替示波器來進行測量。由儀器自動辨別脈沖的幅度、寬度和頻度，排除人為因素，使試驗結果比較客觀。
國外也有專用的干擾分析儀，不須干擾測量儀的中頻輸出，而直接接至人工電源網絡的測量端子。這種專用的干擾分析儀可一次測試四個規定頻點上的喀嚦聲。
2.3 信號線、控制線、直流電源線傳導騷擾測量（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GB17743），試驗在屏蔽室里進行。　　　
圖中試品（調光器）的左側部分已經介紹過的交流電源線傳導騷擾測試的配置。試品右側及下方的連線分別代表試品到負載（燈泡）及調光控制部分的負載線及控制線。
對負載端子和控制線的傳導騷擾電壓測試，使用電壓探頭。
② 電壓探頭
電壓探頭由一個阻值至少為1.5kΩ的電阻和一個在測試頻率范圍內（0.15～30MHz）容抗值遠小于電阻值的電容串聯組成。
使用時，電壓探頭事先校準，以便對試驗結果進行修正。
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電源線來進行的。
① 試驗布置
·試驗在屏蔽室進行。
·被測導線沿水平方向拉成直線，以便吸收鉗能沿導線移動，找出測量頻點上的最大指示值（在干擾測量儀的讀數指示上）。
·最大測值的與被測頻率的半波長有關，以30MHz為例，半波長為5m，考慮吸收鉗及穩定線路阻抗用濾波裝置的長度，該導線至少要7m長。
·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儀上的讀數為最大。
·試品的輻射功率為
P0（dBpW）=V（dBμV）+α
式中：V為干擾測量儀的讀數（電壓），dBμV；α為吸收鉗的校正系數，dB。
·此法簡便易行，對環境要求不高，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明顯諧振；對來自電網的干擾提供足夠衰減；當試品有電流流過時，吸收鉗磁路。
2.5 輻射騷擾的場強測量（測試頻率范圍30至1000MHz）
① 試驗布置
試驗在開闊場或半電波暗室中進行。場地應平坦，無架空線，附近無反射物。場地要足夠大，以便在規定距離內安放天線和試品，并使天線、試品與反射物有足夠間隔。              
地面的反射，故接收天線是處在直射波和反射波構成的復合場中，復合場的大小與輻射功率、測量距離、騷擾源離地面的高度h1、接收天線離地面的高度h2、所測頻率的波長、輻射波的極化、騷擾源的輻射方向性有關。獲得最大的復合場強，調節接收天線的高度。當測量距離在等于或小于10m時，天線高度在1～4m間變化；在30m及以下時，天線高度在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，在測量中通過旋轉試品來獲得最大場強。對電磁波傳播中的極化現象，測試中通過旋轉天線（只取水平及垂直兩個極化方向）來獲得最大場強。
被測場強（dB）
E=U+F+L
式中：U，測量儀讀數，dB；
　　　F，天線系數，dB；
② 天線
標準規定30～80MHz頻段用等于80MHz諧振長度的天線；80～1000MHz頻段用等于測量頻率的諧振長度的天線。，要用適當的變換裝置使天線與饋線匹配；用平衡/不平衡變換器實現與干擾測量儀的連接。
測量結果與平衡偶極子天線相差在±2dB以內，也的天線。
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，則要放在離轉臺高度為0.8m的非金屬臺子上。
2.6 輻射騷擾的磁場分量的測量
（測試頻率范圍9kHz至30MHz）
輻射騷擾的磁場分量測量目前只見于照明設備的電磁兼容測試中（GB17743）。
① 試驗布置

試驗在屏蔽室內進行。
輻射騷擾的磁場分量是通過磁場感應電流來測量的。大環天線提供了一個電流探頭。電流探頭、同軸開關和干擾測量儀用同軸電纜連接。同軸電纜上套鐵氧體磁環，吸收同軸電纜表面的射頻電流。大環天線的外徑與鄰近物體（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以內。
② 大環天線
用大環天線通過測量磁場感應電流的方法來測量試品所產生的輻射騷擾的磁場分量，是CISPR標準中較新的一種試驗方法，有靈敏度較高，周圍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。
3 產品工作時在電網中產生的諧波電流的測量
3.1 諧波電流的產生
非線性負載都能產生諧波電流，尤其是開關電源、電子鎮流器、調速裝置、不間斷電源和鐵磁性設備等。下圖是開關電源例。
3.2 諧波電流的危害
諧波電流在低壓電網上引發的問題有：
① 電壓畸變
諧波電流在供電線路的阻抗上產生的壓降將引起線路端子電壓的畸變，特別是當線路阻抗含有電抗成分時，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生誤動作；諧波電壓將直接影響電視的圖像質量。
的辦法是敏感設備不能與產生諧波電流的設備共處在一條供電線路中，尤其不能處在諧波電流發生設備的，而應當在電源入口處并聯供電。
② 過零噪聲
有不少設備要求在電源電壓過零時接通設備，以便不產生瞬變過電壓，從而減少電磁干擾和對半導體器件的沖擊。
當線路上含有高次諧波或瞬變過電壓時，使電壓過零處的變化率很高，甚至在半個周波里出現多個過零點，從而導致過零設備的誤動作。
③ 中線過熱
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，中線的合成電流為零，即中線無電流通過。即使三相不平衡時，也只有不平衡電流進入中線。，中線的安裝截面常比相線減少一半。
但當線路中含有諧波電流時，特別是三次諧波的奇數倍，在中線上卻是相加的。英國有則報導，相電流為100安培時，中線電流竟達到150安培，亦即中線的電流密度是相線的3倍。有人建議中線的截面應當加粗到相線的1倍。
中線的過電流會造成中線過熱和中線壓降的。
④ 對變壓器和感應電動機的影響
諧波電流要在變壓器的繞組和鐵芯上產生損耗。
對感應電動機，除了增大電動機的損耗外，諧波還會使感應電動機的轉矩發生變化：                                  
諧波次數/相序：
1/+；2/-；3/0；4/+；5/-；6/0；7/+；8/-；
9/0；10/+；11/-；12/0；……
0序不產生附加轉矩；+序產生正向旋轉磁場，使轉矩加大；-序產生負向旋轉磁場，使轉矩減小。
+序和-序分量的共同作用可使電動機產生振動而降低電動機的使用壽命。為此，必要時應降低電動機的額定功率來保證電動機的使用壽命。
⑤ 斷路器的誤動作
剩余電流斷路器（俗稱漏電斷路器）是根據測量相線和中線的電流之和來動作的，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，漏電斷路器就不能準確檢測到高頻分量之和，從而造成誤動作（通常是值比測量值來得大，結果是斷路器該動作時不動作）。           
⑥ 使校正功率因數的電容器過載
校正功率因數的電容器是用產生相位超前的電流來抵消感應電動機等感性負載所產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，導致電容器過載。
⑦ 集膚效應
集膚效應在電網頻率下的影響很小而被忽略，但在7次諧波時將使集膚效應趨于顯著，產生附加損耗而過熱。必要時應采用多芯電纜來克服問題。
3.3 GB17625.1標準簡介
電氣和電子產品在用電過程中對電網造成的污染問題在中國的強制性產品認證中受到了重視，在照明電器、電動工具、家用和類似用途設備、音視頻設備、音視頻設備—衛星電視廣播接收機和信息技術設備的幾大類有電磁兼容測試要求的產品中都有諧波電流限制的項目。
有關諧波電流限值和測量的國家標準見GB17625.1《低壓電氣與電子設備發出的諧波電流限值（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代替。
② 標準要點簡述
根據用電設備的不同，GB17625.1標準把分成四個類型：
A類是三相平衡設備；家用電器（不列入D類的設備）；電動工具（不便攜式工具）；白熾燈調光器；以及音頻設備。
B類是便攜式工具；以及非專用的電弧焊接設備。
C類是照明設備（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；紫外線或紅外線的輻射裝置；廣告標識的照明；以及除白熾燈外的燈光調節器）。
D類是功率小于600W的個人計算機；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，可參見標準所述。但限值中對C類設備的要求最嚴，這與燈具設備使用的普遍性不無關系。
③ 測量線路
測量設備可采用頻域諧波分析儀，也可采用時域諧波分析儀，但從世界范圍說，目前采用離散富里葉變喚的時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路見下圖。　　　
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%以內；頻率變化要保持在額定頻率的±0.5%以內。對三相試驗電源，還有一個相位精度問題，要求相間的相位精度在120°±1.5°以內。
試驗電源的電壓諧波含量不應超過以下各值：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，對整個試驗線路，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。以及整個試驗線路的內阻要小。
試驗中，諧波電流的限值數據適用于對線電流的測量。但對單相試品，也允許用對中線電流的測試來代替線電流的測試。
④ 對標準的評述
·標準之要求用高品質的試驗電源來代替市電電源，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阻抗都不，即使是同樣的諧波電流，在不同阻抗上產生的電壓降也各不，很難用它來評價電氣設備對電網供電質量的影響。反之，設備的阻抗通常都比電網阻抗大得多，在不同的電網中由設備引起的基波電流和諧波電流卻差不多。這說用諧波電流比用電源端子上的諧波電壓更能客觀和準確地評價設備對電網供電質量的影響。