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沟通稳压电源的电磁兼容要求与测验办法具体介绍

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1 基本概念
  电磁兼容(Electromagnetic Compatibility)是电

沟通稳压电源的电磁兼容要求与测验办法详细介绍


1 基本概念


  电磁兼容(ElectromagneTIc CompaTIbility)是电工、电子产品重要的一项质量目标。能够以为产品质量首要由质量规范与技能目标两大内容构成。前者触及通用规范,即世界上IEC,国内由国家制定的根底性规范;后者是产品功用的规则及其技能要求。电磁兼容与安全要求是根底性规范。现在EMC已从根底规范、通用规范、族规范、一直到产品规范,构成齐备的体系。此外,世界上还有为此专门立法。如欧洲联盟已制定法规,规则从1996年1月1日起,电工、电子产品有必要取得低压办理(LV DirecTIve)与电磁兼容办理(EMC DirecTIve)合格确认后,才能在市场上出售。这些年来不断有新的EMC规范在国内正式发布。但要指出的是,IEC有关EMC规范将不断从草案或旧版别上升为正式版别,国家有关EMC规范也将不断更新、发布,有关EMC测验应以最新版别为准。


  所谓EMC,在GB/T4365-1996《电磁兼容术语》中的界说是:设备或体系在其电磁环境中能正常作业且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁打扰的才能。该界说归纳了3个方面的内容。其一,电磁打扰的可约束性。电磁打扰是遍及存在的,但能够用质量规范束缚,以技能手法约束它的危害性。这便是说应当对产品规则其向外发送电磁打扰强度的约束值,以确保电磁环境合格。其二,电磁打扰的豁免性。这便是说产品在规则电磁打扰强度的电磁环境下应能正常作业而不该下降其功用目标。其三,电磁环境的规范性和兼容性。即对电磁打扰采纳任何办法都不能使自身或使处于同一电磁环境的其它产品或体系功用下降,只能友爱地"平和"同处。例如,为了下降传导搅扰而在设备电源相线与地线之间并接电容器。对设备来说该电容器的容量有必要契合安全规范中对走漏电流的约束值要求;对体系来说,要避免其成为体系搅扰耦合源影响体系作业。因而对产品的EMC测验应当包含两大方面内容:


  (1)对其向外界发送的电磁打扰强度进行测验,以便承认是否契合有关规范规则的约束值要求;


  (2)对其在规则电磁打扰强度的电磁环境条件下进行灵敏度测验以便承认是否契合有关规范规则的抗扰度要求。


  这两方面内容在EMC测验项目平别离为电磁搅扰(Electromagnetic Interference)或电磁打扰(ElectromagneticDisturbance)及抗扰度(Immunity to a Disturbance);后者曾经常用灵敏度(Susceptibili-ty)这个术语。因为电磁搅扰的发作决议于搅扰源的强度、搅扰的耦合办法、仪器设备对搅扰的灵敏程度这3要素。因而,有关规范对EMC的功用要求与测验办法除了按不同性质、不同品种分为不同项目外,还按电磁打扰传达办法不同分为两类:即传导搅扰与辐射搅扰。前者首要检测被测设备经过电源线或信号线向外导工频电源谐波、高频噪声的强度与频率规模,这归于电磁打扰的近场与感应场效应。后者则检测被测设备向外直接辐射射频噪声的强度与频率规模,这首要针对电磁打扰的远场效应。值得注意的是近几年来世界上对电源谐波搅扰与设备的抗扰度要求这两方面内容特别重视。前者触及共用电网的环保要求。后者则为了确保设备或体系的作业可靠性。为此,许多规范还特别将电源谐波电流含量要求与抗扰度作为两大技能要求从EMC项目平分离出来,独自立项。有必要指出,关于信息社会来说,因信息技能设备作业异常而受的丢失往往难以用钱银来衡量。在不行能彻底避免电磁打扰的实践条件下,在规则的电磁环境条件下进步产品抗扰度才能具有特别重要的含义。


  详细地说,生产厂家对产品进行EMC详细项意图例行测验除了确认产品的EMC功用是否契合国家、行业规范规则的要求外(据国内外文献报导没有实行仔细的EMC规划与了解测验并采纳满足的技能办法,很难经过EMC测验),还能点评外界电磁打扰对产品的影响程度及有关按捺办法的有用性,查明产品遭到EMC实验损坏的详细原因(来历及效果途径)以便选用相应办法。因而,在产品规划定型初期就进行EMC测验是产品进入商品化的必不行少的一项作业。从别的一个方面来说,了解产品EMC功用,是商检及用户认可产品的一个重要要素。悉数这些都需求了解有关EMC的功用要求与测验常识。



  电源产品的EMC测验有其特别性要求,其特别性是由该类产品功用所决议的。首要电源产品作为供电电源(一般为市电)与为之服务的负载(典型为对电磁打扰较灵敏的信息技能设备)之间的电力接口,其基本功用是确保所接负载不受电源要素的影响而作业异常或损坏。这样对电源产品的EMC要求较其它产品天经地义要更高。这儿最典型的比如便是有关对电源产品EMC规范要求应对电源产品的输入源端与输出负载端别离进行传导搅扰测验。此外,若电源产品是体系作业不行短少的一部分(如UPS),并且该产品又是作为通用产品出售时,那么该产品或许要进行二次EMC测验。一次是测验产品自身规范规则的EMC功用特性;第2次则根据用户意见与其所属的体系一起进行体系的EMC测验。


  许多研讨标明,来自市电的电磁打扰是一类最首要的、最恶劣的电磁打扰。只需能处理该类搅扰,则抗扰度问题也就基本处理了。故有人称当今信息社会的技能特征为"一机三件",即计算机与硬件、软件、电力件。这样,作为市电与电子设备特别是信息技能设备之间电力接口的沟通稳压电源,应当具有有用的电力滤波器功用的效果,至少应当对电磁打扰有显着的衰减按捺效果。这点应当作为沟通稳压电源一个必备的功用。天然,关于具有抗搅扰功用的沟通稳压电源,不该只是进步自己的抗扰度功用,更应当具有使接在其输出端,对EMI灵敏的电子产品的EMC功用,取得较大的EMC安全裕度,这才是对搅扰噪声有净化功用的抗搅扰型沟通稳压电源当之无愧的一大功用要求。这也便是SJ/T10541-94《抗搅扰型沟通稳压电源 通用技能条件》的编制根据之一。


  另一方面,有些与EMC相似的要求已表现在电源产品的功用目标上。例如,沟通稳压电源的源电压效应与输出电压总相对谐波含量要求。此外,一些仅对弱电电子设备较灵敏的EMC项目,如抗工频磁场搅扰、静电放电、辐射电磁场搅扰等对大功率电工设备或许影响不大,故在SJ/T10541-94中不列为有必要测验项目。这样,对沟通稳压电源的EMC要求就有与其它电工、电子产品不同的特别当地。


2 EMC测验项目与要求


  EMC测验要求根据产品用处分为3大类:即军用类、工商环境运用类、民用及居住区环境运用类。后两者的测验项目、要求、办法等均较共同,差异在于对目标要求上。军用类,因其运用特别性与后2类有较大差异。此外,航空、船只设备也因其运用特别性,除了同军用设备相同有较高要求外,还有世界通用的规范规范。根据市场上出售的沟通稳压电源的运用条件,本文要点阐明后2类。


  鉴于社会上对EMC问题日益重视,触及的专业与产品许多,IEC已将EMC要求作为IEC的根底规范来对待。这便是闻名的IEC61000系列规范。该规范在世界上已视为与安全规范平等重要的通用规范。其间之一的IEC61000-4《测验技能》是辅导有关EMC测验的根底规范。因为EMC技能是一门杂乱的、触及多门学科的、不断发展的新技能,有关EMC测验项目、要求、办法也在不断修订、完善。因而,IEC61000-4中许多项目仍未正式发布,还处于草案之中。为了便于读者了解这方面常识,咱们对触及沟通稳压电源的项目作一介绍,关于有关国家规范选用的IEC项目则要点介绍。


  IEC6110-4,全名为《Electromagnetic Compa-tibility for Electrical and Electronic Equipment,Part 4:Testing and Measurement Techniques》,即《电气和电子设备的电磁兼容性第4部分:测验技能》。其间罗列11个测验项目。与沟通稳压电源规范SJ/T10541-94有关的项目与要求介绍如下:


  IEC61000-4-4:Electrical Fast Transients(Burst)Immunity Test(电快速瞬变脉冲群),SJ/T10541-94与SJ/T10542-94选用了该规范。该项意图意图在于验证设备在承受切换瞬变(理性负载中止、继电器触点跳开等)发生的各种瞬时搅扰时的抗搅扰功用。其实验严厉度等级(在电源输入端上的搅扰发作器(50Ω内阻)开路输出实验电压)别离为1级,0.5kV;2级,1kV;3级,2kV;4级4kV。



  IEC61000-4-5 Surge Transients Immunity Test(电源或浪涌)。该项内容暂时处于草案之中。与此相关的可参阅闻名的IEC801-5及美国规范IEEE std587-1980《IEEE Guide for Surge Voltages in Low-Voltage AC Power Circuits》(IEEE导则:低压沟通电力电路内的电涌)。电子行业规范SJ/T10541-94及SJ/T10542-94引用了该方面的部分内容。该项意图意图是验证设备在承受由电力切换、雷电发生的高能电涌时的抗搅扰功用。其严厉度等级的区分同上,但搅扰发作器的输出阻抗为2Ω,而前者为50Ω。搅扰发作器输出分开路电压波1.2×50μs(对高阻负载)与短路(放电)电流波8×20μs(对低阻负载)两类。相似测验要求在许多电工电子产品规范中都已列出。


  除此之外,世界上还有选用高频尖峰噪声灵敏度测验。特别是日本,这项测验很遍及。美国军用规范MILSTD461、462选用相似项目,但要求运用的噪声模仿发作器的功率远大于前者。国内也有相似规范,如GB4859-84中的50kHz~100MHz电源线传导灵敏度测验;GJB151-86,GJB152-86中的CS06项目,噪声为矩形脉冲波。此外,GB6162-85(参照选用IEC255-4)则选用衰减振荡波。SJ/T10541-94与SJ/T10542-94主张对这两种办法恣意挑选其间之一。该项意图意图同IEC61000-4-4。矩形脉冲波的特色是快速上升及低重复率,衰减振荡波的特色是高幅值、低能量。对含有数字电路的产品,用矩形脉冲波较能阐明对搅扰的灵敏程度。


  电磁搅扰方面的项目有工频谱波约束要求、传导搅扰与辐射搅扰约束要求。SJ/Z9029.2-87(等效选用IEC555-2-1982)规则了设备在低压供电体系中发生的谐波电流约束值要求。关于大功率半导体变流器,GB/T3859.2-93则用对不同沟通设备(按脉波数)规则最大功率容量(电源体系短路容量与沟通器基波视在功率之比)来约束电流谐波。有必要指出,电工、电子产品经过电源线向市电传导电流谐波问题已被确认是电力污染,而作为市电体系"环保"目标来处理,这方面的要求将日益强化。


EMC测验成果的断定,对立扰度测验与对电磁搅扰测验别离选用彻底不同的办法。后者选用定量规则约束值作为合格的门限断定点;前者一般选用定性办法来断定,即按产品在测验中的功用表现分类(以GB/T13926-92为例):


    a类:在产品功用目标规范内(允差度内),功用正常;
    b类:功用或功用暂时下降或损失,但能自行康复;
    c类:功用或功用暂时下降或损失,但需操作者干涉或体系复位;
    d类:因损坏而不行康复的功用下降或损失。


  在这4类中,a类作为合格,d类作为不合格是毫无疑义的。关于b类与C类,合格的断定由厂家与用户根据详细状况洽谈规则。天然,对此两类所采纳的技能办法是不同的。好像抗扰度测验的断定太松,其实是表现了规范的最大自由度原则。因为被测设备品种繁复,差异大,因而很难为鉴定合格作出通用定量的规则。当然,关于详细某一类产品应当给出确认的鉴定规范。SJ/T10541-94就表现了这个要求。GB/T3859.1-93中相似规则了沟通器受扰类别,作为合格断定的根据。该规范界说了3级,即:


  F级:功用级,是指该沟通器能承受而不下降功用的悉数各种电扰动极限值的组合;


  T级:跳闸级,是指沟通器能承受而不因维护器材动作而中止运转的悉数各种电扰动极限值的组合;可进一步分为两种状况:搅扰曩昔后能主动重合闸及不能主动重合闸(要用手动等办法);


    D级:损坏级,是指沟通器能承受而不形成永久损坏的悉数电扰动极限值的组合。


  明显,这儿的F级相当于a类,D级相当于d类,T级则包含b,c类。


  关于有抗搅扰功用要求的沟通稳压电源在SJ/T10541中规则,除了应确保能正常作业外,还应在输出端给负载适宜的灵敏度门限;规则叠加在输出电压上的搅扰残压的峰值不该大于输出电压标称值的20%。这是该规范遵照规范的意图性原则,充分考虑沟通稳压电源与其它电工、电子产品在运用功用要求上具有实质的差异。即前者要为后者服务,前者也作为后者电源EMI的电力滤波器,意图是为对EMI灵敏的设备供给满足的EMI安全裕度,进步设备的抗扰度等级。根据GB6833.4规则,电子仪器对电源瞬态灵敏度的要求是:应能饱尝标称源电压改变量的20%的瞬态电压冲击搅扰而不致作业异常。为此,在SJ/T10541中规则以这个数值作为沟通稳压电源在承受抗扰度实验时的输出答应最高瞬态电压值(灵敏度门限)。此外,考虑到沟通稳压电源要为电子仪器设备供给适宜的沟通电压条件,SJ/T10541还规则在抗扰度实验时,沟通稳压电源输出电压的相对偏差(即输出效应)应在其基准条件(公役G)内,以此作为是否功用降级的断定根据。这样两者结合,以科学、合理、有用、易操作办法,处理了在对沟通稳压电源抗扰度功用进行详细查核及合格鉴守时,无定量目标为根据的难题。而一般规范则只抽象地以误动作、功用下降或降级来作为查核及合格鉴定根据,明显,这种定性办法不易操作。



3 EMC测验的条件与办法


  测验依靠3个方面要素:办法、技能、设备。办法由丈量原理和测验设备的运用办法两者来确认,技能是为了得到正确的测验成果(较高的准确度)而采纳的悉数测验手法,设备则是表现上述两个要素为测验服务的悉数技能设备。这些都有必要规范化,以确保测验具有重现性和真实性。


  EMC测验条件由测验办法决议。详细测验办法分为在实验室条件下进行的实验台法和在实践运用条件下进行的现场法。要模仿现场或许碰到的悉数搅扰现象是不行能的,特别是现场法具有无法战胜的局限性。但经过规范化的测验能够较全面地获取被测设备EMC功用怎么的信息。为此,世界上引荐首要选用实验台法,除非无法在实验室进行,一般不必现场法。


  抗扰度测验首要办法是按照设备所在的电磁环境条件,结合用户对设备采纳的办法,挑选适宜的严厉度等级,按照有关测验办法进行测验,最终根据产品规范提出的合格判定条件鉴定测验成果是否合格。这是抗扰度测验与其它测验首要差异之处。


  电磁环境中的电磁打扰源、电磁打扰源对设备的耦合办法、设备对电磁打扰的灵敏度以及用户对作业现场的防护办法直接与严厉度等级相关。即运用环境决议了搅扰的方式,设备防护条件决议了搅扰的严厉度等级。GB/T13926.4详细规则了在电磁环境中与严厉度等级相对应的设备作业下的电气环境条件:
  1级,具有杰出维护的环境,如计算机房;
  2级,受维护的环境,如工厂和电厂的控制室或终端室;
  3级,典型的工业环境,如工业进程设备、电厂和露天高压变电所的继电器房等场所;
  4级,严厉的工业环境,如电站、未采纳特别设备办法的工业进程设备、室外区域等。
 IEC801-5中针对电涌的源为电力切换瞬变或直接雷击的闪电瞬变,对设备的设备条件与防护设备作如下分类(适用电涌):


  0类:维护杰出的、有一次和二次过压维护的电气环境,一般处于特别的房间内,电源电压不会超越25V;
  1类:部分维护的、有一次过压维护的电气环境,电涌电压不超越500V;
  2类:电源线与其它线路分脱离,电缆阻隔杰出的电气环境,电涌电压不超越1kV;
  3类:电源电缆与信号电缆并行敷设的电气环境,电涌电压不超越2kV;
  4类:互连线象室外相同沿着电源电缆敷设,且电子线路和电气线路均运用电缆的电气环境,电涌电压不超越4kV;
  5类:非人口稠密区内电子设备联接电讯电缆和架空电源线的电气环境。
 对0类不做电涌测验。一般电源产品处于1类或2类电气环境,可挑选严厉度等级为1级或2级。


  有必要指出,把环境作为抗扰度测验的相关条件是抗扰度测验的重要特色。因为假如忽视这些相关,不考虑设备的运用作业环境条件,而以为设备应该"独立",应该适合于刺进任何一种组合设备(或体系)中,就会由此发生悉数被测设备都有必要承受悉数项意图搅扰实验,并且要到达最高严厉度等级的过错定论。这不仅对要用的设备形成过高的不合理的严厉约束,并且还会因需求进行许多实验而不得不承当很大的经济负担。


  别的,抗扰度测验触及到高压信号,除了应严厉遵守有关安全规则外,还有必要在抗扰度实验后再对设备进行安全测验。


  关于沟通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,并且挑选较其它电工、电子产品要高的严厉度等级,是必要的。


  抗扰度测验的另一重要特色是对实验发作器技能参数作出严厉而清晰的规则。为了对设备的抗扰度功用进行比较,就要有一种能发生比较共同并可重复再现的实验设备,这便是搅扰模仿发作器。明显有必要规则发作器的输出内阻、输出波形要求、开路电压起伏与差错;以确保实验成果的共同,重复性好。不然,因不同被测设备源端阻抗不同,对发作器的阻抗匹配不同而无法使发作器在带载下输出波形或起伏相同。实践上,阻抗不匹配便是按捺电磁打扰的一个有用手法。



  沟通稳压电源对外界(经过市电网络)的电磁打扰测验项目有:谐波传导搅扰测验、高频传导搅扰测验。


  谐波传导搅扰测验是对设备的电源进线入端工频电流谐波进行测验;测出40次以下各次电流谐波最大值,对三相电源还应测验中线的电流谐波。在沟通稳压电源功用项目中以源电流相对谐波含量来查核此项目。


  沟通稳压电源的传导搅扰实验同其它电子产品相同,可选用GB6833-86电子丈量仪器电磁兼容性实验规范(参照选用HP公司规范或GB9254-88信息技能设备的无线电搅扰极限值和丈量办法(等效选用CISPR-22-1985)。高频传导搅扰测验中一个重要测验设备是要用人工电源网络(Artificial MainNetwork),在美国规范中则称为电源阻抗安稳网络(Line Impedance Stabilization Network,LISN)。这是因为不同电力条件下,市电在不同设备电源输入端出现的高频阻抗也不相同,为使测验成果反映真实状况,有必要在受试设备与其电源端子直接入符合要求的网络,该网络既能使设备与电网间完成射频阻隔,又能为设备供给安稳的高频阻抗。人工电源网络的支路数与供电体系的线路数相同,网络与搅扰丈量仪之间的衔接应确保阻抗匹配(50Ω/50μH),对每根电源线别离进行测验,丈量的是搅扰电压值。GJB152-86则引荐选用电流探头法丈量传导搅扰电流;其间在电源线与地之间并接10μF穿心电容器,效果与LISN相同。电流探头法运用简洁,丈量敏捷,便于现场测验,较挨近实践状况,或许往后丈量以其为主。此外,军标选用峰值检波器,GB9254选用准峰值检波器。


  射频辐射搅扰测验较杂乱,触及到测验场所、天线、测验线路衔接等测验问题。测验场所为户外开阔、布景电磁噪声电平至少比答应极限值小6dB。这种要求很难完成,规范还引荐能够用电磁屏蔽室(还有如电波暗室等)作为替换。测验辐射场强时被测设备应严厉按实践作业办法接线,电源线、信号线都不答应特意弯曲、缩短,以反映真实性。


  总归,根据沟通稳压电源运用价值要求,其EMC功用应当是:除了自身能到达较高严厉度等级的抗扰度目标、合格的电磁搅扰约束以及供给适宜的沟通电压条件外,更重要的是要为其负载(对EMI灵敏的电子仪器设备特别是信息技能设备),在较严厉电磁环境条件下作业,供给足够的EMC安全裕度。这不可是沟通稳压电源的基本功用,并且也是对其的EMC要求及对其进行EMC测验的根据。 



 

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