电磁兼容测试技术概述

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电磁兼容测试技术概述
一、前言
  人类所处的自然环境，不仅仅包括我们自身容易察觉的空气、水、土地等环境外，还有我们自身不容易觉察的电磁环境。在人类发明发电机之后，人类对电磁环境的主动性影响与日俱增。甚至达到“污染”电磁环境的程度。电磁兼容便是一门研究在有限空间、有限的时间、有限的频谱资源条件下，各种用电设备可以共存并不致引起降级的学科。也可以讲“电磁兼容”是一门绿色的环保科学。
　　近年来，世界各国都非常重视电磁兼容技术，并且把对电气电子产品的电磁兼容性要求纳入国际贸易中的产品技术法规。例如，欧盟从96年1月1日起强制执行89/336/EEC指令，即进入欧共体市场销售的电气电子产品必须符合EMC要求，并加贴CE标志。
　　为了适应国际先进技术发展和国际商贸的要求，我国也不断加强在电磁兼容技术方面的研究，并且在电磁兼容标准制订方面提出相应的方针政策。例如，我国政府制定了电磁兼容标准化工作的具体方法：
　　1、加快电磁兼容标准的修订，制订和转化，完善我国电磁兼容的标准体系；
　　2、在建立起基本完善的标准体系基础上，加强和完善现在各级电磁兼容试验室和测试机构，并推进认证制。
二、测试技术概述
  电磁兼容设备或交流在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。这是国际标准《电磁兼容术语》中对电磁兼容所下的定义。从此定义中不难看出，电磁兼容具体研究两方面的内容：一是能在电磁环境中正常工作，具体一定的抵抗电磁骚扰的能力。二是对所处环境中的其它设备的骚扰有一定的限值，不致于影响的其他设备不能正常工作。
　　测量，也许没有任何其他学科象电磁兼容这门学科这么依赖。我们从电磁兼容的概念中不难看出，电磁兼容的测试内容主要包括两个方面：一是电磁敏感性测试，即电气电子设备的抗扰度测量；另一个便是电磁干扰的测量，即设备无线电骚扰特性的测量。
　　电磁兼容测量的目的是为提高和改善电气电子设备的实际工作中电磁兼容能力提供参考和依据。为了使测试更具有意义和测量结果具有可比性，电磁兼容测试的标准化工作就显得异常重要。国际性的标准化组织棗国际电工委员会（IEC）在这方面作出了重要的贡献。
　　IEC下设的委员会中从事EMC的主要为国际无线电干扰特别委员会（CISPR）和第77技术委员会（TC77）。他们分别制订CISPR系列标准和IEC61000系列标准。
三、常用抗扰度标准简介
1、静电放电抗扰度试验（IEC61000-4-2）
　　（1）试验模拟
　　试验单个设备或系统的抗静电干扰的能力。它模拟：1）操作人员或物体在接触设备时的放电。2）人或物体对邻近物体的放电。静电放电可能产生的后果：1）直接通过能量交换、引起半导体器件的损坏。2）放电所引起的近场的电场与磁场变化，造成设备的误动作。
　　（2）试验仪器
　　 图1和图2分别给出了静电放电发生器的基本线路和放电电流的波形。
　　（3）放电方式
　　直接放电（直接对设备的放电）：接触放电为首选形式；只有在不能用接触放电的地方（如表面涂有绝缘层的情况，及计算机键盘缝隙的放电）才改用隙放电。间接放电（通过邻近物体的放电棗标准中用对水平耦合板及垂直耦合板的放电来模拟对模拟设备的工作产生影响）：采用接触放电为唯一的放电方式。
　　（4）试验的配置
　　有型式试验（在实验室进行）及安装现场试验两种，标准规定以前者为主。
　　（5）试验方法
按标准要求，型式试验为主，现场试验为辅。图4和图5给出桌面设备与落地的典型放电位置。
试验中一般以1次/秒的速率进行放电，以便让设备对试验末得及响应。另外正式试验前要用20次/秒的放电速率，对被试设备表面很快扫视一遍，目的是找出设备对静电放电敏感的部位。
　　试验电压要由低到高逐渐增加到规定值。
　　（6）试验的严酷度等级
　　接触放电 　　　　　　　　　　　　气隙放电
　　　1级 　　　　　2KV 　　　　　　　　　　　　　　2KV
　　　2级 　　　　　4KV 　　　　　　　　　　　　　　4KV
　　　3级 　　　　　6KV 　　　　　　　　　　　　　　8KV
　　　4级 　　　　　KV 　　　　　　　　　　　　　　　15KV
2、射频辐射电磁场的抗扰度试验（IEC61000-4-3）
（1）试验模拟
　　主要模拟射频辐射电磁场，如无线电台、电视发射台、移动无线电发射机和各种工业电磁辐射源（以上属有意发射），以及电焊机、可控硅整流器、荧为灯（以上属无意发射）所产生射频辐射干扰。
（2）试验等级
　　　　 等级 　　　　　　　　　　　　　　试验场强
　　　　　1　　　　　　　　　　　　　　　　　1V/m
　　　　　2 　　　　　　　　　　　　　　　　3V/m
　　　　　3 　　　　　　　　　　　　　　　　10V/m
　　　　　X 　　　　　　　　　　　　　　　　待定
（3）试验配置1）信号发生器 2）功率放大器 3）天线 4）场强测试探头5）场强设备与记录设备
（4）试验的场地
　最好是采用电波暗室
3、电快速瞬变脉冲群的抗扰度试验（IEC61000-4-4）
　　（1）试验模拟
　　主要模拟电路中机械开关对电感性负载的切换，所产生对同一电路中的其他电气和电子的干扰。模拟干扰产生的特点是：脉冲成群出现、脉冲的重复频率较高、脉冲波形的上升时间短暂、单个脉冲的能量较低。
（2）试验仪器 图8 给出了电快速瞬变脉冲群的发生器的基本线路。脉冲群的波形如图9所示。
　　电快速瞬变脉冲群的基本要求是：
　　脉冲上升时间（上升沿的10%至90%处）：5ns±０％
　　脉冲持续时间（上升沿的50%至下降沿50%处）：50ns±０％
　　脉冲重复频率：5或2.5kHz
　　脉冲群持续时间：15ms
　　脉冲群重复周期：300 ms
　　发生器开路输出电压：0.25-4kVp
　　发生器动态输出阻抗：50Ω
　　输出脉冲的极性：正/负
　　（3）试验配置
　　电快速瞬变脉冲群试验分为台式设备和落地式设备两种配置，类似于静电放电试验的配置。图10为典型的试验室配置。
　　（4）试验方法
　　a.对电源线的试验（交流和直流），通过耦合去耦网络，采用共模方式进行试验，即在每个电源端子与参考接地板之间施加试验电压。
　　b.对控制线、信号线等，通过电容耦合夹来施加试验电压，进行共模试验。
　　c.对与设备的保护接地端子，试验电压加在端子与参考接地之间。
（5）试验等级
   等级 　　　电源线 　　　　　信号线
　　 1 　　　　0.5kV(5kHz) 　　0.25kV(5kHz)
　　 1 　　　　1.0kV(5kHz) 　　0.5kV(5kHz)
　　 1 　　　　2.0kV(5kHz) 　　1.0kV(5kHz)
　　 1 　　　　4.0kV(2.5kHz) 　2.0kV(5kHz)
　　 X 　　　　　　　　　　　　　　待定
4.浪涌抗扰度试验(IEC61000-4-5)
　　（1）试验模拟
　　主要模拟电网中大能量脉冲，如雷电击中邻近物体时，在其周围产生电磁场，当户外线路穿过电磁场时，线路上感应出电压和电流；另如，电网中大容量的电感性设备在切换的过程中，也会在电网中造成这种情况。
　　（2）试验仪器
　　按照标准的要求，要能分别模拟在电源线上和通信线上的浪涌试验。
　　a.电源线路试验的综合波发生器。
  开路电压波：1.2/50
　　开路输出电压：0.5kVp～4.0kVp
　　短路电流波：8/20
　　短路输出电流：0.25kAp～2kAp
　　发生器内阻：2Ω
　　浪涌输出极性：正/负
　　浪涌移相范围：0～360度
　　浪涌重复频率：每分钟一次
　　b.通信线路的CCITT浪涌发生器
　　开路电压波：10/700
　　开路输出电压：0.5kVp～4.0kVp
　　动态内阻：40Ω
　　输出极性：正/负
　　（3）试验方法
　　浪涌试验配置较为简单,对于电源线上的试验,都是通过耦合去耦网络来完成。对于通信线路因与具体线路有关,不一一列出。
（4）试验等级
   等级 　　　　　　线－－线　　　　　　线－－地
　　 1 　　　　　　　　—— 　　　　　　　5kVp
　　 2 　　　　　　　　0.5kVp 　　　　　　1.0kVp
　　 3 　　　　　　　　1.0kVp 　　　　　　2.0kVp
　　 4 　　　　　　　　2.0kVp 　　　　　　4.0kVp
　　 X 　　　　　　　　待定

　5．电压跌落、短时中断和电压渐变的抗扰度试验(IEC61000-4-11)
　（1）试验模拟
　　主要模拟电网、变电设施的故障或负荷突然发生变化时所引起的电压波动的现象。
　　（2）试验等级
　　a.电压跌落和短时中断的试验等级
　　试验等级(%UT) 　　　　　电压跌落和短时中断(%) 　　　　　持续时间(周期)
　　　 0　　　　　　　　　　　     100　　　　　　　　     0.5、1、5
　　　40　　 　　　　　　　　　　　 60　　　　　　　　　     10、25、50
　　　70　　　　　　　　　　　　　　30　　　　　　　　　　　     X
　　b.电压渐变的试验等级
　　试验等级(%UT) 　　　　　下降时间 　　　　保持时间 　　　　　上升时间
　　　　　40 　　　　　　　　　2s 　　　　　　　1s 　　　　　　　　2s
　　　　　 0 　　　　　　　　　2s 　　　　　　　1s 　　　　　　　　2s
　　（3）试验仪器
　　输出电压精度：±5%
　　输出电流能力：100%UT时16A，其它输出电压时能维持恒功率。
　　峰值启动电流能力：500A（220V）；250A（100V～120V）
　　突变电压的上升或下降时间：1～5s 相位：0～360。
　　（4）试验方法
　　根据选定的试验等级及试验持续时间进行试验。试验一般做三次，每次间隔为十秒。
　　试验在典型的工作状态下进行。
　　如果在规定电压特定角度上试验，应优选45、90、135、180、225、270、315等。一般选0或180。
　　对三相系统，一般是一相、一相进行试验，要对三相同时作试验时，要求将三套试验仪器同步进行试验。
四、小结
　　电磁兼容学科是一门新兴的综合性学科，它涉及到电磁理论、电工原理、电子技术、电磁测量、信号分析、机械结构、自动控制、生物医学、材料和工艺等学科。我们这里所描述的测试方法仅是冰山一角。但是，电磁兼容学科还正处在发展之中，还需广大的工程技术人员在不断的探索和研究中去完善和充实。