面向傳導(dǎo)發(fā)射的電磁兼容試驗(yàn)整改方案

來(lái)源：電磁兼容之家

以下為正文：

電磁兼容(ElectromagneticCompatibility-EMC)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4365《電磁術(shù)語(yǔ)》的定義：設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。定義包含了兩層意思：第一是具有抵抗給定的電磁干擾的能力，并且有一定的裕量；第二是不產(chǎn)生超過(guò)限度的電磁干擾。

隨著電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，各種電氣、電子設(shè)備的電磁干擾問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。設(shè)備產(chǎn)生更多的電磁干擾信號(hào)，同時(shí)其遭受電磁干擾的機(jī)率也大大增加,大量的電子設(shè)備密集在狹小的空間,相互間的電磁兼容性非常重要。因此，電磁兼容越來(lái)越重要，它已不局限于廣播、通訊領(lǐng)域及軍事用途，而是擴(kuò)展到工業(yè)、民用等各個(gè)領(lǐng)域。隨著電子器件的普遍使用，大量的電力電子設(shè)備產(chǎn)生傳導(dǎo)性電磁干擾的問(wèn)題不斷出現(xiàn)，已成為電力電子技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)重要約束。因此對(duì)電力電子設(shè)備的傳導(dǎo)性發(fā)射進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)估已非常必要。從電磁兼容的角度出發(fā)，諧波的危害可概括為以下幾個(gè)方面:首先是對(duì)于公共電網(wǎng)的危害；另外是對(duì)于自身電子設(shè)備的影響。

對(duì)于諧波的危害，國(guó)際和國(guó)內(nèi)都出臺(tái)了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，以減小諧波所帶來(lái)的危害。國(guó)際上主要頒布了IEC61000-3-2。在國(guó)內(nèi)，頒布了民用標(biāo)準(zhǔn)GB17625.1和軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB152A中的CE101及CE102,對(duì)于相同的受試設(shè)備還是軍標(biāo)的測(cè)試要求更嚴(yán)格一些。

電源控制器由于應(yīng)用環(huán)境的特殊性，必須通過(guò)CE101-2這項(xiàng)測(cè)試。在試驗(yàn)過(guò)程中有個(gè)別點(diǎn)超過(guò)限值，通過(guò)分析超標(biāo)點(diǎn)的特性，采用了安裝隔離變壓器和低通濾波器，調(diào)整濾波器等相關(guān)器件的安裝位置，完善機(jī)柜接地，提高功率因素這4個(gè)方法進(jìn)行電磁兼容整改，并最終取得了很好的效果，通過(guò)了測(cè)試。

1、系統(tǒng)介紹

本系統(tǒng)為電源控制器，由4個(gè)控制機(jī)柜組成，如圖1所示。

系統(tǒng)內(nèi)部主要由現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)模塊、數(shù)字隔離機(jī)箱、快速控制器、光電轉(zhuǎn)換模塊、交換機(jī)、24V開(kāi)關(guān)電源等器件組成。本系統(tǒng)裝配及功能調(diào)試完成后需要進(jìn)行一系列的電磁兼容測(cè)試，以評(píng)估系統(tǒng)的電磁兼容性能。在具有國(guó)家實(shí)驗(yàn)資質(zhì)認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行美軍標(biāo)MILSTD461F(CE101-2):30Hz~10kHz電源線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射這項(xiàng)測(cè)試時(shí)，結(jié)果超標(biāo)未能通過(guò)測(cè)試。

2、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

2.1標(biāo)準(zhǔn)概述

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)MILSTD461F中的測(cè)試方法CE101-2,此標(biāo)準(zhǔn)與GJB152A-97《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測(cè)量》相符。本測(cè)試方法用來(lái)測(cè)量受試設(shè)備輸入電源線(xiàn)(包括回線(xiàn)）上的傳導(dǎo)發(fā)射，以評(píng)估電源線(xiàn)對(duì)外發(fā)射的電磁騷擾水平,其中交流電源線(xiàn)頻率50Hz-10kHz。

2.2測(cè)試布置

一般情況下的測(cè)試布置如圖2所示。

2.3測(cè)試限值

圖3所示是CE101-2的測(cè)試限值?？梢园聪率龇椒▉?lái)確定極限：

（1）在設(shè)備和分系統(tǒng)電源＜1kVA情況下，用連接a，b和c點(diǎn)的連線(xiàn)作極限。在設(shè)備和分系統(tǒng)的基波電流＞1A的情況下，按下述放寬極限：

dB放寬=20lg（基波電流）

（2）在設(shè)備和分系統(tǒng)電源21kVA情況下。連接d，b和c點(diǎn)的連線(xiàn)作極限。即在設(shè)備和分系統(tǒng)的基波電流＞1A的情況下，按下述放寬極限：

dB放寬=20lg（基波電流）

基波電流為電源頻率的負(fù)載電流。

3、現(xiàn)象

該電源控制器的電壓為220V，電流為14A，功率為3.08kVA≥1kVA，選擇連接d、b和c點(diǎn)的連線(xiàn)為限值，同時(shí)由于基波電流為14A>1A，限值放寬22.9dB。圖4所示是其試驗(yàn)結(jié)果。這種情況下，在150Hz點(diǎn)超標(biāo)6dB。同時(shí)在測(cè)試過(guò)程中，斷開(kāi)系統(tǒng)中的一些設(shè)備或者在電源輸入端并接電容，測(cè)試超標(biāo)點(diǎn)主要集中在50Hz、100Hz、150Hz這3個(gè)點(diǎn)上，分別是50Hz的1次、2次、3次諧波。

4、原因分析

CE101-2超標(biāo)主要有以下幾種原因：

（1）電線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)與電源濾波器有關(guān)。由于超標(biāo)值

都在低頻段，且超標(biāo)點(diǎn)不多，初步分析，可能是電源濾波器安裝方式不當(dāng)或電源濾波器的低頻濾波效果不理想。如果濾波器沒(méi)有正確安裝，例如電源輸入線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)，輸入、輸出線(xiàn)沒(méi)有隔離或?yàn)V波器接地效果不好，都會(huì)使傳導(dǎo)騷擾信號(hào)通過(guò)電源線(xiàn)傳入電源，造成傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)。另外可能是電源濾波器本身的質(zhì)量不好，在低頻段輸入傳導(dǎo)騷擾信號(hào)造成超標(biāo);

（2）機(jī)柜內(nèi)器件布局和布線(xiàn)是否符合規(guī)范。機(jī)柜內(nèi)電源

線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)不能交叉走線(xiàn)，以避免電源線(xiàn)與信號(hào)線(xiàn)之間的相互干擾。同時(shí)，斷路器、濾波器等器件應(yīng)盡可能近地安裝到電源線(xiàn)的輸入端;

（3）機(jī)柜內(nèi)部是否可靠接地。所有器件應(yīng)就近接地，地

排的安裝是否可靠。

5、整改措施

進(jìn)行電磁兼容試驗(yàn)時(shí)，需要將4個(gè)機(jī)柜一起運(yùn)到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試，為加快進(jìn)度及減少成本，在進(jìn)行電磁兼容試驗(yàn)整改時(shí)，采用了多種整改措施并用的方法，力求能一次通過(guò)試驗(yàn)。

5.1安裝隔離變壓器和低通濾波器

原系統(tǒng)中在電源輸入端裝了一個(gè)40A的濾波器，電源濾波器的低頻特性不佳，根據(jù)超標(biāo)點(diǎn)的特性，定制了一款低頻濾波器安裝在原40A濾波器的下端。為了保證系統(tǒng)中使用的電源更加純凈，在電源輸入端安裝了一個(gè)5kVA的220V電源隔離變壓器，隔離層接地。隔離變壓器可以使一次側(cè)與二次側(cè)的電氣完全絕緣，也使該回路隔離，從而抑制雜波傳入控制回路，并且使諧波等干擾在繞組組內(nèi)部形成環(huán)路，不影響線(xiàn)路或電網(wǎng)。

5.2調(diào)整濾波器等電源相關(guān)器件的安裝位置和調(diào)整機(jī)柜內(nèi)部布線(xiàn)

原系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有全面考慮到電磁兼容性問(wèn)題，在布線(xiàn)時(shí)電源線(xiàn)與信號(hào)線(xiàn)交叉，并且濾波器和斷路器等器件都安裝在機(jī)柜的中部，但是電源進(jìn)線(xiàn)是在機(jī)柜的底面。在進(jìn)行整改時(shí)，將濾波器和斷路器等安裝到機(jī)柜的底部。同時(shí)對(duì)電源線(xiàn)重現(xiàn)布線(xiàn)，每個(gè)機(jī)柜右側(cè)線(xiàn)槽走電源線(xiàn)，左側(cè)線(xiàn)槽走信號(hào)線(xiàn),如遇到電源線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)必須在線(xiàn)槽內(nèi)交叉走線(xiàn)，對(duì)電源線(xiàn)進(jìn)行雙絞和加屏蔽層處理。

5.3完善機(jī)柜接地

原機(jī)柜中的地排都安裝在機(jī)柜的底部，每個(gè)器件沒(méi)法做到就近接地。整改時(shí)，在每個(gè)機(jī)柜的側(cè)部安裝一根銅排，使每個(gè)器件都能就近接地。

5.4提供功率因素，加裝電感

超標(biāo)點(diǎn)均為2kHz以下的低頻段，同時(shí)為50Hz的倍頻,導(dǎo)致系統(tǒng)在工作時(shí)產(chǎn)生了較高的無(wú)功功率，使系統(tǒng)在工作時(shí)有功功率偏低，電網(wǎng)的功率因數(shù)較低。所以整改時(shí)可以考慮增加系統(tǒng)的功率因數(shù)。在電源火線(xiàn)L和零線(xiàn)N分別串接兩個(gè)電感，可以提供功率因素，并有效的抑制2kHz以下的諧波。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果調(diào)整電感值，以保證實(shí)驗(yàn)通過(guò)。圖5所示是其傳導(dǎo)發(fā)射整改示意圖。

6、測(cè)試結(jié)果

經(jīng)過(guò)整改后，系統(tǒng)的實(shí)際電流值增加為16A，即限值放寬24dB。

根據(jù)整改措施，首次測(cè)試時(shí)，可以在圖5的基礎(chǔ)上，在低通濾波器后不串接電感，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

這樣，其超標(biāo)點(diǎn)的限值為116.7dB，比之前減少了2dB。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，在低通濾波器后串接20A，0.8mH電感的測(cè)試結(jié)果如圖7所示。

可見(jiàn)測(cè)試結(jié)果有所改善。調(diào)整電感值，串接了20A、2.8mH電感，測(cè)試通過(guò)，其結(jié)果如圖8所示。

7、結(jié)語(yǔ)

電源控制器雖然通過(guò)上述介紹的幾種方法，最終通過(guò)了CE101-2這項(xiàng)測(cè)試，但其中耗費(fèi)很多人力物力。在遇到電磁兼容未過(guò)項(xiàng)時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，找到原因，根據(jù)原因研究得出整改措施，不能在未找到原因的情況下，就將設(shè)備拉到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行盲目的整改測(cè)試。

“電磁兼容是設(shè)計(jì)出來(lái)的”,這句話(huà)非常重要，應(yīng)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該考慮到電磁兼容問(wèn)題，雖然通過(guò)后面的電磁兼容整改可以通過(guò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試，拿到國(guó)家認(rèn)可的試驗(yàn)報(bào)告,但這將耗費(fèi)大量的人力物力；有時(shí)整改還不一定能解決問(wèn)題,此時(shí)問(wèn)題就很?chē)?yán)重了，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，重新裝配,這對(duì)進(jìn)度和成本是極大的挑戰(zhàn)。所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初考慮電磁兼容設(shè)計(jì)是非常重要的。

電磁兼容設(shè)計(jì)已越來(lái)越重要，特別是數(shù)字產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，對(duì)電磁兼容設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)越高。然而電磁兼容問(wèn)題又是極其復(fù)雜的，尤其是不同產(chǎn)品具有不同的產(chǎn)品特性、不同的布線(xiàn)方式、不同的電源特性等，不能用幾套方法完全解決問(wèn)題。

只有做好源頭設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)之初就將電磁兼容設(shè)計(jì)貫穿在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，盡早抑制潛在的電磁兼容問(wèn)題，在出現(xiàn)電磁兼容問(wèn)題時(shí)，進(jìn)行有效的電磁兼容診斷分析，盡量采取合理有效的整改措施，這樣才能不斷提高電磁兼容的設(shè)計(jì)水平。

審核編輯：湯梓紅