面向傳導發(fā)射的電磁兼容試驗整改方案

來源：電磁兼容之家

以下為正文：

電磁兼容(ElectromagneticCompatibility-EMC)按國家標準GB/T4365《電磁術(shù)語》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)生超過限度的電磁干擾。

隨著電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，各種電氣、電子設(shè)備的電磁干擾問題越來越嚴重。設(shè)備產(chǎn)生更多的電磁干擾信號，同時其遭受電磁干擾的機率也大大增加,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，電磁兼容越來越重要，它已不局限于廣播、通訊領(lǐng)域及軍事用途，而是擴展到工業(yè)、民用等各個領(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)生傳導性電磁干擾的問題不斷出現(xiàn)，已成為電力電子技術(shù)進步的一個重要約束。因此對電力電子設(shè)備的傳導性發(fā)射進行試驗評估已非常必要。從電磁兼容的角度出發(fā)，諧波的危害可概括為以下幾個方面:首先是對于公共電網(wǎng)的危害；另外是對于自身電子設(shè)備的影響。

對于諧波的危害，國際和國內(nèi)都出臺了相關(guān)標準進行測試，以減小諧波所帶來的危害。國際上主要頒布了IEC61000-3-2。在國內(nèi)，頒布了民用標準GB17625.1和軍用標準GJB152A中的CE101及CE102,對于相同的受試設(shè)備還是軍標的測試要求更嚴格一些。

電源控制器由于應(yīng)用環(huán)境的特殊性，必須通過CE101-2這項測試。在試驗過程中有個別點超過限值，通過分析超標點的特性，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，完善機柜接地，提高功率因素這4個方法進行電磁兼容整改，并最終取得了很好的效果，通過了測試。

1、系統(tǒng)介紹

本系統(tǒng)為電源控制器，由4個控制機柜組成，如圖1所示。

系統(tǒng)內(nèi)部主要由現(xiàn)場總線模塊、數(shù)字隔離機箱、快速控制器、光電轉(zhuǎn)換模塊、交換機、24V開關(guān)電源等器件組成。本系統(tǒng)裝配及功能調(diào)試完成后需要進行一系列的電磁兼容測試，以評估系統(tǒng)的電磁兼容性能。在具有國家實驗資質(zhì)認可的實驗室進行美軍標MILSTD461F(CE101-2):30Hz~10kHz電源線傳導發(fā)射這項測試時，結(jié)果超標未能通過測試。

2、測試標準

2.1標準概述

測試標準依據(jù)MILSTD461F中的測試方法CE101-2,此標準與GJB152A-97《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測量》相符。本測試方法用來測量受試設(shè)備輸入電源線(包括回線）上的傳導發(fā)射，以評估電源線對外發(fā)射的電磁騷擾水平,其中交流電源線頻率50Hz-10kHz。

2.2測試布置

一般情況下的測試布置如圖2所示。

2.3測試限值

圖3所示是CE101-2的測試限值。可以按下述方法來確定極限：

（1）在設(shè)備和分系統(tǒng)電源＜1kVA情況下，用連接a，b和c點的連線作極限。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點的連線作極限。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點的連線為限值，同時由于基波電流為14A>1A，限值放寬22.9dB。圖4所示是其試驗結(jié)果。這種情況下，在150Hz點超標6dB。同時在測試過程中，斷開系統(tǒng)中的一些設(shè)備或者在電源輸入端并接電容，測試超標點主要集中在50Hz、100Hz、150Hz這3個點上，分別是50Hz的1次、2次、3次諧波。

4、原因分析

CE101-2超標主要有以下幾種原因：

（1）電線傳導發(fā)射超標與電源濾波器有關(guān)。由于超標值

都在低頻段，且超標點不多，初步分析，可能是電源濾波器安裝方式不當或電源濾波器的低頻濾波效果不理想。如果濾波器沒有正確安裝，例如電源輸入線過長，輸入、輸出線沒有隔離或濾波器接地效果不好，都會使傳導騷擾信號通過電源線傳入電源，造成傳導發(fā)射超標。另外可能是電源濾波器本身的質(zhì)量不好，在低頻段輸入傳導騷擾信號造成超標;

（2）機柜內(nèi)器件布局和布線是否符合規(guī)范。機柜內(nèi)電源

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

（3）機柜內(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

進行電磁兼容試驗時，需要將4個機柜一起運到實驗室進行測試，為加快進度及減少成本，在進行電磁兼容試驗整改時，采用了多種整改措施并用的方法，力求能一次通過試驗。

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40A的濾波器，電源濾波器的低頻特性不佳，根據(jù)超標點的特性，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)整機柜內(nèi)部布線

原系統(tǒng)設(shè)計時，沒有全面考慮到電磁兼容性問題，在布線時電源線與信號線交叉，并且濾波器和斷路器等器件都安裝在機柜的中部，但是電源進線是在機柜的底面。在進行整改時，將濾波器和斷路器等安裝到機柜的底部。同時對電源線重現(xiàn)布線，每個機柜右側(cè)線槽走電源線，左側(cè)線槽走信號線,如遇到電源線和信號線必須在線槽內(nèi)交叉走線，對電源線進行雙絞和加屏蔽層處理。

5.3完善機柜接地

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

5.4提供功率因素，加裝電感

超標點均為2kHz以下的低頻段，同時為50Hz的倍頻,導致系統(tǒng)在工作時產(chǎn)生了較高的無功功率，使系統(tǒng)在工作時有功功率偏低，電網(wǎng)的功率因數(shù)較低。所以整改時可以考慮增加系統(tǒng)的功率因數(shù)。在電源火線L和零線N分別串接兩個電感，可以提供功率因素，并有效的抑制2kHz以下的諧波。根據(jù)實驗結(jié)果調(diào)整電感值，以保證實驗通過。圖5所示是其傳導發(fā)射整改示意圖。

6、測試結(jié)果

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

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

這樣，其超標點的限值為116.7dB，比之前減少了2dB。

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

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

7、結(jié)語

電源控制器雖然通過上述介紹的幾種方法，最終通過了CE101-2這項測試，但其中耗費很多人力物力。在遇到電磁兼容未過項時，首先應(yīng)根據(jù)試驗結(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)備拉到實驗室進行盲目的整改測試。

“電磁兼容是設(shè)計出來的”,這句話非常重要，應(yīng)在系統(tǒng)設(shè)計時就應(yīng)該考慮到電磁兼容問題，雖然通過后面的電磁兼容整改可以通過相關(guān)標準的測試，拿到國家認可的試驗報告,但這將耗費大量的人力物力；有時整改還不一定能解決問題,此時問題就很嚴重了，需要對系統(tǒng)進行重新設(shè)計，重新裝配,這對進度和成本是極大的挑戰(zhàn)。所以在系統(tǒng)設(shè)計之初考慮電磁兼容設(shè)計是非常重要的。

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

只有做好源頭設(shè)計，在設(shè)計之初就將電磁兼容設(shè)計貫穿在整個系統(tǒng)設(shè)計中，盡早抑制潛在的電磁兼容問題，在出現(xiàn)電磁兼容問題時，進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)計水平。

審核編輯：湯梓紅