电磁兼容基础知识
栏目:技术文章 发布时间:2021-11-01

  • 电磁兼容:
  • 电气设备在电磁环境中既能保持自已正常工作,又不对该环境中其它设备构成电磁干扰的能力。
  • 电磁干扰:
  • 通过电磁传播(辐射、传导)引起的相邻其它设备性能下降,称为电磁干扰。
  • 电磁抗扰度:
  • 电气设备在电磁环境中使自身性能保持不降低的能力,称为电磁抗扰度。又称为电磁抗干扰能力。

表(一) 电气设备在10米测量距离处辐射干扰限值:



频率范围MHz 准峰值限值dBµV/m 
频率范围MHz准峰值限值dBµV/m 
A级  30~230 40B级  30~230 30
 230~1000 47 230~1000 37


表(二) 电气设备电源端子传导干扰限值:



频率范围MHz 限值dBµV
频率范围MHz 限值dBµV
 准峰值 平均值准峰值 平均值
 A级0.15~0.5 79 66 B级0.15~0.5 66~56 56~46
0.5~30 73 600.5~5 56 46



5~30 60 50


表(三) 电气设备电信端口传导共模(非对称)干扰限值:



频率范围MHz 

电压限值 dBµV 

电流限值   dBµA
频率范围MHz 电压限值  dBµV 电流限值    dBµA
准峰值平均值准峰值平均值 准峰值平均值 准峰值 平均值 
 A级0.15~0.597~8784~74 53~43 40~30  B级0.15~0.5 84~7474~64 40~30 30~20
0.5~30 87 74 43 300.5~30 74 64 30 20


·测试场地应做到能区分来自被测设备的干扰和环境噪声。可通过测量环境噪声电平(被测设备不工作)予以确定:应保证环境噪声电平至少比表(一)或表(二)、表(三)规定的限值低6dB。

·如果在某个频段,环境噪声电平比规定限值低不足6dB,那末可以采用大环境信号测量的方法检验被测设备是否满足规定限值的要求。

  •                          辐射干扰的测量方法
  • 在30~1000MHz频率范围内,用带有准峰值检波器的测量接收机进行测量。为了节省时间,可以用峰值测量替代准峰值测量。一但发生争议,则以准峰值测量接收机的测量结果为准。
  • 1.测量接收机
  • 准峰值测量接收机应符合CISPR 16-1:1993的要求,峰值测量接收机应符合CISPR 16-1:1993的要求,并具有CISPR 16-1:1993所要求的6dB带宽。
  • 2.测试天线
  • 天线应为一对称偶极子。当频率等于或高于80MHz时,天线的长度应为谐振长度;当频率低于80MHz时,天线的长度应等于80MHz的谐振长度。
  • 注:只要测量结果能以可接受的精度与对称偶极子天线的测量结果相换算,也可以使用其它天线。
  • (1)天线到被测设备的距离:
  • 辐射干扰的测量应将天线放在距被测设备水平距离10米处。
  • (2)天线到地的距离:
  • 应在地面高度1~4米的范围调整天线的高度,以便在每一个测试频率点获得最大指示值。
  • (3)天线相对于被测设备的方位:
  • 在测量过程中应改变天线相对于被测设备的方位,以寻找最大场强读数。为了达到此目的。可以旋转被测设备。如果这样做有困难,则可使被测设备的位置固定不变,让天线围绕被测设备进行测量。
  • (4)天线相对于被测设备的极化方向:
  • 在测量过程中,为了寻找最大场强读数,应改变天线相对于被测设备的水平极化方向和垂直极化方向。
  • 3.测试场地
  • (1)概述:
  • 在30~1000MHz频率范围应通过水平极化方向和垂直极化方向的场地衰减测量来检验测试场地的有效性。发射天线和接收天线的距离应与被测设备进行干扰测试时的规定距离相同。
  • (2)场地衰减测量:
  • 如果水平场地和垂直场地衰减测量值与理想场地的理论场衰减值之差不大于±4dB,则应认为该测量场地是可以接受的。
  • (3)开阔测试场地:
  • 开阔测试场地应平坦、无架空电力线、附近无反射物、场地要足够大,以便能在规定距离处安放天线,并使天线、被测设备和反射物之间有足够的间隔。测试场地应有规定的水平金属接地平板。
  • (4)导电接地平板:
  • 导电接地平板应超出被测设备和测量天线的边界1米并覆盖被测设备与天线之间的整个区域。导电接地平板上不应有尺寸大于最高测量频率所对应的波长的1/10的孔洞和缝隙。如果测试场地不满足场地衰减要求,那么可能需要更大的导电接地平板。
  • (5)替换测试场地:
  • 测试可以不在具备上述(3)和(4)所描述的物理特性的测试场地上进行,但应证明这样的替换测试场地不致使测量数据失效。装有吸波材料的屏蔽室可作为替换测试场地的一个实例。
  • 4.测量记录
  • 对于超过L-20dB(L为用对数单位表示的限值电平)的干扰电平,应至少记录其中6个最大的干扰电平和频率,并记录这6个频率上的天线极化方向。
  • 5.大环境信号测量
  • 通常,环境信号不应超过限值,然而由于本地广播设施、其它人造设施和自然界噪声所产生的环境噪声场的影响,有可能在测量地点的某些频率上无法测量来自被测设备的辐射发射。如果在规定距离处环境信号场强很高,则可以用下列方法判断被测设备是否合格
  • 在近距离处测量,并用下式确定限值L2与近距离d2的对应关系:L2=L1(d1/d2)
  • 式中L1—距离d1处规定的限值,dBµV/m
  •     L2—距离为d2处时新的限值,dBµV/m
  • 6.安装现场测量
  • 在某些情况下,当需要在用户的安装现场进行测量时,如果用户场地的边界离被测设备的距离小于10米,测量应在离被测设备10米远外进行。由于测试场地的特性会影响测量结果,所以合格检定这种形式只对安装现场有效。

上述测量方法可能不适合于那种体积很大的被测设备(如某些电信主机)的合格检定。对于这样的设备,其测量方法和限值尚在研究之中。

                               传导干扰的测量方法

* 建议传导干扰测量在屏蔽室内进行

  • 在0.15~30MHz频率范围内,用带有准峰值和平均值检波器的测量接收机进行测量。两种检波器可以包含在一个接收机中。测量时,交替使用准峰值检波器和平均值检波器。为了节省时间,可以用峰值测量替代准峰值测量和平均值测量。一但发生争议,当按准峰值限值测量时,要用准峰值测量接收机;当按平均值限值测量时,要用平均值测量接收机。
  • 1.测量接收机
  • 准峰值测量接收机应符合CISPR 16-1:1993的要求,平均值测量接收机应符合CISPR 16-1:1993的要求,并具有CISPR 16-1:1993所要求的6dB带宽。峰值测量接收机应符合CISPR 16-1:1993的要求,并具有CISPR 16-1:1993所要求的6dB带宽。
    • 2.人工电源网络
    • ·为了能在电源馈线两端的端子电压的测量点上提供规定的高频阻抗,并把被测电路和电网上的背景噪声隔离开来,需要使用人工电源网络(AMN)。应使用CISPR 16-1:1993规定的50Ω/50μH人工电源网络。
    • ·在相线与参考地线之间和中线与参考地线之间测量传导干扰,两种测量结果均不得超过相应的限值。
    • ·从本地广播设施耦合过来的传导环境噪声可能会使得在某些频率上无法进行测量。此时可以在人工电源网络和供电电源之间插入一个合适的附加射频滤波器,或在屏蔽室内完成测量。
    • 3.接地平板
    • ·台式被测设备应放在离大小为2米×2米的垂直参考接地平板0.4米远处,并应与其它不属于该被测设备组成部分的任何金属面或接地平板保持0.8米距离。如果测量在屏蔽室内进行,则上述0.4米距离可以是距屏蔽室任一侧壁的距离。如果测量在开阔场场地上行,则0.4米的距离是指距水平金属接地平板的距离。
    • ·落地式被测设备应放在一块水平接地平板上。接触的各点应和正常使用情况相一致,但不得与接地平板形成金属接触,参考接地平板应至少比被测设备的边框大0.5米,且其最小心尺寸为2米×2米。
    • ·应用一尽可能短的导电体将人工电源网络和阻抗稳定网络的考接地点连接到参考接地平板上。
    • ·通过电源线将电源端口与人工电源网络相连;通过信号线将电信端口与阻抗稳定网络相连。
    • 4.电信端口的传导干扰测量★
    • 测量从被测设备电信端口发出来的共模干扰。有用信号可能会构成共模干扰。在接口工艺的设计阶段,如果对电信端口的信号参数因素给予适当的考虑,那么就可控制由有用信号产生的干扰。
    • (1)合格测试方法
    • (2)阻抗稳定网络:
    • ·被测设备的电源电压应通过电源端口干扰电压测量时用的人工电源网络来提供。对于带有非屏蔽平衡对线的电信端口,应用电缆将电信端口和阻抗稳定网络连接起来进行测试,以评估该电信端口的共模(非对称)干扰电压或干扰电流,因此在测试过程中,应对从电信端口看过去的阻抗稳定网络共模终端阻抗作出规定。阻抗稳定网络应不影响被测设备的正常工作,并能插入在连接于被测设备与负载之间的信号电缆上。
    • ·目前,还不可能规定一种通用的阻抗稳定网络,原因是阻抗稳定网络的构造依赖于被测电信端口的配置。
    • ·阻抗稳定网络应具有下列特性:
    •   *在0.15~30MHz频率范围内,共模终端阻抗150Ω±20Ω,相角0°±20°
    •   *应能提供足够的隔离,以隔离那些来自与被测电信端口相连的负载的干扰,对源于负载的共模电压干扰或干扰电流,阻抗稳定网络的衰减应做到:在测量接收机的输入端测得的干扰应比相应的限值低10dB。
    •   *因阻抗稳定网络的插入引起的有用信号频带内的信号质量的衰减失真或其它的损失不应显著影响被测设备的正常工作。
    •   *如果阻抗稳定网络上的电压测量端口是可用的,那么分压系数的精度应在±1dB之内。分压系数应为插入阻抗稳定网络后呈现在被测设备共模阻抗上的电压与呈现在连接于阻抗稳定网络的测量端口测量接收机输入端的电压之差。如,共模阻抗为150Ω,接收机输入阻抗为50Ω,电压分压系数为20Lg(50/150)=-9.5dB。
    • (3)测量:
    • ·对于非屏蔽对线连接的电信端口传导干扰电压的测量,应用一个阻抗稳定网络,该阻抗稳定网络能够提供一个适合连接测量接收机的电压测量端口,并能满足电信端口共模终端阻抗的要求。
    • 对于用单个非屏蔽平衡对线连接的电信端口传导干扰电压测量时,应使用一个合适的供两线用的阻抗稳定网络;当对含有两组平衡对线的非屏蔽电缆进行传导干扰电压测量时,应使用一个合适的供四线用的阻抗稳定网络。
    • ·对于用非屏蔽对线(单一平衡对线或两组平衡对线)连接的电信端口传导干扰电流的测量,应按传导干扰电压测量时同样的方法端接电缆。 
    • ·对于用屏蔽或同轴电缆连接的电信端口传导干扰电压的测量,其测量方法......。
    • ·对于用屏蔽或同轴电缆连接的电信端口传导干扰电流的测量,其测量方法......。
    • 5.测量记录
    • 组成被测设备的每一个电源端子或电信端口,对于超过L-20dB(L为用对数单位表示的限值电平)干扰电平,应至少记录其中6个最大的干扰电平及所对应的频率。对于电源端子,分别记录一每天根载流线上的测量值。
    •                       辐射抗扰度和传导抗扰度的测量方法
    • 制造商有责任对其产品根据预期性能给出性能准则。
    • 1.被测设备的性能准则
    • (1)性能准则A
    • 无需操作人员介入,设备应按预期持续工作。当按预期使用设备时,不允许出现低于制造商规定的性能等级的性能降低或功能损失。可以用允许性能降低来代替性能等级。如果制造商不规定最低性能等级和允许的性能降低,则可从产品说明书或技术文件中得知,并且用户有理由要求所使用的设备达到此规定。
    • (2)性能准则B
    • ·在测试开始之后,无需操作人员介入,设备应能继续按预期工作。当按预期使用设备时,在施加干扰之后,不允许出现低于制造商规定的性能等级的性能降低或功能损失。可以用允许性能降低来代替性能等级。如果制造商不规定最低性能等级和允许的性能降低,则可从产品说明书或技术文件中得知,并且用户有理由要求所使用的设备达到此规定。
    • ·在测试期间性能降低是允许的。然而在测试之后,工作状态不应改变,储存的数据不应丢失。
    • (3)性能准则C
    • 允许出现可自行恢复功能损失;也允许出现能由使用者根据制造商的说明,操作之后才可恢复的功能损失。存储在非易失性存储器内的功能或信息不应丢失,由备用电池保护的功能或信息也不应丢失。
    • 2.抗扰度测试要求★
    • (1)静电放电:
    • 测试方法在IEC 61000-4-2:1995中详细规定
    • (2)电快速瞬变脉冲群:
    • 测试方法在IEC 61000-4-4:1995中详细规定
    • (3)射频连续波干扰(包括辐射和传导):
    • ·连续波射频辐射干扰测试方法见IEC 61000-4-3:1995,连续波射频传导干扰测试方法见IEC 61000-4-6:1996 
    • ·连续波辐射场测试的推荐频率范围是80~1000MHz,连续波传导测试的推荐频率是0.15~80MHz。
    • ·在上述频率范围内进行扫描,然而可能需要在所选择的有限频率点上进行更综合更全面的功能测试。
    • ·在每一频率的驻留时间不应少于使被测设备动作并作出响应所必需的时间,然而扫描期间在每一频率上驻留时间不应超过5秒。
    • ·使被测设备动作的时间不应理解为一个程序或一个周期总的时间,而应理解为与被测设备出现故障情况下的的反应时间有关。
    • (4)工频磁场:
    • 测试方法在IEC 61000-4-8:1993中详细规定
    • (5)浪涌(冲击):
    • 测试方法在IEC 61000-4-5:1995中详细规定,如果适用可按ITU-T K20、K20、K22测试。
    • (6)电压暂降和短时中断:
    • 测试方法在IEC 61000-4-11:1994中详细规定
    • 3.适用性
    • ·应根据表(四)至表(七)对被测设备的相关端口进行测试,且应只对实际存在的端口进行测试。 
    • ·考虑到特定被测设备的电性能和用途,某些测试可能是不适合的,因而也是不需要的。在这种情况下,需在测试报告中记录对某些特定端口不需要做某些特定测试的决定及其正当理由 
    • 表(四) 机箱端口抗扰度:
    •  

      环境现象

      测试范围

      单位

      基础标准

      说明

      性能准则

      工频磁场

      5060

      Hz

      IEC 61000-4-81993

      仅适用于有对磁场敏感装置工(如监示器、霍尔器件、电动麦克风、磁场传感器等)的设备

      A

      1

      A/m(rms)

      射频连续波电磁场

      801000

      MHz

      IEC 61000-4-31995

      调制前的测试电压在频率范围内进行扫描。当电信终端设备有规定时,还应在有限频率点上增加综合性功能测试。选择的频率点为:80120160230434460863900MHz(±1%)。起始测试频率可从低于80MHz开始,但不低于26MHz

      A

      3

      V/m(rms未调制)

      80

      %AM(1kHz)

      静电放电

      4(接触放电)

      kV(充电电压)

      IEC 61000-4-21995


      B

      8(接触放电)

    • 表(五)信号端口和电信端口抗扰度:
    •  

      环境现象

      测试范围

      单位

      基础标准

      说明

      性能准则

      射频连续波传导

      0.15~80

      MHz

      IEC 61000-4-61996

      仅适用于根据制造商规范可能直接与室外电缆连接的那些端口。在频率范围内进行扫描。当电信终端设备有规定时,还应在有限频率点上增加综合性功能测试。选择的频率点为:0.217.113.562127.1240.68MHz(±1%)

      A

      3

      V(rms未调制)

      80

      %AM(1kHz)

      浪涌(冲击)

      1.5

      kV(峰值)

      ITU-TK系列

      仅适用于根据制造商规范可能直接与室外电缆连接的那些端口。如果端口设置了第一级保护,则测试时应施加4kV浪涌电压到所设置的保护器上,否则,对无保护的端口施加1.5kV的测试电压

      ITU-TK系列

      4

      10/700

      Tr/Th μs

      电快速瞬变

      0.5

      kV(峰值)

      IEC 61000-4-41995

      仅适用根据制造商规范规定的、超过3m长的电信电缆

      B

      5/50

      Tr/Th ns

      5

      kHz(重复频率)

  • 表(六)DC电源输入端口抗扰度:(不包括连同AC/DC电源转换器一起销售的设备)
  •  

    环境现象

    测试范围

    单位

    基础标准

    说明

    性能准则

    射频连续波传导

    0.1580

    MHz

    IEC 61000-4-61996

    仅适用于根据制造商规范可能直接与室外电缆连接的那些端口。在频率范围内进行扫描。当电信终端设备有规定时,还应在有限频率点上增加综合性功能测试。选择的频率点为:0.217.113.562127.1240.68MHz(±1%)

    A

    3

    V(rms未调制)

    80

    %AM(1kHz)

    浪涌(冲击)

    0.5

    kV(峰值)

    IEC 61000-4-51995

    在线到地之间测试,仅适用于根据制造商规范可能直接与室外电缆连接的那些端口。

    B

    1.2/50(8/20)

    Tr/Th μs

    电快速瞬变

    0.5

    kV(峰值)

    IEC 61000-4-41995


    B

    5/50

    Tr/Th ns

    5

    kHz(重复频率)

  • 表(七)AC电源输入端口抗扰度:(包括连同独立AC/DC电源转换器一起销售的设备)
  •  

    环境现象

    测试范围

    单位

    基础标准

    说明

    性能准则

    射频连续波传导

    0.1580

    MHz

    IEC 61000-4-61996

    在频率范围内进行扫描。当电信终端设备有规定时,还应在有限频率点上增加综合性功能测试。选择的频率点为:0.217.113.562127.1240.68MHz(±1%)

    A

    3

    V(rms未调制)

    80

    %AM(1kHz)

    电压暂降

    95

    %降低

    IEC 61000-4-111994

    在电压波形0°交叉点变化

    B

    0.5

    周期

    30

    %降低

    C

    25

    周期

    电压短时中断

    95

    %降低

    IEC 61000-4-111994

    在电压波形0°交叉点变化

    C

    250

    周期

    浪涌(冲击)

    线—线

    kV(峰值)

    IEC 61000-4-51995

    当制造商规定了保护措施,但在测试期间无法模拟这些措施时,则施加的测试电压应降到0.5kV1kV

    B

    线—地

    1.2/50(8/20)

    Tr/Th μs

    电快速瞬变

    1

    kV(峰值)

    IEC 61000-4-41995


    B

    5/50

    Tr/Th ns

    5

    kHz(重复频率)