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微機保護裝置電磁兼容性的測試實驗,,1,課程內容,電磁兼容的基本概念 EMI測試 EMS測試 發(fā)射試驗的試驗方法,2,電磁兼容的基本概念——EMC,電磁兼容EMC（Electro Magnetic Compatibility），是指電子、電氣設備或系統(tǒng)在預期的電磁環(huán)境中，按設計要求正常工作的能力。 國際電工技術委員會（IEC）對電磁兼容的定義是“設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力”。,3,電磁兼容的基本概念——三要素,電磁兼容三要素是電磁兼容設計及測試的基礎，具體指干擾源、敏感源、耦合路徑。 處理電磁兼容測試問題的基本思想：減少干擾源、切斷耦合路徑、提高敏感源的抗干擾能力。,4,電磁兼容的基本概念——三要素,干擾源一般指任何可能引起裝置、設備、系統(tǒng)性能降低或對有生命物質或無生命物質產生損害的電磁現(xiàn)象。 隨著生活中的電磁產品日益增多，電磁污染也不容忽視，電子設備的工作環(huán)境日益惡化。 所以要求電子設備具有很好的抗干擾性，又要求電子設備的電磁發(fā)射指標滿足相關標準要求。,5,電磁兼容的基本概念——三要素,本質上說，電磁干擾的耦合路徑有兩種：傳導和輻射。 傳導干擾：通過導線傳輸，即通過電子設備的電源線、通信線、信號線等直接侵入敏感設備。 輻射干擾：干擾源周圍存在的電場和磁場會對電子設備附近的敏感設備產生干擾，同時干擾會以電磁波的方式向遠處空間傳播，從而影響遠處的敏感設備工作。,6,電磁兼容的基本概念——三要素,電磁干擾敏感源是指容易受到電磁干擾影響的設備，一般是系統(tǒng)的一部分，主要表現(xiàn)在功能暫時性異常、通信錯誤、指示燈異常閃動、錯誤輸出、故障燈。 按照影響范圍分為板級敏感源與系統(tǒng)敏感源。常見的板級敏感源：晶振、繼電器等。 常見的系統(tǒng)敏感源：電源端口、輸入/輸出端口等。,7,電磁兼容的基本概念——測試方法,EMC包含兩個方面：一、設備對外界的電磁干擾要有一定的承受能力而不致失效；二、設備本身在工作中對周圍環(huán)境所產生的電磁干擾不應超出一定的量值，以免對該環(huán)境中的其他設備造成不良影響。 綜上所述，電磁兼容就是研究設備或系統(tǒng)的干擾和抗干擾問題的一門學科，包含電磁干擾EMI和電磁抗擾度EMS兩方面的內容。,8,電磁兼容的基本概念——測試方法,EMI（ Electro Magnetic interference），電磁干擾度，是指電子設備在正常運行過程中對所在環(huán)境產生的電磁干擾不能超過一定的限值，不應產生超過相應標準所要求的電磁能量，含義是電子設備的工作不應影響周圍其他設備的工作。 EMI測試主要包括端口的傳導發(fā)射測試和系統(tǒng)的輻射發(fā)射測試。,9,電磁兼容的基本概念,EMS（ Electro Magnetic susceptibility），電磁抗干擾度，是指電子設備對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，含義是設備對周圍環(huán)境的適應能力，設備是否能在電磁環(huán)境中正常工作，是否能抵御周圍的電磁干擾。 EMS測試是測試電子產品及系統(tǒng)對電磁干擾的抗擾能力，測試電子產品及系統(tǒng)在電磁干擾中能否正常工作。,10,課程內容,電磁兼容的基本概念 EMI測試 EMS測試 總結,11,EMI測試,EMI測試主要包括端口的傳導發(fā)射測試和系統(tǒng)的輻射發(fā)射測試。端口的傳導發(fā)射測試是指電源、通信或I/O端口通過線纜傳輸?shù)尿}擾，系統(tǒng)的輻射發(fā)射騷擾是系統(tǒng)通過空間向空間輻射的騷擾。 電子系統(tǒng)的各種端口（電源端口、通信端口和信號端口）通過線纜會把干擾傳導至電網(wǎng)或其他設備，電子設備工作時會向空間輻射干擾。EMI測試就是測試上述兩部分，通過測試，給出一個具體的定量指標。,12,EMI測試——傳導發(fā)射,系統(tǒng)會對輸入電源線產生干擾，通過傳導至電網(wǎng)，影響電網(wǎng)中的其他設備正常工作。傳導發(fā)射一般的測試頻段為0.15~30MHz，在此頻段內，以0.5MHz為界分為兩個頻段，這兩個頻段有不同的騷擾限制要求。在進行電源線上的傳導騷擾時，分別記錄子啊兩個頻段內的最大值以及所處的頻率點，測試電子產品的騷擾是否滿足測試要求。 電源線的傳導發(fā)射測試是將系統(tǒng)電源通過人工電源網(wǎng)絡進行供電，利用接收機進行測量。使用人工電源網(wǎng)絡原因是為了在端子電壓測量點上提供規(guī)定的高頻阻抗，并把被測電路和電網(wǎng)隔離開。,13,EMI測試——輻射發(fā)射,輻射發(fā)射時測試電子產品及系統(tǒng)通過設備外殼的電磁泄露及線纜向空間輻射的電磁能量。設備外殼的縫隙及散熱孔都會使產品內部的電磁能量輻射到空間環(huán)境， 電子產品的線纜一般被認為接收天線和發(fā)射天線，其對一定的電磁能量可以進行接收和發(fā)射，接收過來的電磁能量屬于輻射抗擾度的范疇，發(fā)射出去的電磁能量就是屬于輻射發(fā)射。 輻射發(fā)射試驗要求嚴格。立式設備放置在0.1m的絕緣支架上，對于臺式設備放置在0.8m高的非導電桌子上，可以按照3m或10m的距離進行測量。,14,EMI測試——輻射發(fā)射,輻射發(fā)射一般的測試頻率范圍為30~1000MHz，用帶有準峰值檢波器的接收機進行測量。測試天線一般選用雙錐天線和周期對數(shù)天線組成的混合寬帶天線，分別進行垂直與水平極化方向測試。 1GHz以上的頻率測試就需要選擇喇叭天線，喇叭天線的測試頻率一般為1~18GHz。 在輻射發(fā)射測試中，EMI的要求是用限值來表示的，超過限值即判定為不合格。,15,課程內容,電磁兼容的基本概念 EMI測試 EMS測試 總結,16,EMS測試,一般情況下，國標中進行的電磁抗擾度測試有10項，分別為：1靜電放電抗擾度試驗，2射頻電磁場輻射抗擾度試驗，3電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗，4浪涌（沖擊）抗擾度試驗，5射頻場感應的傳導騷擾抗擾度試驗，6工頻磁場抗擾度試驗，7脈沖磁場抗擾度試驗，8電壓暫降、短時中斷和電壓變化抗擾度試驗，9振鈴波浪涌抗擾度試驗，10交流電源端口諧波、諧間波及電網(wǎng)信號的低頻干擾抗擾度試驗。,17,EMS測試,測試一般分為電源端口、通信信號端口、整系統(tǒng)，且測試方法及要求是不一樣的。 電源端口：3、4、5、8、9、10 通信信號端口：3、4、5 整系統(tǒng)：1、2、6、7 EMS測試考察電子產品系統(tǒng)的抗擾能力，標準中對每項測試的等級及干擾波形進行了細化說明，以下對每項測試分別詳細介紹。,18,1靜電放電抗擾度試驗,適用于在可能產生靜電放電環(huán)境中使用的所有設備，應考慮直接放電和間接放電，限于在ESD控制環(huán)境下使用的設備，而非電子設備類產品可除外。有限選用的實驗方法是在實驗室內進行的形式試驗，包括對導體表面和對耦合板的接觸放電及在絕緣表面上的空氣放電。 受試設備保持正常運行方式，當受試設備有模擬檢測設備時，應對其進行隔離和去耦，減少出現(xiàn)設備故障誤指示的可能性。,19,2射頻電磁場輻射抗擾度試驗,適用于射頻電磁場環(huán)境中使用的所有設備，非電子設備除外。試驗在電波暗室中進行，電波暗室是安裝吸波材料用以降低內表面電波反射的屏蔽室。一般采用雙錐和對數(shù)周期天線進行試驗。 臺式應防放置在0.8m高的絕緣試驗臺上，落地設備應置于高出地面0.1m的非金屬支撐物上。用1kHz的正弦波對信號進行80%的幅度調制后，在預定的頻率范圍內進行掃描試驗，在每一頻點上主流時間應不短于0.5s，一般采用1s。當受試設備能以不同方向放置使用時，應對各個側面進行試驗。每一側面需在發(fā)射天線的兩種極化狀態(tài)下進行試驗，即垂直極化和水平極化。,20,3電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗,適用于與供電網(wǎng)絡連接或有電纜（如通信信號電纜等）靠近供電線路的設備。受試設備都應放置在接地參考平面上，用厚度為0.1m的絕緣支座與之隔開。試驗發(fā)生器和耦合/去耦網(wǎng)絡直接放置在接地平面上，并與之搭接，接地參考平面的各邊至少應比受試設備超出0.1m，接地參考平面與保護地相連接。與受試設備相連接的電纜應放置在接地參考平面上方0.1m的絕緣支架上，不經(jīng)手脈沖群測試的電纜應盡量原理受試電纜，減少線間耦合。受試設備按照實際應用現(xiàn)場的安裝方式進行接地，使用耦合夾時，耦合裝置與受試設備之間的信號線和電源線的長度應為0.5m±0.05m。,21,3電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗,電源端口采用33nF電容直接注入的方法，輸入、輸出及通信端口采用容性耦合夾耦合的方法進行測試。臺式設備電源端口測試設備布局示意圖5.5，和利用耦合夾測試的示意圖5.6分別如下。,22,3電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗,當對兩臺受試設備同時進行測試時，耦合夾和受試設備之間的距離需要滿足要求（0.5m±0.05m）；當對一臺受試設備進行測試時，耦合夾與非受試設備之間必須去耦或隔離。,23,4浪涌（沖擊）抗擾度試驗,適用于建筑外的網(wǎng)絡或電網(wǎng)連接的設備。浪涌抗擾度試驗主要模擬電力系統(tǒng)開關瞬態(tài)及雷電瞬態(tài)產生的干擾。 浪涌抗擾度試驗需要使用耦合/去耦網(wǎng)絡，將受試設備與電網(wǎng)或模擬設備分開，受試設備與耦合/去耦網(wǎng)絡之間的線纜長度不應超過2m。產品應在產品正常工作范圍內所要求的氣候條件下進行測試，如果濕度很高，在產品上產生凝露，則不應進行試驗。,24,4浪涌（沖擊）抗擾度試驗,試驗前應確定實驗的等級（電壓），一般施加在直流電源端口和互連線上的浪涌次數(shù)為正、負極性各5次，對交流電源端口，應分別在0°、90°、180°、270°相位施加正、負極性各5次的浪涌脈沖，也就是選擇進行0°、90°（正極性狀態(tài)下）和180°、270°（負極性狀態(tài)下）各5次的浪涌脈沖，也有的只進行90°（正極性狀態(tài)下）和270°（負極性狀態(tài)下）各5次的浪涌脈沖。脈沖間隔時間一般建議在1min。試驗時，受試設備應工作在典型工作狀態(tài)下。,25,5射頻場感應的傳導騷擾抗擾度試驗,適用于有射頻場存在而且連接到電網(wǎng)或其他網(wǎng)絡的設備。一般要求對產品的輸入電源端口、通信及I/O端口進行測試，對電源端口采用耦合去耦網(wǎng)絡進行試驗，對通信及I/O端口采用電磁鉗耦合方式進行試驗。 受試設備應在預期的運行和氣候條件下進行測試，依次將試驗信號發(fā)生器連接到耦合裝置上，其他的非測試電纜或不連接，或使用去耦網(wǎng)絡去耦。 掃頻范圍從150kHz~80MHz，根據(jù)試驗等級設置信號電平，騷擾信號是經(jīng)過1kHz正弦波調制，調制到80%的射頻信號。一般情況下，步進為先前頻率的1%，在每個頻率點上駐留時間為1s,對敏感的敏感點可以單獨進行測試。,26,6工頻磁場抗擾度試驗,宜限于對磁場敏感的設備。對體積小的臺式設備采用浸入法進行試驗，即將EUT放置在感應線圈中部。對于體積大的柜式設備，垂直方向采用浸入法進行試驗，側面采用鄰近法進行試驗，即感應線圈置于測試附近進行試驗。常見的感應天線大小尺寸為1mx1m。,27,7脈沖磁場抗擾度試驗,主要適用于安裝在發(fā)電廠的設備，模擬開關設備通斷產生的干擾。脈沖磁場抗擾度的測試方法類似于工頻磁場抗擾度試驗，根據(jù)受試設備的大小，分別選擇浸入法和鄰近法進行試驗。根據(jù)產品的要求選擇試驗等級（電流），分別進行正負各5次的脈沖干擾，一般的脈沖時間間隔1min。,28,8電壓暫降、短時中斷和電壓變化抗擾度試驗,適用于連接至交流電網(wǎng)的設備，對額定工作電流有所限制，要求額定電流不大于16A的設備，電流過大，對電網(wǎng)及測試設備影響很大。它是由電網(wǎng)、電力設備的故障或負荷突然出現(xiàn)大的變化引起的。一般情況下會出現(xiàn)兩次或更多次連續(xù)的暫降或中斷，電壓變化是由連接到電網(wǎng)中的負荷連續(xù)變化引起的。電壓暫降、短時中斷在標準中給出電壓降落值及持續(xù)時間，電壓變化是供選擇進行測試的內容。 受試設備應按照試驗等級和持續(xù)時間進行試驗，進行三次電壓暫降或中斷試驗，最小間隔10s，且應在設備典型的工作模型下進行試驗。電壓暫降、短時中斷試驗一般在電源電壓過零時進行試驗。,29,9振鈴波浪涌抗擾度試驗,適用于連接到交流電網(wǎng)的設備。振鈴波是由電源和控制線開關切換或雷擊引起的，并出現(xiàn)在設備的端子上。 振鈴波浪涌（第一峰值）的電壓上升時間為0.5μs±20%，電流上升時間≤1μs，振蕩頻率為100kHz±10%，衰減為前一峰值的60%。振鈴波浪涌抗擾度試驗要求至少進行正負各5次的瞬態(tài)脈沖干擾，一般選擇的時間間隔為1min。一般只對電源端口進行測試，試驗電壓通過耦合去耦網(wǎng)絡施加在受試設備的電源端口，選擇不同的試驗信號發(fā)生器阻抗進行試驗。 當受試設備連接在主配電板時，試驗信號發(fā)生器阻抗選用12Ω。當連接在引出插座時，選用30Ω。,30,10交流電源端口諧波、諧間波及電網(wǎng)信號的低頻干擾抗擾度試驗,適用于對交流電源過零時間準確性敏感或對特定的諧波分量敏感的設備。 諧波騷擾通常是由具有非線性電壓-電流特性的設備或者由于負荷的周期性及線性同步操作引起的。諧間波是在工頻的諧波電壓和諧波電流之間，不是基波頻率整數(shù)倍的頻率，以離散的頻率或以一個寬帶頻譜出現(xiàn)。 諧波的測試分為諧波組合試驗和掃描試驗。諧波組合試驗包括平頂波和尖頂波兩種試。平頂波的每半個波形由三部分組成。第一部分從零開始，按正弦函數(shù)變化，分別達到試驗等級要求的頂峰，第二部分為一恒定的電壓，第三部分是與第一部分相對應的正弦電壓,31,10交流電源端口諧波、諧間波及電網(wǎng)信號的低頻干擾抗擾度試驗,尖頂波是由相應相位關系的離散的3次和5次諧波疊加而產生的。掃描試驗方法是在不同的頻段施加不同幅度的諧波進行試驗。 在進行交流電源諧波試驗時，按照平頂波、尖頂波和掃描試驗的方法進行試驗。,32,課程內容,電磁兼容的基本概念 EMI測試 EMS測試 總結,33,總結,電磁兼容測試是電子產品及系統(tǒng)形式試驗中主要的測試，直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，因此在產品系統(tǒng)的測試中，電磁兼容測試是主要的考察方面。 電磁兼容的標準有國家標準，等同于IEC標準，通用標準及各行業(yè)標準大都是引用國家標準，國家標準中規(guī)定了測試方法及測試等級。,34,總結,電磁兼容測試主要包括EMI和EMS兩部分測試，EMI為產品系統(tǒng)對空間環(huán)境的騷擾，EMS測試電子產品系統(tǒng)的抗擾性能。EMI測試在低頻段體現(xiàn)為通過線纜的傳導發(fā)射測試，高頻段體現(xiàn)為通過系統(tǒng)天線（線纜等）的輻射發(fā)射測試。 電磁兼容測試是衡量產品系統(tǒng)可靠性的主要指標，在產品測試中應綜合接地、濾波、屏蔽技術進行防護設計。,35,結束語,謝謝大家,36,