微機保護裝置電磁兼容性的測試實驗,1,課程內(nèi)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(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)期的電磁環(huán)境中，按設(shè)計要求正常工作的能力。 國際電工技術(shù)委員會（IEC）對電磁兼容的定義是“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”。,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(shè)計及測試的基礎(chǔ)，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(shè)備、系統(tǒng)性能降低或?qū)τ猩镔|(zhì)或無生命物質(zhì)產(chǎn)生損害的電磁現(xiàn)象。 隨著生活中的電磁產(chǎn)品日益增多，電磁污染也不容忽視，電子設(shè)備的工作環(huán)境日益惡化。 所以要求電子設(shè)備具有很好的抗干擾性，又要求電子設(shè)備的電磁發(fā)射指標(biāo)滿足相關(guān)標(biāo)準要求。,5,電磁兼容的基本概念三要素,本質(zhì)上說，電磁干擾的耦合路徑有兩種：傳導(dǎo)和輻射。 傳導(dǎo)干擾：通過導(dǎo)線傳輸，即通過電子設(shè)備的電源線、通信線、信號線等直接侵入敏感設(shè)備。 輻射干擾：干擾源周圍存在的電場和磁場會對電子設(shè)備附近的敏感設(shè)備產(chǎn)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)備本身在工作中對周圍環(huán)境所產(chǎn)生的電磁干擾不應(yīng)超出一定的量值，以免對該環(huán)境中的其他設(shè)備造成不良影響。 綜上所述，電磁兼容就是研究設(shè)備或系統(tǒng)的干擾和抗干擾問題的一門學(xué)科，包含電磁干擾EMI和電磁抗擾度EMS兩方面的內(nèi)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(shè)備在正常運行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值，不應(yīng)產(chǎn)生超過相應(yīng)標(biāo)準所要求的電磁能量，含義是電子設(shè)備的工作不應(yīng)影響周圍其他設(shè)備的工作。 EMI測試主要包括端口的傳導(dǎo)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(shè)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(shè)備對周圍環(huán)境的適應(yīng)能力，設(shè)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(chǎn)品及系統(tǒng)對電磁干擾的抗擾能力，測試電子產(chǎn)品及系統(tǒng)在電磁干擾中能否正常工作。,10,課程內(nèi)容,電磁兼容的基本概念 EMI測試 EMS測試 總結(jié),11,EMI測試,EMI測試主要包括端口的傳導(dǎo)發(fā)射測試和系統(tǒng)的輻射發(fā)射測試。端口的傳導(dǎo)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(dǎo)至電網(wǎng)或其他設(shè)備，電子設(shè)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(biāo)。,12,EMI測試傳導(dǎo)發(fā)射,系統(tǒng)會對輸入電源線產(chǎn)生干擾，通過傳導(dǎo)至電網(wǎng)，影響電網(wǎng)中的其他設(shè)備正常工作。傳導(dǎo)發(fā)射一般的測試頻段為0.1530MHz，在此頻段內(nèi)，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(dǎo)騷擾時，分別記錄子啊兩個頻段內(nèi)的最大值以及所處的頻率點，測試電子產(chǎn)品的騷擾是否滿足測試要求。 電源線的傳導(dǎo)發(fā)射測試是將系統(tǒng)電源通過人工電源網(wǎng)絡(luò)進行供電，利用接收機進行測量。使用人工電源網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)品及系統(tǒng)通過設(shè)備外殼的電磁泄露及線纜向空間輻射的電磁能量。設(shè)備外殼的縫隙及散熱孔都會使產(chǎn)品內(nèi)部的電磁能量輻射到空間環(huán)境， 電子產(chǎn)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(shè)備放置在0.1m的絕緣支架上，對于臺式設(shè)備放置在0.8m高的非導(dǎo)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301000MHz，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118GHz。 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(nèi)容,電磁兼容的基本概念 EMI測試 EMS測試 總結(jié),16,EMS測試,一般情況下，國標(biāo)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(yīng)的傳導(dǎo)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(chǎn)品系統(tǒng)的抗擾能力，標(biāo)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(chǎn)生靜電放電環(huán)境中使用的所有設(shè)備，應(yīng)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(shè)備，而非電子設(shè)備類產(chǎn)品可除外。有限選用的實驗方法是在實驗室內(nèi)進行的形式試驗，包括對導(dǎo)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(shè)備保持正常運行方式，當(dāng)受試設(shè)備有模擬檢測設(shè)備時，應(yīng)對其進行隔離和去耦，減少出現(xiàn)設(shè)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(shè)備，非電子設(shè)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(nèi)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(yīng)防放置在0.8m高的絕緣試驗臺上，落地設(shè)備應(yīng)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(diào)制后，在預(yù)定的頻率范圍內(nèi)進行掃描試驗，在每一頻點上主流時間應(yīng)不短于0.5s，一般采用1s。當(dāng)受試設(shè)備能以不同方向放置使用時，應(yīng)對各個側(cè)面進行試驗。每一側(cè)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(luò)連接或有電纜（如通信信號電纜等）靠近供電線路的設(shè)備。受試設(shè)備都應(yīng)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(luò)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(yīng)比受試設(shè)備超出0.1m，接地參考平面與保護地相連接。與受試設(shè)備相連接的電纜應(yīng)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(yīng)盡量原理受試電纜，減少線間耦合。受試設(shè)備按照實際應(yīng)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(shè)備之間的信號線和電源線的長度應(yīng)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(shè)備電源端口測試設(shè)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(dāng)對兩臺受試設(shè)備同時進行測試時，耦合夾和受試設(shè)備之間的距離需要滿足要求（0.5m±0.05m）；當(dāng)對一臺受試設(shè)備進行測試時，耦合夾與非受試設(shè)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(luò)或電網(wǎng)連接的設(shè)備。浪涌抗擾度試驗主要模擬電力系統(tǒng)開關(guān)瞬態(tài)及雷電瞬態(tài)產(chǎn)生的干擾。 浪涌抗擾度試驗需要使用耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)，將受試設(shè)備與電網(wǎng)或模擬設(shè)備分開，受試設(shè)備與耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)之間的線纜長度不應(yīng)超過2m。產(chǎn)品應(yīng)在產(chǎn)品正常工作范圍內(nèi)所要求的氣候條件下進行測試，如果濕度很高，在產(chǎn)品上產(chǎn)生凝露，則不應(yīng)進行試驗。,24,4浪涌（沖擊）抗擾度試驗,試驗前應(yīng)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(yīng)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(shè)備應(yīng)工作在典型工作狀態(tài)下。,25,5射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)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(luò)的設(shè)備。一般要求對產(chǎn)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(luò)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(shè)備應(yīng)在預(yù)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(luò)去耦。 掃頻范圍從150kHz80MHz，根據(jù)試驗等級設(shè)置信號電平，騷擾信號是經(jīng)過1kHz正弦波調(diào)制，調(diào)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(shè)備。對體積小的臺式設(shè)備采用浸入法進行試驗，即將EUT放置在感應(yīng)線圈中部。對于體積大的柜式設(shè)備，垂直方向采用浸入法進行試驗，側(cè)面采用鄰近法進行試驗，即感應(yīng)線圈置于測試附近進行試驗。常見的感應(yīng)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(shè)備，模擬開關(guān)設(shè)備通斷產(chǎn)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(shè)備的大小，分別選擇浸入法和鄰近法進行試驗。根據(jù)產(chǎn)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(shè)備，對額定工作電流有所限制，要求額定電流不大于16A的設(shè)備，電流過大，對電網(wǎng)及測試設(shè)備影響很大。它是由電網(wǎng)、電力設(shè)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(biāo)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(nèi)容。 受試設(shè)備應(yīng)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(yīng)在設(shè)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(shè)備。振鈴波是由電源和控制線開關(guān)切換或雷擊引起的，并出現(xiàn)在設(shè)備的端子上。 振鈴波浪涌（第一峰值）的電壓上升時間為0.5s±20%，電流上升時間1s，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(luò)施加在受試設(shè)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(dāng)受試設(shè)備連接在主配電板時，試驗信號發(fā)生器阻抗選用12。當(dāng)連接在引出插座時，選用30。,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?qū)μ囟ǖ闹C波分量敏感的設(shè)備。 諧波騷擾通常是由具有非線性電壓-電流特性的設(shè)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(yīng)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(yīng)相位關(guān)系的離散的3次和5次諧波疊加而產(chǎn)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(nèi)容,電磁兼容的基本概念 EMI測試 EMS測試 總結(jié),33,總結(jié),電磁兼容測試是電子產(chǎn)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(chǎn)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(biāo)準有國家標(biāo)準，等同于IEC標(biāo)準，通用標(biāo)準及各行業(yè)標(biāo)準大都是引用國家標(biāo)準，國家標(biāo)準中規(guī)定了測試方法及測試等級。,34,總結(jié),電磁兼容測試主要包括EMI和EMS兩部分測試，EMI為產(chǎn)品系統(tǒng)對空間環(huán)境的騷擾，EMS測試電子產(chǎn)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(dǎo)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(chǎn)品系統(tǒng)可靠性的主要指標(biāo)，在產(chǎn)品測試中應(yīng)綜合接地、濾波、屏蔽技術(shù)進行防護設(shè)計。,35,結(jié)束語,謝謝大家,36,