電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)及其選擇

電氣或電子裝置在運(yùn)作期間,因電磁波所產(chǎn)生的電磁力會干擾其本身和其他裝置的正常運(yùn)作,影響性能,甚至還會對人體的健康造成危害。這些裝置具有電磁干擾(emi)性,它們在完成功率傳送和滿足對各種各樣電能形式變換需要的同時,不可避免地會產(chǎn)生輻射及非正弦波信號,造成電磁干擾。表現(xiàn)在兩方面：（1）向電網(wǎng)注入整倍數(shù)于基波頻率的諧波電流分量,造成電網(wǎng)電壓產(chǎn)生畸變;（2）對電氣、電子設(shè)備產(chǎn)生不同程度的emi信號,這些emi信號可以以電磁幅射形式發(fā)射出去,也可通過電纜或電源線進(jìn)行傳導(dǎo)。電磁兼容（emc）問題已成為當(dāng)前研究的熱點課題。

電磁兼容技術(shù)的迅速發(fā)展,也刺激了對電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化工作的需求。一些發(fā)達(dá)國家在emc技術(shù)的研究、標(biāo)準(zhǔn)的制定、emc測試及認(rèn)證方面處于領(lǐng)先地位。尤其是歐共體成員國關(guān)于emc法律性指令（89/336/eec指令）頒布以來,各國政府開始從商貿(mào)的角度考慮emc問題,并采取相應(yīng)措施加強(qiáng)emc標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)的制定和貫徹實施工作,我國雖然在emc方面工作起步較晚,但有關(guān)部門也正加緊工作,以跟上國際emc工作的步伐。89/336/eec指令從1996年1月1日起強(qiáng)制執(zhí)行,所有投放市場的電工電子產(chǎn)品,均須按照lmc指令的要求進(jìn)行emc認(rèn)證。認(rèn)證合格后,貼上ce標(biāo)志。iec（國際電工委員會）專門從事電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化工作的有兩個技術(shù)委員會,即國際無線電干擾特別委員會(cispr即iec,是“international electro technical commission )和第77技術(shù)委員會（tc77）。其中cispr負(fù)責(zé)制訂頻率大于9khz發(fā)射的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和通用標(biāo)準(zhǔn),tc77負(fù)責(zé)制訂9khz和開關(guān)操作等引起的高頻瞬態(tài)發(fā)射及整個頻率范圍內(nèi)的抗擾性基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和通用標(biāo)準(zhǔn)。tc77制訂的國際標(biāo)準(zhǔn)是iec61000系列。我國的emc研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作從60年代開始起步,對應(yīng)于clspr成立了“全國無線電干擾標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會”,對應(yīng)tc77成立了“全國電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)合工作組”,并于1993年正式發(fā)布,1994年開始實施《電能質(zhì)量－公用電網(wǎng)諧波標(biāo)準(zhǔn)》。隨著emc標(biāo)準(zhǔn)化工作的進(jìn)行,emc認(rèn)證也將是產(chǎn)品的一個重要質(zhì)量標(biāo)志。

在認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的等級體系中,由瑞典制定的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)tco99是最高級別的標(biāo)準(zhǔn),它包含了多項內(nèi)容,是目前最全面的認(rèn)證標(biāo)志。我國加入wto后,要把電子產(chǎn)品銷往國外,不但要了解有關(guān)emi標(biāo)準(zhǔn),還要知道用什么樣的測試方法和設(shè)備才能得到產(chǎn)品的emi認(rèn)可,從而采取相應(yīng)的措施使它們符合emi標(biāo)準(zhǔn)。本文討論了tco99、fcc、vde、cispr等emi標(biāo)準(zhǔn),研究了測試注意事項和如何選用這些標(biāo)準(zhǔn)。電磁波的劃分如表1所示。

tco99標(biāo)準(zhǔn)

tco99涉及到環(huán)境、人體生態(tài)學(xué)、 廢物的回收利用、電磁輻射、節(jié)能以及安全等多個領(lǐng)域。通過tco99認(rèn)證的產(chǎn)品必須符合環(huán)保的要求,產(chǎn)品中不能含有對人體神經(jīng)系統(tǒng)及胚胎組織有害的重金屬元素(如鎘、汞等)以及化合物(如含有氯和溴的阻燃材料等)。在節(jié)能方面,要求電子和電氣設(shè)備在一定的閑置期后應(yīng)能自動降低功耗進(jìn)入節(jié)能狀態(tài),并且要求產(chǎn)品具有較短的恢復(fù)時間。對環(huán)境檢測時測量器所顯示的人體標(biāo)準(zhǔn)是：（1）安全區(qū)：0.1毫高斯以內(nèi);（2）小心區(qū)：0.1~3.0毫高斯;（3） 危險區(qū)：3.0毫高斯以上。

人類的照射限值標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

fcc標(biāo)準(zhǔn)

fcc 標(biāo)準(zhǔn)及單位轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)見表3（表中af表示天線系數(shù)）。a類設(shè)備測試過程可以獨立于fcc而自行完成,但要提交測試結(jié)果, fcc保留了隨時抽樣測試的權(quán)力。只要懷疑設(shè)備不符合emi標(biāo)準(zhǔn),就要對設(shè)備進(jìn)行測試,并對廠家提交的測試結(jié)果進(jìn)行審查。對于b類設(shè)備,限制比較嚴(yán)格,必須提交一個樣品供測試使用。

vde和cispr標(biāo)準(zhǔn)及測試

vde和cispr兩個標(biāo)準(zhǔn)及測試條件基本相同。vde傳導(dǎo)放射標(biāo)準(zhǔn)和輻射標(biāo)準(zhǔn)分別見表4和表5。表4中l(wèi)isn表示線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)路(line impedance stabilization network),vde和cispr測傳導(dǎo)放射時,vde和cispr采用有別于fcc的lisn電路,其輸入阻抗為150 ;而fcc采用的lisn電路,輸入阻抗為50 。vde和cispr規(guī)定傳導(dǎo)測試下限頻率為10khz,而fcc規(guī)定為450khz,這三種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定上限頻率都是30mhz。輻射測試頻率范圍,vde和cispr規(guī)定為10khz~1000 mhz;而fcc規(guī)定為30mhz~1000 mhz。

vde和cispr不接受廠家提供的測試數(shù)據(jù),而美國的fcc則承認(rèn)廠家提供的測試數(shù)據(jù)和鑒定結(jié)果,因為廠家的測試保證了測試站不會發(fā)現(xiàn)比規(guī)定的界限更高的emi電平。由測試站進(jìn)行的正規(guī)測試事實上是一種獨立的產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)定,vde要對產(chǎn)品可能對安全性造成的危害都加以評估。這是一種比較穩(wěn)妥的辦法,因為這種測試包括了所有的潛在危害,其中也包括emi對通信業(yè)務(wù)的影響。

vde和cispr的規(guī)定分許多種,有的適應(yīng)于工業(yè)產(chǎn)品和科學(xué)儀器,有的適應(yīng)于消費型設(shè)備(如手持電動工具等)。對于計算設(shè)備,vde的規(guī)定又分為a、b、c三類,其中a、c類規(guī)定對經(jīng)常要搬動的設(shè)備進(jìn)行了限制;b類規(guī)定對民用和通信設(shè)備進(jìn)行了限制,還涉及通信業(yè)務(wù)的安全,因而更為嚴(yán)格。

vde規(guī)定在某種意義講,適合于測試過程和設(shè)備性能易發(fā)生變化的場合。測試單個產(chǎn)品時,測得的emi電平必須比規(guī)定指標(biāo)低2db以上才算合格。其后重新測試時,如測得的emi電平比規(guī)定指標(biāo)高出2db以上,則認(rèn)為是超標(biāo)準(zhǔn)。對大量的設(shè)備進(jìn)行測試時,則采用統(tǒng)計技術(shù),保證在80%的被測試產(chǎn)品中,有80%以上產(chǎn)品被確認(rèn)是在規(guī)定的指標(biāo)以下。

諧波電流、電壓限值

表6列出了cispr標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)電力電子裝置和其他非線性負(fù)載用戶,允許注入電網(wǎng)的諧波電流限值。該表適合于電壓等級為2.4~69kv,其中isc / i1 為公共連接點(pcc) 短路電流與基波電流之比,偶次諧波限值為表6中奇次諧波限值的25%,ih / i1為第h次諧波電流與基波電流之比。表7為供電電網(wǎng)須保證電壓波形質(zhì)量的諧波電壓限值,不僅適用于三相系統(tǒng),也適用于單相系統(tǒng),其中vh / v1為第h次諧波電壓與基波電壓之比。現(xiàn)將表6、表7中有關(guān)定義說明如下。

(1)pcc畸變電壓vh 取決于交流電源內(nèi)阻抗j ls和注入的諧波電流值,對于基波角頻率 下的第h次諧波,其pcc畸變電壓有效值為：

式中ih為注入電網(wǎng)的第h次諧波電流有效值。

(2)isc是電源提供給故障點的短路電流有效值,當(dāng)pcc三相短路時：

式中vs 是電源相電壓有效值。isc越大說明pcc交流系統(tǒng)的容量越大。
(3)電流總諧波畸變率為

從表6中可知：thdi允許值隨供電容量(isc / i1) 的增加而增加。表8列出了我國有關(guān)公用電網(wǎng)諧波電壓限值的規(guī)定, hrvh表示各次諧波電壓含有率,有下列關(guān)系式：

在允許諧波電壓含有率情況下,isc / i1越大,ih / i1比值也可更大些,因此,由表6和表7可得出這樣的結(jié)論：諧波電壓的限值和諧波電流的限值是隨供電容量(isc / i1) 的增加而允許增加的,這一點對于診斷電氣產(chǎn)品emi是否達(dá)標(biāo)很有益處。thdv為電壓總諧波畸變率定義為：

信息設(shè)備gb9254傳導(dǎo)干擾標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)電氣設(shè)備使用場合已確定時,該設(shè)備的emi標(biāo)準(zhǔn)就得按使用場合所在行業(yè)的emi標(biāo)準(zhǔn)來衡量。例如,某開關(guān)電源用在信息行業(yè),則這個開關(guān)電源就作為信息設(shè)備,使用信息行業(yè)emi標(biāo)準(zhǔn)來診斷,即引用gb9254(相當(dāng)于en5502)a或b級標(biāo)準(zhǔn)。對于gb9254傳導(dǎo)干擾a和b級標(biāo)準(zhǔn)分別見表9和表10。使用表9與表10時,在過渡頻率(0.5mhz) 處應(yīng)采用較低的限值;使用表10時,在0.15mhz~0.50mhz頻率范圍內(nèi),限值隨頻率的對數(shù)呈線性減小。

結(jié) 束 語

emc對人民生活、工業(yè)化生產(chǎn)和世界貿(mào)易均有重要影響,電磁兼容技術(shù)的研究不僅為保護(hù)電磁環(huán)境,使電磁應(yīng)用與電磁環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展,同時也是我國電氣、電子裝置和系統(tǒng)與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌的必然趨勢。在我國已加入了wto的今天,對tco99、fcc、vde、cispr等emc標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行研究,熟悉它們,找出它們的異同點,有助于保護(hù)人類的健康,有利于提高我國電子產(chǎn)品和電氣設(shè)備在國際上的競爭力,使產(chǎn)品能順利地通過emc指標(biāo)測試。為了保護(hù)電磁設(shè)備和供電電網(wǎng)不被emi信號所干擾,cispr的建議也在不斷完善和修改,以便反映出新的要求和需要,這就要求我們進(jìn)一步熟悉和不斷研究這些標(biāo)準(zhǔn),以便更好地與國際接軌。