旋转电机的电磁兼容性(EMC)要求及其试验方法介绍

　　摘 要：本文介绍了旋转电机国家标准中涉及的电磁兼容性要求和试验方法

　　关键词：旋转电机 电磁兼容性 限值 试验方法

　　1前言

　　国家标准GB755—2000《旋转电机定额和性能》第12章中涉及电磁骚扰(干扰)发射要求。电磁兼容性要求可分为抗扰性要求和电磁骚扰发射要求。本文主要介绍旋转电机的电磁骚扰发射限值和试验方法。

　　GB755—2000标准中发射限值引用了电磁兼容国家标准GB4824—1996《工业、科学和医疗(ISM)射频设备电磁骚扰特性的测量方法和限值》中的1组A类限值和1组B类限值(A类设备为非家用和不直接连接到住宅低压电网上使用的工、科、医设备；B类设备为在家用设施内和直接连接到住宅低压电网上使用的工、科、医设备；1组设备指为发挥其自身功能的需要而专门产生或使用传导耦合射频能量的所有工、科、医设备)。其试验方法除了引用GB4824之外，还引用了两个电磁兼容国家标准，一个是GB4343—1995《家用和类似用途电动、电热器具、电动工具以及类似电器无线电干扰特性测定方法和允许限》，另一个是GB6113.1—1995《无线电干扰和抗扰度测量设备规范》。

　　下面将分两个部份介绍旋转电机的电磁骚扰发射限值和试验方法。

　　2发射限值

　　旋转电机适用的发射限值是GB755—2000标准中的表19和表20(详见本文表1和表2)。它们分别引自GB4824—1996中的1组A类和1组B类的限值表，即GB4824—1996中的表2A和表2B以及表3。

　　这两个限值表规定了旋转电机在特定的频率范围内允许产生的电磁骚扰电压和场强。

　　这里需要说明的是，对于传导骚扰限制表中有两个限值，一个是准峰值，一个是平均值，这两个限值均应同时满足，但当采用准峰值检波器测量时，如能满足平均值限值，则不必再用平均值检波器测量电机的平均值骚扰电压，即认为已能满足平均值限制要求。对于辐射骚扰场强的测量来说，GB755表19要求在10m距离处测量到电机的骚扰场强不应大于表19中给定相应频率范围内的场强限值。测量距离可以改为3m处测量，但相应限值应加大10dB。表20要求在30m距离处测量到电机的骚扰场强不大于相应频率范围内的限值，如改变测量距离为10m或3m时，限值分别加大10dB或20dB。

　　

　　

　　2试验方法

　　发射试验：标准中对发射试验提出了传导发射和辐射发射试验要求。

　　下面分别介绍骚扰测量的基本要求、总体配置以及试验方法和原理。

　　2.1基本要求

　　(1)测量结果必须是可重复的，即测量结果与测量地点和环境条件无关，尤其是与环境电平无关。

　　(2)测量结果是准确的，有效的，EUT(试品)与测量设备之间的连接应该既不影响EUT的功能，又不影响测量设备的准确度。

　　2.2总体配置

　　为了满足上述基本要求，骚扰测量的总体配置要达到：

　　(1)使用特性和周围环境条件(包括气候和环境电平)已确定的测量场地，例如：开阔试验场，屏蔽室，电波暗室等。

　　(2)使用规定特性的某种类型的转换器或传感器，例如：天线，人工电源网络，电压探头，电流探头等。

　　(3)测量接收机具有足够高的灵敏度，以便检测低电平骚扰。

　　(4)测量接收机具有足够大的过载系数，以便对高电平骚扰不发生失真。

　　(5)测量接收机具有确定的带宽和检波特性。

　　(6)有规定的试验布置和EUT运行条件，以便具有重复性和便于寻找出最大的发射值(电压、场强或功率)。

　　2.3骚扰测量的基本方法和原理

　　2.3.1连续骚扰电压测量方法

　　测量原理图

　　

　　测量基本步骤

　　(1)检测环境电平与气候条件(温度、湿度等)是否符合要求，通常环境电平应至少低于标准限值6dB。

　　气候条件可选择为：

　　温度：15～35℃；相对湿度：45%～75%；大气压：68～106kPa。

　　(2)根据EUT产品属性和产品标准规定，选用合适的检测器。

　　(3)合理选择测量频率，对于窄带骚扰，应在其基波及谐波频率上测量，对于宽带骚扰应在全频段测量(9kHz或0.15～30MHz)，但无论是宽带骚扰还是窄带骚扰，都应当在整个测量频段上首先用峰值检波进行扫频检查；

　　测量场所

　　测量可以选在屏蔽室或开阔试验场进行，当然也可以在电波暗室中进行。

　　典型的试验布置

　　骚扰电压测量典型的试验布置如图2～图5.

　　

　　

　　

　　2.3.2使用电压探头测量骚扰电压的方法

　　在不能使用人工电源网络时，应使用图6所示电压探头。用探头对供电网的每根线分别测量。探头接在供电网的每根线与参考地之间。

　　

　　探头是由电容和电阻组成，使供电网的线与参考地之间的总阻抗不小于1500Ω。电容器或其它用作保护仪器的装置对测量结果的影响应不大于1dB。被测传导骚扰电压按下式计算

　　V=1500 U/R

　　式中V——被测传导骚扰电压，μV

　　 U——测量仪指示电压，μV

　　 R——测量仪输入阻抗，Ω

　　2.3.3骚扰场强测量方法(30～1000MHz)

　　测量原理示意图(见图7)

　　

　　

　　测量原理概述

　　天线系数是测量场强和辐射骚扰用的天线的重要参数，它定义为在接收天线处辐射场强E和接收天线向接收机输出电压U之比，天线系数表征天线系统的接收能力，即

　　F=E/U

　　用dB值表示为

　　F(dB)=20×lg(E/U)=E(dB)-U(dB)

　　所以被测辐射场强E(dB)=U(dB)+F(dB)如果天线与测量接收机之间用射频电缆连接时，被测场强还应加上射频电缆的损耗L(dB)。即

　　被测场强E(dB)=接收机读数V(dB)+天线系数F(dB)+电缆损耗L(dB)

　　由于地面的反射，故接收天线是处在直射波和反射波构成的复合场中，复合场的大小与辐射功率P，测量距离d，骚扰源离地面的高度h1，接收天线离地面的高度h2，所测频率的波长λ，辐射波的极化，骚扰源的辐射方向性有关。对于某个EUT，在所测频率点上P,d,h1,λ是固定的，为了获得最大的复合场强，必须调节接收天线高度h2。测量距离d小于或等于10m时，天线高度h2在1～4m之间变化，在30m以下的较大测量距离时，天线高度h2在2～6m之间变化。作为例外，2组A类设备测量时，天线中心高度只要处在地面上方3.0±0.2m处即可，不用调节天线中心高度(注：CISPR11第4版：2003年已出版，天线中心高度已改为2.0±0.2m)。通常不采用小于3m和大于30m的测量距离。测量距离的选择由测量接收机的灵敏度，环境电平和骚扰源辐射功率的大小来决定。在可能的情况下应在远场条件下(≥λ/π)进行辐射测量。在试验场测量时，试品几何中心应放置在转台的轴线上，测试距离以转台轴线到天线中心的距离为准。在没有转台的试验场测量时，测量天线应围绕试品在其地平面的各个方位上选取不同测量位置，测量应在其最大辐射方向上进行，在每个频率点上记录其最大的辐射骚扰电平。其测量距离以试品边缘到天线中心在地面上的投影距离为准。

　　骚扰源的最大辐射方向是未知的，必须在测量中通过旋转EUT来获得最大辐射骚扰场强。用于放试品的转台，如果高于接地平板的转台，一般是非金属材料的且不应高出该平面0.5m，如果与接地平板处在同一平面的转台，则转台平面一定是金属平面且和接地平板具有良好电气连接。不管哪一种转台，非落地式试品放在转台上离接地平板高度应为0.8m。测量时转台应在所有角度上旋转。应在每个频率上记录其最大辐射骚扰电平。

　　由于电磁波在传播过程中存在极化现象(一般指电场矢量的取向是变化的)，在测量中为了获得最大的骚扰场强必须旋转天线(通常只在水平极化和垂直极化方向上测量)。

　　综合上述，在测量骚扰场强过程中，必须注意调节接收天线高度和极化方向以及旋转EUT。

　　2.3.4现场测量

　　A类设备(一般指工业大型设备，安装后不便搬运的设备。)可以在现场进行测量。测量距离以受试设备安装的建筑物外墙到天线的距离为准。应在建筑物外不同方向上，至少应在近似垂直的四个方向上进行测量。如果实际条件允许，应尽可能多地选取一些测量点，以找到其最大辐射方向。对可能受其干扰的无线电系统的方向上也应进行测量。

　　2.3.5运行条件

　　测量时，受试设备的运行条件应在符合使用说明书中规定的正常操作程序下和产生最大骚扰的状态下进行。一般在设备的额定最大输出功率和二分之一最大输出功率两种状态下进行测量。对于某些工业设备，正常工作状态接近零功率或极小的输出功率，也应在这种状态下测量。