電磁兼容標準及其選擇

電氣或電子裝置在運作期間,因電磁波所產生的電磁力會干擾其本身和其他裝置的正常運作,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,不可避免地會產生輻射及非正弦波信號,造成電磁干擾。表現在兩方面：（1）向電網注入整倍數于基波頻率的諧波電流分量,造成電網電壓產生畸變;（2）對電氣、電子設備產生不同程度的emi信號,這些emi信號可以以電磁幅射形式發射出去,也可通過電纜或電源線進行傳導。電磁兼容（emc）問題已成為當前研究的熱點課題。

電磁兼容技術的迅速發展,也刺激了對電磁兼容標準化工作的需求。一些發達國家在emc技術的研究、標準的制定、emc測試及認證方面處于領先地位。尤其是歐共體成員國關于emc法律性指令（89/336/eec指令）頒布以來,各國政府開始從商貿的角度考慮emc問題,并采取相應措施加強emc標準及法規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日起強制執行,所有投放市場的電工電子產品,均須按照lmc指令的要求進行emc認證。認證合格后,貼上ce標志。iec（國際電工委員會）專門從事電磁兼容標準化工作的有兩個技術委員會,即國際無線電干擾特別委員會(cispr即iec,是“international electro technical commission )和第77技術委員會（tc77）。其中cispr負責制訂頻率大于9khz發射的基礎標準和通用標準,tc77負責制訂9khz和開關操作等引起的高頻瞬態發射及整個頻率范圍內的抗擾性基礎標準和通用標準。tc77制訂的國際標準是iec61000系列。我國的emc研究和標準化工作從60年代開始起步,對應于clspr成立了“全國無線電干擾標準化技術委員會”,對應tc77成立了“全國電磁兼容標準化聯合工作組”,并于1993年正式發布,1994年開始實施《電能質量－公用電網諧波標準》。隨著emc標準化工作的進行,emc認證也將是產品的一個重要質量標志。

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

tco99標準

tco99涉及到環境、人體生態學、 廢物的回收利用、電磁輻射、節能以及安全等多個領域。通過tco99認證的產品必須符合環保的要求,產品中不能含有對人體神經系統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)。在節能方面,要求電子和電氣設備在一定的閑置期后應能自動降低功耗進入節能狀態,并且要求產品具有較短的恢復時間。對環境檢測時測量器所顯示的人體標準是：（1）安全區：0.1毫高斯以內;（2）小心區：0.1~3.0毫高斯;（3） 危險區：3.0毫高斯以上。

人類的照射限值標準如表2所示。

fcc標準

fcc 標準及單位轉換數據見表3（表中af表示天線系數）。a類設備測試過程可以獨立于fcc而自行完成,但要提交測試結果, fcc保留了隨時抽樣測試的權力。只要懷疑設備不符合emi標準,就要對設備進行測試,并對廠家提交的測試結果進行審查。對于b類設備,限制比較嚴格,必須提交一個樣品供測試使用。

vde和cispr標準及測試

vde和cispr兩個標準及測試條件基本相同。vde傳導放射標準和輻射標準分別見表4和表5。表4中lisn表示線路阻抗穩定網路(line impedance stabilization network),vde和cispr測傳導放射時,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規定傳導測試下限頻率為10khz,而fcc規定為450khz,這三種標準規定上限頻率都是30mhz。輻射測試頻率范圍,vde和cispr規定為10khz~1000 mhz;而fcc規定為30mhz~1000 mhz。

vde和cispr不接受廠家提供的測試數據,而美國的fcc則承認廠家提供的測試數據和鑒定結果,因為廠家的測試保證了測試站不會發現比規定的界限更高的emi電平。由測試站進行的正規測試事實上是一種獨立的產品質量認定,vde要對產品可能對安全性造成的危害都加以評估。這是一種比較穩妥的辦法,因為這種測試包括了所有的潛在危害,其中也包括emi對通信業務的影響。

vde和cispr的規定分許多種,有的適應于工業產品和科學儀器,有的適應于消費型設備(如手持電動工具等)。對于計算設備,vde的規定又分為a、b、c三類,其中a、c類規定對經常要搬動的設備進行了限制;b類規定對民用和通信設備進行了限制,還涉及通信業務的安全,因而更為嚴格。

vde規定在某種意義講,適合于測試過程和設備性能易發生變化的場合。測試單個產品時,測得的emi電平必須比規定指標低2db以上才算合格。其后重新測試時,如測得的emi電平比規定指標高出2db以上,則認為是超標準。對大量的設備進行測試時,則采用統計技術,保證在80%的被測試產品中,有80%以上產品被確認是在規定的指標以下。

諧波電流、電壓限值

表6列出了cispr標準中有關電力電子裝置和其他非線性負載用戶,允許注入電網的諧波電流限值。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為供電電網須保證電壓波形質量的諧波電壓限值,不僅適用于三相系統,也適用于單相系統,其中vh / v1為第h次諧波電壓與基波電壓之比。現將表6、表7中有關定義說明如下。

(1)pcc畸變電壓vh 取決于交流電源內阻抗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列出了我國有關公用電網諧波電壓限值的規定, hrvh表示各次諧波電壓含有率,有下列關系式：

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品emi是否達標很有益處。thdv為電壓總諧波畸變率定義為：

信息設備gb9254傳導干擾標準

當電氣設備使用場合已確定時,該設備的emi標準就得按使用場合所在行業的emi標準來衡量。例如,某開關電源用在信息行業,則這個開關電源就作為信息設備,使用信息行業emi標準來診斷,即引用gb9254(相當于en5502)a或b級標準。對于gb9254傳導干擾a和b級標準分別見表9和表10。使用表9與表10時,在過渡頻率(0.5mhz) 處應采用較低的限值;使用表10時,在0.15mhz~0.50mhz頻率范圍內,限值隨頻率的對數呈線性減小。

結 束 語

emc對人民生活、工業化生產和世界貿易均有重要影響,電磁兼容技術的研究不僅為保護電磁環境,使電磁應用與電磁環境協調發展,同時也是我國電氣、電子裝置和系統與國際標準接軌的必然趨勢。在我國已加入了wto的今天,對tco99、fcc、vde、cispr等emc標準的有關內容進行研究,熟悉它們,找出它們的異同點,有助于保護人類的健康,有利于提高我國電子產品和電氣設備在國際上的競爭力,使產品能順利地通過emc指標測試。為了保護電磁設備和供電電網不被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,這就要求我們進一步熟悉和不斷研究這些標準,以便更好地與國際接軌。