电磁兼容标准及其选择

电气或电子装置在运作期间,因电磁波所产生的电磁力会干扰其本身和其他装置的正常运作,影响性能,甚至还会对人体的健康造成危害。这些装置具有电磁干扰(emi)性,它们在完成功率传送和满足对各种各样电能形式变换需要的同时,不可避免地会产生辐射及非正弦波信号,造成电磁干扰。表现在两方面：（1）向电网注入整倍数于基波频率的谐波电流分量,造成电网电压产生畸变;（2）对电气、电子设备产生不同程度的emi信号,这些emi信号可以以电磁幅射形式发射出去,也可通过电缆或电源线进行传导。电磁兼容（emc）问题已成为当前研究的热点课题。

电磁兼容技术的迅速发展,也刺激了对电磁兼容标准化工作的需求。一些发达国家在emc技术的研究、标准的制定、emc测试及认证方面处于领先地位。尤其是欧共体成员国关于emc法律性指令（89/336/eec指令）颁布以来,各国政府开始从商贸的角度考虑emc问题,并采取相应措施加强emc标准及法规的制定和贯彻实施工作,我国虽然在emc方面工作起步较晚,但有关部门也正加紧工作,以跟上国际emc工作的步伐。89/336/eec指令从1996年1月1日起强制执行,所有投放市场的电工电子产品,均须按照lmc指令的要求进行emc认证。认证合格后,贴上ce标志。iec（国际电工委员会）专门从事电磁兼容标准化工作的有两个技术委员会,即国际无线电干扰特别委员会(cispr即iec,是“international electro technical commission )和第77技术委员会（tc77）。其中cispr负责制订频率大于9khz发射的基础标准和通用标准,tc77负责制订9khz和开关操作等引起的高频瞬态发射及整个频率范围内的抗扰性基础标准和通用标准。tc77制订的国际标准是iec61000系列。我国的emc研究和标准化工作从60年代开始起步,对应于clspr成立了“全国无线电干扰标准化技术委员会”,对应tc77成立了“全国电磁兼容标准化联合工作组”,并于1993年正式发布,1994年开始实施《电能质量－公用电网谐波标准》。随着emc标准化工作的进行,emc认证也将是产品的一个重要质量标志。

在认证标准的等级体系中,由瑞典制定的认证标准tco99是最高级别的标准,它包含了多项内容,是目前最全面的认证标志。我国加入wto后,要把电子产品销往国外,不但要了解有关emi标准,还要知道用什么样的测试方法和设备才能得到产品的emi认可,从而采取相应的措施使它们符合emi标准。本文讨论了tco99、fcc、vde、cispr等emi标准,研究了测试注意事项和如何选用这些标准。电磁波的划分如表1所示。

tco99标准

tco99涉及到环境、人体生态学、 废物的回收利用、电磁辐射、节能以及安全等多个领域。通过tco99认证的产品必须符合环保的要求,产品中不能含有对人体神经系统及胚胎组织有害的重金属元素(如镉、汞等)以及化合物(如含有氯和溴的阻燃材料等)。在节能方面,要求电子和电气设备在一定的闲置期后应能自动降低功耗进入节能状态,并且要求产品具有较短的恢复时间。对环境检测时测量器所显示的人体标准是：（1）安全区：0.1毫高斯以内;（2）小心区：0.1~3.0毫高斯;（3） 危险区：3.0毫高斯以上。

人类的照射限值标准如表2所示。

fcc标准

fcc 标准及单位转换数据见表3（表中af表示天线系数）。a类设备测试过程可以独立于fcc而自行完成,但要提交测试结果, fcc保留了随时抽样测试的权力。只要怀疑设备不符合emi标准,就要对设备进行测试,并对厂家提交的测试结果进行审查。对于b类设备,限制比较严格,必须提交一个样品供测试使用。

vde和cispr标准及测试

vde和cispr两个标准及测试条件基本相同。vde传导放射标准和辐射标准分别见表4和表5。表4中lisn表示线路阻抗稳定网路(line impedance stabilization network),vde和cispr测传导放射时,vde和cispr采用有别于fcc的lisn电路,其输入阻抗为150 ;而fcc采用的lisn电路,输入阻抗为50 。vde和cispr规定传导测试下限频率为10khz,而fcc规定为450khz,这三种标准规定上限频率都是30mhz。辐射测试频率范围,vde和cispr规定为10khz~1000 mhz;而fcc规定为30mhz~1000 mhz。

vde和cispr不接受厂家提供的测试数据,而美国的fcc则承认厂家提供的测试数据和鉴定结果,因为厂家的测试保证了测试站不会发现比规定的界限更高的emi电平。由测试站进行的正规测试事实上是一种独立的产品质量认定,vde要对产品可能对安全性造成的危害都加以评估。这是一种比较稳妥的办法,因为这种测试包括了所有的潜在危害,其中也包括emi对通信业务的影响。

vde和cispr的规定分许多种,有的适应于工业产品和科学仪器,有的适应于消费型设备(如手持电动工具等)。对于计算设备,vde的规定又分为a、b、c三类,其中a、c类规定对经常要搬动的设备进行了限制;b类规定对民用和通信设备进行了限制,还涉及通信业务的安全,因而更为严格。

vde规定在某种意义讲,适合于测试过程和设备性能易发生变化的场合。测试单个产品时,测得的emi电平必须比规定指标低2db以上才算合格。其后重新测试时,如测得的emi电平比规定指标高出2db以上,则认为是超标准。对大量的设备进行测试时,则采用统计技术,保证在80%的被测试产品中,有80%以上产品被确认是在规定的指标以下。

谐波电流、电压限值

表6列出了cispr标准中有关电力电子装置和其他非线性负载用户,允许注入电网的谐波电流限值。该表适合于电压等级为2.4~69kv,其中isc / i1 为公共连接点(pcc) 短路电流与基波电流之比,偶次谐波限值为表6中奇次谐波限值的25%,ih / i1为第h次谐波电流与基波电流之比。表7为供电电网须保证电压波形质量的谐波电压限值,不仅适用于三相系统,也适用于单相系统,其中vh / v1为第h次谐波电压与基波电压之比。现将表6、表7中有关定义说明如下。

(1)pcc畸变电压vh 取决于交流电源内阻抗j ls和注入的谐波电流值,对于基波角频率 下的第h次谐波,其pcc畸变电压有效值为： 
 
式中ih为注入电网的第h次谐波电流有效值。

(2)isc是电源提供给故障点的短路电流有效值,当pcc三相短路时：
 

式中vs 是电源相电压有效值。isc越大说明pcc交流系统的容量越大。
(3)电流总谐波畸变率为
 

从表6中可知：thdi允许值随供电容量(isc / i1) 的增加而增加。表8列出了我国有关公用电网谐波电压限值的规定, hrvh表示各次谐波电压含有率,有下列关系式：

在允许谐波电压含有率情况下,isc / i1越大,ih / i1比值也可更大些,因此,由表6和表7可得出这样的结论：谐波电压的限值和谐波电流的限值是随供电容量(isc / i1) 的增加而允许增加的,这一点对于诊断电气产品emi是否达标很有益处。thdv为电压总谐波畸变率定义为：

信息设备gb9254传导干扰标准

当电气设备使用场合已确定时,该设备的emi标准就得按使用场合所在行业的emi标准来衡量。例如,某开关电源用在信息行业,则这个开关电源就作为信息设备,使用信息行业emi标准来诊断,即引用gb9254(相当于en5502)a或b级标准。对于gb9254传导干扰a和b级标准分别见表9和表10。使用表9与表10时,在过渡频率(0.5mhz) 处应采用较低的限值;使用表10时,在0.15mhz~0.50mhz频率范围内,限值随频率的对数呈线性减小。

结 束 语

emc对人民生活、工业化生产和世界贸易均有重要影响,电磁兼容技术的研究不仅为保护电磁环境,使电磁应用与电磁环境协调发展,同时也是我国电气、电子装置和系统与国际标准接轨的必然趋势。在我国已加入了wto的今天,对tco99、fcc、vde、cispr等emc标准的有关内容进行研究,熟悉它们,找出它们的异同点,有助于保护人类的健康,有利于提高我国电子产品和电气设备在国际上的竞争力,使产品能顺利地通过emc指标测试。为了保护电磁设备和供电电网不被emi信号所干扰,cispr的建议也在不断完善和修改,以便反映出新的要求和需要,这就要求我们进一步熟悉和不断研究这些标准,以便更好地与国际接轨。