面向传导发射的电磁兼容试验整改

引言

电磁兼容(ElectromagneticCompatibility-EMC)按国家标准GB/T4365-1995《电磁术语》的定义：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。定义包含了两层意思：第一是具有抵抗给定的电磁干扰的能力，并且有一定的裕量；第二是不产生超过限度的电磁干扰。

随着电子技术、电力电子技术、计算机技术的广泛应用，各种电气、电子设备的电磁干扰问题越来越严重。设备产生更多的电磁干扰信号，同时其遭受电磁干扰的机率也大大增加,大量的电子设备密集在狭小的空间,相互间的电磁兼容性非常重要。因此，电磁兼容越来越重要，它已不局限于广播、通讯领域及军事用途，而是扩展到工业、民用等各个领域。随着电子器件的普遍使用，大量的电力电子设备产生传导性电磁干扰的问题不断出现，已成为电力电子技术进步的一个重要约束。因此对电力电子设备的传导性发射进行试验评估已非常必要。从电磁兼容的角度出发，谐波的危害可概括为以下几个方面:首先是对于公共电网的危害；另外是对于自身电子设备的影响。

对于谐波的危害，国际和国内都出台了相关标准进行测试，以减小谐波所带来的危害。国际上主要颁布了IEC61000-3-2。在国内，颁布了民用标准GB17625.1-2003和军用标准GJB152A中的CE101及CE102,对于相同的受试设备还是军标的测试要求更严格一些。

电源控制器由于应用环境的特殊性，必须通过CE101-2这项测试。在试验过程中有个别点超过限值，通过分析超标点的特性，采用了安装隔离变压器和低通滤波器，调整滤波器等相关器件的安装位置，完善机柜接地，提高功率因素这4个方法进行电磁兼容整改，并最终取得了很好的效果，通过了测试。

1系统介绍

本系统为电源控制器，由4个控制机柜组成，如图1所示。

系统内部主要由现场总线模块、数字隔离机箱、快速控制器、光电转换模块、交换机、24V开关电源等器件组成。本系统装配及功能调试完成后需要进行一系列的电磁兼容测试，以评估系统的电磁兼容性能。在具有国家实验资质认可的实验室进行美军标MILSTD461F(CE101-2):30Hz~10kHz电源线传导发射这项测试时，结果超标未能通过测试。

2测试标准

2.1标准概述

测试标准依据MILSTD461F中的测试方法CE101-2,此标准与GJB152A-97《军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量》相符。本测试方法用来测量受试设备输入电源线(包括回线）上的传导发射，以评估电源线对外发射的电磁骚扰水平,其中交流电源线频率50Hz-10kHz。

2.2测试布置

一般情况下的测试布置如图2所示。

2.3测试限值

图3所示是CE101-2的测试限值。可以按下述方法来确定极限：

（1）在设备和分系统电源＜1kVA情况下，用连接a，b和c点的连线作极限。在设备和分系统的基波电流＞1A的情况下，按下述放宽极限：

dB放宽=20lg（基波电流）

（2）在设备和分系统电源21kVA情况下。连接d，b和c点的连线作极限。即在设备和分系统的基波电流＞1A的情况下，按下述放宽极限：

dB放宽=20lg（基波电流）

基波电流为电源频率的负载电流。

3现象

该电源控制器的电压为220V，电流为14A，功率为3.08kVA≥1kVA，选择连接d、b和c点的连线为限值，同时由于基波电流为14A>1A，限值放宽22.9dB。图4所示是其试验结果。这种情况下，在150Hz点超标6dB。同时在测试过程中，断开系统中的一些设备或者在电源输入端并接电容，测试超标点主要集中在50Hz、100Hz、150Hz这3个点上，分别是50Hz的1次、2次、3次谐波。

4原因分析

CE101-2超标主要有以下几种原因：

（1）电线传导发射超标与电源滤波器有关。由于超标值

都在低频段，且超标点不多，初步分析，可能是电源滤波器安装方式不当或电源滤波器的低频滤波效果不理想。如果滤波器没有正确安装，例如电源输入线过长，输入、输出线没有隔离或滤波器接地效果不好，都会使传导骚扰信号通过电源线传入电源，造成传导发射超标。另外可能是电源滤波器本身的质量不好，在低频段输入传导骚扰信号造成超标;

（2）机柜内器件布局和布线是否符合规范。机柜内电源

线和信号线不能交叉走线，以避免电源线与信号线之间的相互干扰。同时，断路器、滤波器等器件应尽可能近地安装到电源线的输入端;

（3）机柜内部是否可靠接地。所有器件应就近接地，地

排的安装是否可靠。

5整改措施

进行电磁兼容试验时，需要将4个机柜一起运到实验室进行测试，为加快进度及减少成本，在进行电磁兼容试验整改时，采用了多种整改措施并用的方法，力求能一次通过试验。

5.1安装隔离变压器和低通滤波器

原系统中在电源输入端装了一个40A的滤波器，电源滤波器的低频特性不佳，根据超标点的特性，定制了一款低频滤波器安装在原40A滤波器的下端。为了保证系统中使用的电源更加纯净，在电源输入端安装了一个5kVA的220V电源隔离变压器，隔离层接地。隔离变压器可以使一次侧与二次侧的电气完全绝缘，也使该回路隔离，从而抑制杂波传入控制回路，并且使谐波等干扰在绕组组内部形成环路，不影响线路或电网。

5.2调整滤波器等电源相关器件的安装位置和调整机柜内部布线

原系统设计时，没有全面考虑到电磁兼容性问题，在布线时电源线与信号线交叉，并且滤波器和断路器等器件都安装在机柜的中部，但是电源进线是在机柜的底面。在进行整改时，将滤波器和断路器等安装到机柜的底部。同时对电源线重现布线，每个机柜右侧线槽走电源线，左侧线槽走信号线,如遇到电源线和信号线必须在线槽内交叉走线，对电源线进行双绞和加屏蔽层处理。

5.3完善机柜接地

原机柜中的地排都安装在机柜的底部，每个器件没法做到就近接地。整改时，在每个机柜的侧部安装一根铜排，使每个器件都能就近接地。

5.4提供功率因素，加装电感

超标点均为2kHz以下的低频段，同时为50Hz的倍频,导致系统在工作时产生了较高的无功功率，使系统在工作时有功功率偏低，电网的功率因数较低。所以整改时可以考虑增加系统的功率因数。在电源火线L和零线N分别串接两个电感，可以提供功率因素，并有效的抑制2kHz以下的谐波。根据实验结果调整电感值，以保证实验通过。图5所示是其传导发射整改示意图。

6测试结果

经过整改后，系统的实际电流值增加为16A，即限值放宽24dB。

根据整改措施，首次测试时，可以在图5的基础上，在低通滤波器后不串接电感，其实验结果如图6所示。

这样，其超标点的限值为116.7dB，比之前减少了2dB。

根据测试结果，在低通滤波器后串接20A，0.8mH电感的测试结果如图7所示。

可见测试结果有所改善。调整电感值，串接了20A、2.8mH电感，测试通过，其结果如图8所示。

7结语

电源控制器虽然通过上述介绍的几种方法，最终通过了CE101-2这项测试，但其中耗费很多人力物力。在遇到电磁兼容未过项时，首先应根据试验结果，找到原因，根据原因研究得出整改措施，不能在未找到原因的情况下，就将设备拉到实验室进行盲目的整改测试。

“电磁兼容是设计出来的”,这句话非常重要，应在系统设计时就应该考虑到电磁兼容问题，虽然通过后面的电磁兼容整改可以通过相关标准的测试，拿到国家认可的试验报告,但这将耗费大量的人力物力；有时整改还不一定能解决问题,此时问题就很严重了，需要对系统进行重新设计，重新装配,这对进度和成本是极大的挑战。所以在系统设计之初考虑电磁兼容设计是非常重要的。

电磁兼容设计已越来越重要，特别是数字产品的广泛应用，对电磁兼容设计的要求也越来越高。然而电磁兼容问题又是极其复杂的，尤其是不同产品具有不同的产品特性、不同的布线方式、不同的电源特性等，不能用几套方法完全解决问题。

只有做好源头设计，在设计之初就将电磁兼容设计贯穿在整个系统设计中，尽早抑制潜在的电磁兼容问题，在出现电磁兼容问题时，进行有效的电磁兼容诊断分析，尽量采取合理有效的整改措施，这样才能不断提高电磁兼容的设计水平。

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