为什么要进行电磁干扰测试.docx

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为什么要进行电磁干扰测试

实验3电磁兼容·传导干扰测试

科学技术的发展使越来越多的电器和电子设备进入社会各个角落，电子技术渗透到各个方面。

电器和电子设备的密度急剧增加，设备的发射功率越来越大，无线电频谱日益拥挤，致使有限空间的电磁环境日趋恶化，尤其是电子设备的高频化、数字化、干扰信号的能量密度增大，空间人为的电磁能量每年增长7%——14%，使的电磁污染问题日益突出。

因此，电磁兼容性问题的解决尤为关键。

一、实验目的

1、了解电磁兼容在电路和设备设计中的意义和重要性

2、掌握传导干扰的原理及测试方法

3、熟练使用EMC300A电磁兼容·传导干扰测试系统

二、实验原理

电磁兼容是一种能力，它在其电磁环境中能完成它的功能，而不致在其环境中产生不能容忍的干扰。

它所涉及到的技术领域和服务对象几乎包括了所有的用电或电磁设备（IEC语）。

电磁兼容的英文简称为EMC。

EMC是从过去的“电磁干扰”发展起来的，至20世纪20年代，电磁兼容技术有了较为系统的发展。

EMC技术包括电磁干扰和电磁敏感度。

电磁干扰（EMI）是指电磁干扰引起的设备、传输通道或系统的性能下降。

电磁敏感度（EMS）是指在电磁干扰下，设备或系统性能出现下降的情况。

形成电磁干扰一般具备以下三个基本要素：

（1）干扰源，

（2）耦合途径，（3）敏感设备。

电网中的干扰源很多，像交流电机、电焊机、变压器的存在，输电线路间的干扰等。

这些干扰源的存在将会导致噪声、谐波、浪涌的产生，严重干扰正常的电信号。

耦合途径主要有公共导线、设备间电容、相邻导线的互感等。

电磁兼容·传导干扰的测试主要是测量电器电源端子的干扰电压，一般用三种数据表示：

峰值、准峰值、平均值，它们含义如下：

峰值：

周期内干扰脉冲的最大值，仅与脉冲幅值有关，与重复频率无关；

准峰值：

具有规定时间常数的检测值，它不但与脉冲的幅度有关，还与脉冲重复频率有关；

国际标准对该检测器的时间常数作的规定：

充电时间常数：

1ms

放电时间常数：

160ms

图1不同频率输入时的准峰值检波输出

平均值：

周期内干扰脉冲的平均大小，它主要依赖脉冲的重复频率。

电磁干扰常表现为共模和差模电压和电流分量的形式，其定义可看图2，从图可见，在网端测得的共模（Uc，Ic）和差模分量（Ud，Id）分别定义为

及

及

从图可见，差模电流分量在电源相线和中线中流通，因此，差模电压分量可以在相线中测量。

而共模电流分量分别从相线和中线流向“地”，图2（b）是EMI噪声源的等效电路，其中Zc等效为接地部分及电路之间的分布电容的容抗。

从图可见，共模EMI电流、电压与EMI噪声源电压Uc，电网的阻抗和Zc均有关系。

图2差模和共模电压和电流分量

在电气工程中，信号幅度测量的基本测量单位通常是功率，这在无线电技术领域已广为采纳。

为了便于讨论宽功率范围的测量问题，常采用分贝（dB）这种表达系统，通常，参照功率为瓦（W）。

当把功率电平变换到dB系统时，计量单位则用dBW表示。

它们之间的变换关系为：

lg

式中，P为测量得到的功率，单位为瓦（W）。

在许多测量场合，例如，信号发生器输出校正，接收机灵敏度、传送损失等，用毫瓦mW（简写为m）作为参考功率更为方便，这时，在dBm表示，它们之间的变换关系如下式所示：

在EMC测量中，很少用功率作为参考单位，而常常用电压作为参考单位，为此，以上表达式可以表示为

式中，U为电压，单位为伏特（V）；R为被测电压两端的电阻值Ω，单位为，代入上面各式可得：

lg

lg

两个网络或一个网络的电压比Ku可从功率比Kp获得：

如果R1=R2=R，则可得

式中，U2为参考电压，取为1V，则可得

在EMC测量中，1µV常用作参考电压，可得

知道dBm和dBµV,必须变换到工程实际中，可以利用上面各式得到下列变换方程式：

在EMC测量技术中最常采用的R的数值（R=50Ω），可得

在频谱测量中，振幅密度函数来表征宽带相干信号，其频谱常用伏/赫兹（V/Hz）为表征单位，它又称为宽带单位。

而在EMC测量中,则用µV/MHz作为计量单位较为合适，它们之间的变换关系为：

测得的宽带相干信号的电压是测量宽带的函数。

可测得的电压的准确数值可以通过下式积分计算而近似求得：

式中，B为测量宽度，fc为测量带宽的中心频率，A（f）为振幅密度函数，它为频率的函数，Ac为频率fc处对应的振幅密度值。

将该关系转换成dB系统，可测量电压Um（这里看成是窄带单位）与宽带单位之间的关系，可用下式转换：

在测量中测量宽带为9kHz，取B=10kHz，可测量的噪声电压可用振幅密度函数表示为：

在无线电电子通信设备的干扰现象中，电磁干扰效应不仅跟脉冲的幅值有关，还与脉冲的重复频率有关。

也就是说，即使干扰脉冲的幅值较大，但出现的频率很低时，其干扰能力也是有限的；反之，干扰脉冲重复频率较高，而幅值很小，那它的干扰能力较小。

简而言之，衡量干扰脉冲的干扰效应，既要考虑脉冲的幅值，又要考虑脉冲的重复频率。

因此，在电磁兼容、传导干扰测试中以采用准峰值检测为宜。

但是，实际测试时，峰值总是比准峰值略大，所以，用峰值测试，以留有余量。

三、干扰电压的测量方法

干扰电压的测量应按相关设备用图3的布置在照明设备的电源端子测量。

人工网络（V型网络的）输出端子与a-b端子应相距0.8（1±20%）m，并用一根0.8m长的三芯软缆中的两根动力线连接。

如果照明设备含有一个调光控制器或有一个外部装置调光，那么在电源端测量干扰电压的方法如下：

应在充分发光输出时，在９kHz～30MHz的整个频率范围内进行初步测量或搜寻。

另外，在下列频率和整个频率范围内初步测量时发现最大干扰的频率处，应调节控制器的设置，以达到最大负载时的最大干扰。

9kHz、50kHz、100kHz、160kHz、240kHz、550kHz、1MHz、1.4MHz、2MHz、3.5MHz、6MHz、10MHz、22MHz、30MHz。

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AMD---50Ω/50µH+5Ω人工电源网络

M---射频毫伏表或测量接收机

LM---灯具

a-b---电源端子

c-d---控制端子（如果有的话）

E---接地端子

图3测量布置

当用准峰值检波器的接收机测量的限值符合用平均值检波器测量的限值时，就认为实验装置符合了两个限值，且不必用平均值检波器进行测量。

当照明设备中装有多个灯时，所有的灯应同时工作。

当可能以不同方位把灯插入到照明设备中，应对所有的各种情况进行测量，并以最大值与有关的限值比较。

在装有启动器的荧光灯具中，连接启动器的同一接线端子采取两种可能的测量位置进行连接。

照明设备是金属，并带有一个接地端子，端子应连接到V型网络的基准接地上。

照明设备中具有一个接地端子，但是制造厂说明该设备不需接地，它应测量两次：

一次和接地端连接，一次不连接，在两种情况下照明设备都应满足要求。

照明设备是金属或塑料的（或二者组合一体），没有接地端子，应对称安装一块尺寸至少为2m×2m的金属板上方0.4m处，该板应连接到V型网络的基准接地上。

如果在屏蔽室内进行测量，可以距离屏蔽室的其中一壁0.4m，照明设备的基座应与屏蔽室的基准壁平行放置，并与该壁的屏蔽室外壳表面至少0.8m。

四、测量仪器的系统组成及使用

测试仪器由3个隔离变压器、计算机、打印机、测试主机、模拟电源网络组成。

系统布置如图4所示。

模拟电源网络的作用：

在被测设备和供电电源之间起高频隔离作用，避免来自电网的干扰进入被测回路，影响测量结果；模拟实际的电网阻抗，为被测设备的电源端子之间提供规定的阻抗，并使测量条件统一化。

计算机的作用：

运算、处理数据、显示图象及测量结果、打印输出。

图4测试系统布置图

测试主机的作用：

对干扰信号进行接收、放大处理、A/D转换。

测试主机的功能及指标。

1.测量峰值和准峰值

9kHz~150kHz:

20dBµV~130dBµV

150kHz~30MHz:

10dBµV~90dBµV

2.扫描带宽

9kHz~150kHz:

200Hz

150kHz~30MHz:

9kHz

3.频率扫描步长

9kHz~150kHz:

100Hz、200Hz、400Hz可选择

150kHz~30MHz:

5kHz、10kHz、20kHz可选择

4.测试时间

9kHz~150kHz:

50mS、100mS、200mS可设置

150kHz~30MHz:

5mS、10mS、20mS可设置

5.测量准确度±1.8dBµV

实验操作步骤：

1.按测试系统布置图连接所有仪器设备。

2.暂时把连接模拟网络与测试主机的同轴电缆取下，先独立试验模拟网络：

检查接地线是否正常，金属板应与大地可靠连接。

接上被测设备，给被测设备上电，打开开关，被测设备正常工作。

3.如果一切正常，则断开电源，把模拟网络与测试主机连接起来。

4.用通讯线把测试主机和计算机连接起来，而者至少保证0.8m距离。

5.打开计算机电源，按“软件操作”使用软件，操作测试。

注意事项：

1.开机预热5分钟；

2.金属板基准必须与大地可靠连接；

3.每次测试完，必需把连接模拟网络与主机的同轴电缆取下，下次测量前再予以连接。

五、软件的使用

点击开始，逐级进入，运行EMC，出现以下画面：

软件使用所涉及的菜单和图标如下：

●图标

各图标的含义从左至右分别为：

打开保存的数据文件——保存测试的数据——测试——单点测试——峰值、准峰值选择——查看超标数据——中、英文版面切换——输入或查看客户数据——打印测试报告——退出测试系统。

“测试”图标在测试过程中，会换成“停止”图标，可停止测试。

当鼠标移到各图标上时，图标的含义会自动给出，点击图标，执行相应的功能。

●菜单

菜单四个大项下具体的命令项如下：

1.文件F

各菜单名反映其含义，鼠标点击，就执行相应功能。

菜单左侧的图标和快捷工具栏上的图标是一致的。

2.设置S

其中“参数设置S”鼠标点击后弹出一对话框，对话框中可以修改合格判据、扫描、测试时间。

对话框如下所示：

标准在测试图上是以线段绘成，故标准限值应给出每一段的起点频率和终点频率及其对应的限值。

3.测试T

点击菜单“测试T”命令项，测试系统就开始测试。

如果测试主机未连接或主机未上电，将会弹出一对话框，提示测试系统未做好工作准备，然后测试取消。

开始测试后，“测试T”会改成“停止测试S”，测试过程中，操作该命令项，即终止测试。

点击“单点测试D”命令项，可以进行特定频率点测试，并可以打印。

若打印机未接上，进行打印操作，计算机将有数十秒的不响应任何操作的现象，然后恢复正常。

4.数据项目D

每次数据测试完，如果想查看超过限值的数据情况，点击“超标数据O”项，您将能看到超标数据的情况，如果需要还可以打印。

如果没有超标数据，将不能执行超标数据打印。

有时超标数据很多，但程序只显示最前面的有限个数，打印超标数据也做同样处理。

“测试报告参数P”项执行后，您可以查看或修改测试报告打印所需的参数。

●测试数据峰值、准峰值查看

测试得到的曲线图可以查看各测试频率点的峰值（或准峰值）。

1.在计算机屏幕上，鼠标左键点击想查看频率点所在位置，在图的右上角显示一黄色的框，内显示该点附近的最大值（或准峰值）。

2.用“←”、“→”键查看各频率点的峰值（或准峰值），数值都显示在右上角的框中。

3.按鼠标右键，退出数据查看状态。

六、实验报告要求

1.打印实验测试结果

2.简述实验心得

3.分析不同电感、电阻、电容对实验结果的影响

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