实验3 传导干扰测试2

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

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（U c，I c）和差模分量（U d，I d）分别定义为

B 频率低

C 单个脉冲

21U U U d -= 及 2

21I I I d -= 2

21U U U c +=

及 21I I I c += 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Z c 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U c ，电网的阻抗和Z c 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：

10=dBW P lg P

(a)典型的EMI 源

U d U c (b)EMI 源的高频替代电路（R L =负载）

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：

dBW mW dB dB m mW 30100-===

30)()(+=dBW dBm P P

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

R

U P 2

= 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：

10=）（dBW P lg ）（R

U 2

10=）（dBm P lg 302

+）（R

U 两个网络或一个网络的电压比K u 可从功率比K p 获得：

1

222212

2212

1

21 R U R U R U R U P P K p === 21222121)()lg(10)lg(10)lg(10R R U U P P K dB p +== 如果R 1=R 2=R ，则可得

)lg(20)lg(102

1221)(U U U U K dB U == 式中，U 2为参考电压，取为1V ，则可得

m mdBV U U lg 20=

在EMC 测量中，1µV 常用作参考电压，可得

dBV V dB V V 12001016-===-μμ

120)()(+=dBV m V dB m U U μ

知道dBm 和dB µV ,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：

30)lg(10120)(+--=R U P V dB dBm μ

30)lg(1090+--=R U V dB μ

在EMC 测量技术中最常采用的R 的数值（R=50Ω），可得

107)(-=V dB dBm U P μ

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：

240)/(V/MHz)(+=Hz dBV dB A A μ

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：

⎰+-==2

/2/*)(B f B f c m c c B A df f A U

式中，B 为测量宽度，f c 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，A c 为频率f c 处对应的振幅密度值。

将该关系转换成dB 系统，可测量电压U m (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：

)()/()(lg 20MHz MHz V dB V dB m B A U +=μμ

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：

40)/()(-=MHz V dB V dB m A U μμ

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 、