電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)及其選用

EMC Standards and Its Application

引 言

電氣或電子裝置在運(yùn)作期間，因電磁波所產(chǎn)生的電磁力會(huì)干擾其本身和其他裝置的正常運(yùn)作，影響性能，甚至還會(huì)對(duì)人體的健康造成危害。這些裝置具有電磁干擾(EMI)性，它們?cè)谕瓿晒β蕚魉秃蜐M足對(duì)各種各樣電能形式變換需要的同時(shí)，不可避免地會(huì)產(chǎn)生輻射及非正弦波信號(hào)，造成電磁干擾。表現(xiàn)在兩方面：（1）向電網(wǎng)注入整倍數(shù)于基波頻率的諧波電流分量，造成電網(wǎng)電壓產(chǎn)生畸變；（2）對(duì)電氣、電子設(shè)備產(chǎn)生不同程度的EMI信號(hào)，這些EMI信號(hào)可以以電磁幅射形式發(fā)射出去，也可通過(guò)電纜或電源線進(jìn)行傳導(dǎo)。電磁兼容（EMC）問(wèn)題已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)課題。

電磁兼容技術(shù)的迅速發(fā)展，也刺激了對(duì)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化工作的需求。一些發(fā)達(dá)國(guó)家在EMC技術(shù)的研究、標(biāo)準(zhǔn)的制定、EMC測(cè)試及方面處于地位。尤其是歐共體成員國(guó)關(guān)于EMC法律性指令（89/336/EEC指令）頒布以來(lái)，各國(guó)政府開(kāi)始從商貿(mào)的角度考慮EMC問(wèn)題，并采取相應(yīng)措施加強(qiáng)EMC標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)的制定和貫徹實(shí)施工作，我國(guó)雖然在EMC方面工作起步較晚，但有關(guān)部門也正加緊工作，以跟上國(guó)際EMC工作的步伐。89/336/EEC指令從1996年1月1日起強(qiáng)制執(zhí)行，所有投放市場(chǎng)的電工電子產(chǎn)品，均須按照LMC指令的要求進(jìn)行EMC。合格后，貼上CE標(biāo)志。IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）專門從事電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化工作的有兩個(gè)技術(shù)委員會(huì)，即國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)(CISPR即IEC，是“International Electro Technical Commission )和第77技術(shù)委員會(huì)（TC77）。其中CISPR負(fù)責(zé)制訂頻率大于9kHz發(fā)射的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和通用標(biāo)準(zhǔn)，TC77負(fù)責(zé)制訂9kHz和開(kāi)關(guān)操作等引起的高頻瞬態(tài)發(fā)射及整個(gè)頻率范圍內(nèi)的抗擾性基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和通用標(biāo)準(zhǔn)。TC77制訂的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是IEC61000系列。我國(guó)的EMC研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作從60年代開(kāi)始起步，對(duì)應(yīng)于ClSPR成立了“全國(guó)無(wú)線電干擾標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)”，對(duì)應(yīng)TC77成立了“全國(guó)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)合工作組”，并于1993年正式發(fā)布，1994年開(kāi)始實(shí)施《電能質(zhì)量－公用電網(wǎng)諧波標(biāo)準(zhǔn)》。隨著EMC標(biāo)準(zhǔn)化工作的進(jìn)行，EMC也將是產(chǎn)品的一個(gè)重要質(zhì)量標(biāo)志。

在標(biāo)準(zhǔn)的等級(jí)體系中，由瑞典制定的標(biāo)準(zhǔn)TCO99是別的標(biāo)準(zhǔn)，它包含了多項(xiàng)內(nèi)容，是目前的標(biāo)志。我國(guó)加入WTO后，要把電子產(chǎn)品銷往國(guó)外，不但要了解有關(guān)EMI標(biāo)準(zhǔn)，還要知道用什么樣的測(cè)試方法和設(shè)備才能得到產(chǎn)品的EMI認(rèn)可，從而采取相應(yīng)的措施使它們符合EMI標(biāo)準(zhǔn)。本文討論了TCO99、FCC、VDE、CISPR等EMI標(biāo)準(zhǔn)，研究了測(cè)試注意事項(xiàng)和如何選用這些標(biāo)準(zhǔn)。電磁波的劃分如表1所示。

TCO99標(biāo)準(zhǔn)

TCO99涉及到環(huán)境、人體生態(tài)學(xué)、 廢物的回收利用、電磁輻射、節(jié)能以及安全等多個(gè)領(lǐng)域。通過(guò)TCO99的產(chǎn)品必須符合環(huán)保的要求，產(chǎn)品中不能含有對(duì)人體神經(jīng)系統(tǒng)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(jié)能方面，要求電子和電氣設(shè)備在一定的閑置期后應(yīng)能自動(dòng)降低功耗進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)，并且要求產(chǎn)品具有較短的恢復(fù)時(shí)間。對(duì)環(huán)境檢測(cè)時(shí)測(cè)量器所顯示的人體標(biāo)準(zhǔn)是：（1）安全區(qū)：0.1毫高斯以內(nèi)；（2）小心區(qū)：0.1~3.0毫高斯；（3） 危險(xiǎn)區(qū)：3.0毫高斯以上。

人類的照射限值標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

FCC標(biāo)準(zhǔn)

FCC 標(biāo)準(zhǔn)及單位轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)見(jiàn)表3（表中AF表示天線系數(shù)）。A類設(shè)備測(cè)試過(guò)程可以獨(dú)立于FCC而自行完成，但要提交測(cè)試結(jié)果， FCC保留了隨時(shí)抽樣測(cè)試的權(quán)力。只要懷疑設(shè)備不符合EMI標(biāo)準(zhǔn)，就要對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)廠家提交的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行審查。對(duì)于B類設(shè)備，限制比較嚴(yán)格，必須提交一個(gè)樣品供測(cè)試使用。

VDE和CISPR標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試

VDE和CISPR兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試條件基本相同。VDE傳導(dǎo)放射標(biāo)準(zhǔn)和輻射標(biāo)準(zhǔn)分別見(jiàn)表4和表5。表4中LISN表示線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)路(line impedance stabilization network)，VDE和CISPR測(cè)傳導(dǎo)放射時(shí)，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(guī)定傳導(dǎo)測(cè)試下限頻率為10kHz，而FCC規(guī)定為450kHz，這三種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定上限頻率都是30MHz。輻射測(cè)試頻率范圍，VDE和CISPR規(guī)定為10kHz~1000 MHz；而FCC規(guī)定為30MHz~1000 MHz。

VDE和CISPR不接受廠家提供的測(cè)試數(shù)據(jù)，而美國(guó)的FCC則承認(rèn)廠家提供的測(cè)試數(shù)據(jù)和鑒定結(jié)果，因?yàn)閺S家的測(cè)試保證了測(cè)試站不會(huì)發(fā)現(xiàn)比規(guī)定的界限更高的EMI電平。由測(cè)試站進(jìn)行的正規(guī)測(cè)試事實(shí)上是一種獨(dú)立的產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)定，VDE要對(duì)產(chǎn)品可能對(duì)安全性造成的危害都加以評(píng)估。這是一種比較穩(wěn)妥的辦法，因?yàn)檫@種測(cè)試包括了所有的潛在危害，其中也包括EMI對(duì)通信業(yè)務(wù)的影響。

VDE和CISPR的規(guī)定分許多種，有的適應(yīng)于工業(yè)產(chǎn)品和科學(xué)儀器，有的適應(yīng)于消費(fèi)型設(shè)備(如手持電動(dòng)工具等)。對(duì)于計(jì)算設(shè)備，VDE的規(guī)定又分為A、B、C三類，其中A、C類規(guī)定對(duì)經(jīng)常要搬動(dòng)的設(shè)備進(jìn)行了限制；B類規(guī)定對(duì)民用和通信設(shè)備進(jìn)行了限制，還涉及通信業(yè)務(wù)的安全，因而更為嚴(yán)格。

VDE規(guī)定在某種意義講，適合于測(cè)試過(guò)程和設(shè)備性能易發(fā)生變化的場(chǎng)合。測(cè)試單個(gè)產(chǎn)品時(shí)，測(cè)得的EMI電平必須比規(guī)定指標(biāo)低2dB以上才算合格。其后重新測(cè)試時(shí)，如測(cè)得的EMI電平比規(guī)定指標(biāo)高出2dB以上，則認(rèn)為是超標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)大量的設(shè)備進(jìn)行測(cè)試時(shí)，則采用統(tǒng)計(jì)技術(shù)，保證在80%的被測(cè)試產(chǎn)品中，有80%以上產(chǎn)品被確認(rèn)是在規(guī)定的指標(biāo)以下。

諧波電流、電壓限值

表6列出了CISPR標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)電力電子裝置和其他非線性負(fù)載用戶，允許注入電網(wǎng)的諧波電流限值。該表適合于電壓等級(jí)為2.4~69KV，其中ISC / I1 為公共連接點(diǎn)(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(wǎng)須保證電壓波形質(zhì)量的諧波電壓限值，不僅適用于三相系統(tǒng)，也適用于單相系統(tǒng)，其中Vh / V1為第h次諧波電壓與基波電壓之比?，F(xiàn)將表6、表7中有關(guān)定義說(shuō)明如下。

(1)PCC畸變電壓Vh 取決于交流電源內(nèi)阻抗j LS和注入的諧波電流值，對(duì)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(wǎng)的第h次諧波電流有效值。

(2)ISC是電源提供給故障點(diǎn)的短路電流有效值，當(dāng)PCC三相短路時(shí)：

式中VS 是電源相電壓有效值。ISC越大說(shuō)明PCC交流系統(tǒng)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(guó)有關(guān)公用電網(wǎng)諧波電壓限值的規(guī)定， HRVh表示各次諧波電壓含有率，有下列關(guān)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(jié)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(diǎn)對(duì)于診斷電氣產(chǎn)品EMI是否達(dá)標(biāo)很有益處。THDV為電壓總諧波畸變率定義為：