煤礦用產(chǎn)品電磁兼容測試技術(shù)研究

王喜順

【摘 ?要】在日常試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合采礦變頻器的干擾機(jī)理和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，分析和總結(jié)了礦用逆變器電磁干擾試驗(yàn)技術(shù)的試驗(yàn)方法，試驗(yàn)設(shè)備，試驗(yàn)前準(zhǔn)備，試驗(yàn)程序和測試技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】煤礦用產(chǎn)品;電磁兼容;測試技術(shù)

1、前言

隨著變頻器在煤礦中的使用越來越多，對其他設(shè)備的電磁干擾也越來越嚴(yán)重，使變頻器的電磁干擾試驗(yàn)越來越嚴(yán)格。本文根據(jù) GB12668.3-2003《礦用變頻器電磁干擾測試》標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，提出了礦用變頻器電磁驅(qū)動和輻射干擾的試驗(yàn)方法，設(shè)備，現(xiàn)場，準(zhǔn)備，工藝和注意事項(xiàng)，提出了采礦變頻器電磁干擾試驗(yàn)中應(yīng)注意的問題，并把這些作為試驗(yàn)員或制造商的參考摘要。

2、礦用防爆變頻器的干擾機(jī)理

目前，除了普通逆變器主電路系統(tǒng)（由整流器、直流中間電路和變頻器組成）之外，礦井變頻器的基本結(jié)構(gòu)還包括防爆外殼和冷卻系統(tǒng)。由于其整流逆變器電路的脈沖、振動、繼電器、數(shù)字開關(guān)電路和散熱器具有更高的載波頻率，高速開關(guān)現(xiàn)場控制開關(guān)裝置（dV/ dt可以大于1 kV/μ s）通過網(wǎng)絡(luò)提供電磁波。當(dāng)存在防爆外殼時，存在間隙或空穴擴(kuò)散，造成的逆變器干擾來自其它設(shè)備的輻射。

3、用于干擾測試的礦用變頻器

3.1試驗(yàn)方法的選擇

目前，測量電磁干擾有兩種主要方法：LISN法是測試側(cè)的測試由 LISN直接監(jiān)控，被測器件產(chǎn)生的干擾電壓通過電容耦合端口輸出到測試接收器，在電力線上測試器件的實(shí)際電壓的接收電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)被 LISN轉(zhuǎn)換。電流探頭法中所使用的傳感器測試頻率一般在 25Hz～10kHz范圍內(nèi)，在對被測試裝備進(jìn)行測試的過程中會沿著電網(wǎng)發(fā)出連續(xù)波干擾電流，并且在測試電流傳感器的輸出時應(yīng)該采用 LISN測試的方式，但需要注意避免出現(xiàn)過載問題。

被測設(shè)備的瞬時功率開關(guān)或瞬時峰值幅度遠(yuǎn)大于接收器的測試范圍，這很容易損壞接收設(shè)備。因此需要在接收器的前端（輸入端）加上衰減器（通常為20分貝），并確保被測設(shè)備通電、調(diào)試然后連接到測試設(shè)備。

3.2測試設(shè)備要求

一種礦用變頻器的導(dǎo)電干擾測試儀，主要包括具有準(zhǔn)峰值檢測和平均檢測的人工電網(wǎng)和干擾接收機(jī)。設(shè)備和儀器的最低要求是：

3.2.1具有準(zhǔn)峰值和平均值探測器的EMI接收機(jī)應(yīng)符合GB6113的要求，并且對10 kHz至1 GHz頻率范圍內(nèi)的噪聲敏感。

3.2.2在150 kHz至30 MHz的頻率范圍內(nèi)，在測試現(xiàn)場測試人工電網(wǎng)供電端子的導(dǎo)電干擾電壓時，應(yīng)連接阻抗為50Ω/50 uh的人工電源網(wǎng)絡(luò)。

3.2.3使用優(yōu)質(zhì)同軸電纜。在正常測試中，我們經(jīng)常遇到這樣的情況，由于介質(zhì)質(zhì)量問題，包括電纜和連接器，經(jīng)常需要大量的時間和能量來尋找引起奇怪的結(jié)果、不高的質(zhì)量、密集分布的電纜金屬網(wǎng)和良好的泄漏釋放的同軸連接器，與外殼和電纜層的良好接觸對于獲得可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是非常重要的。

3.3試驗(yàn)地點(diǎn)

電磁干擾測試需要對周圍環(huán)境具有極高的要求，這樣才能確保礦用變頻器測試結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性。目前，電磁干擾測試現(xiàn)場可分為消聲室和戶外測試場所。由于電波暗室的造價(jià)和難度大，吸收材料低頻特性引起的測量誤差高，目前使用消聲室現(xiàn)場的礦井變頻器干擾試驗(yàn)很少。開放測試場主要是指具有平坦且均勻的導(dǎo)電性的金屬接地表面，其被空曠的、非反射的物體所包圍。由于嚴(yán)重的無線電干擾，特別難以滿足開放測試領(lǐng)域的要求。根據(jù)EMC煤礦行業(yè)的測試標(biāo)準(zhǔn)，測試礦井變頻器的標(biāo)準(zhǔn)和要求相對較高，很難滿足其要求，在實(shí)際測試經(jīng)驗(yàn)和測試條件支持作用之下，模糊測試點(diǎn)的選擇難度將會進(jìn)一步降低，一般測試點(diǎn)就能夠滿足測試條件。

3.3.1試驗(yàn)地點(diǎn)為非 RF環(huán)境，需要和類似于熒光燈管、電梯、電力變壓器、焊接設(shè)備、機(jī)械加工工具或空調(diào)壓縮機(jī)等強(qiáng)噪音聲源之間保持至少三米遠(yuǎn)的距離，在選擇試驗(yàn)地點(diǎn)過程中，應(yīng)當(dāng)避免選擇樓層較高的位置或者是接近窗戶的位置，優(yōu)先選擇底層、地下室、建筑物內(nèi)部等位置。

3.3.2電源線應(yīng)無噪音。更好的預(yù)防措施是在測試轉(zhuǎn)換器的電源線上安裝隔離變壓器和抗EMI濾波器，以便將礦井轉(zhuǎn)換器與射頻場和EMI傳輸?shù)沫h(huán)境隔離。

3.3.3試驗(yàn)部位應(yīng)包括試驗(yàn)接地板。由于任何系統(tǒng)配置的待測試的礦用變頻器（包括電纜和EMC儀器）必須在地平面上接地。為了更換噪聲，接地板可以是由鋁，銅或鍍鋅鋼制成的任何實(shí)心金屬板，并且厚度要求不重要。

3.4在測試礦用變頻器時的試驗(yàn)準(zhǔn)備和過程

檢查測試現(xiàn)場和測試設(shè)備是否符合上述要求并檢查環(huán)境噪聲。一般環(huán)境電磁噪聲必須在一定范圍內(nèi)。如果不符合要求，可以在電源入口安裝噪音過濾器。因此，在一般測試前，井下驅(qū)動電源終端應(yīng)做好以下準(zhǔn)備工作：

3.4.1選擇專用電源濾波器，用于要求現(xiàn)場應(yīng)用，抑制背景噪聲在15分貝以下產(chǎn)生的干擾，以滿足測試要求。

3.4.2確保試驗(yàn)場的接地良好。銅線需要深埋，這樣才能保持接地電阻在1Ω以內(nèi)。舊方法是被木炭和鹽包圍，土壤溫度保持不變。一種相對較新的方法是在土壤中添加減阻劑，但成本較高。

3.4.3現(xiàn)場設(shè)備布局要求：如果被測試設(shè)備的輸入和輸出電纜是屏蔽的，它們應(yīng)分開布線。

綜上所述，礦用變頻器傳導(dǎo)干擾試驗(yàn)的測試程序分為四個步驟：（1）現(xiàn)場背景噪聲的測試;（2）待機(jī)狀態(tài)傳導(dǎo)干擾的測試;（3）設(shè)備運(yùn)動傳導(dǎo)干擾的測試;（4）在各相線傳導(dǎo)干擾的最大功率下進(jìn)行測試。

3.5檢測注意：礦用變頻器在測試過程中應(yīng)注意以下條件：

3.5.1人工網(wǎng)絡(luò)反射的實(shí)際阻抗取決于被測設(shè)備與人工網(wǎng)絡(luò)之間的連接。為了避免測試期間的阻抗不穩(wěn)定，兩者之間的連接必須很強(qiáng)。

3.5.2為了確保測試結(jié)果的可重復(fù)性和可比性，測試設(shè)備應(yīng)至少預(yù)熱至足以穩(wěn)定測試產(chǎn)品。

3.5.3在測試期間，通常采用峰值測試方法掃描整個測試頻帶。當(dāng)出現(xiàn)峰值測試低于準(zhǔn)峰值和平均值測試極限時，由于在傳導(dǎo)干擾測試過程中的最快峰值測試總是達(dá)到最高峰值，此時可以避免相應(yīng)頻帶的準(zhǔn)峰值和平均值，被測試設(shè)備必須毫無疑問地通過所有測試。只有在峰值測試低于準(zhǔn)峰值和平均極限時才能進(jìn)行準(zhǔn)峰值和平均測試。該測試方法在提高測試效率方面非常有效。

4、礦用變頻器輻射干擾試驗(yàn)

4.1試驗(yàn)方法

在此次干擾試驗(yàn)中主要存在天線測試和近場探測測試兩種測試方法。其中的天線測試方式的測試頻率范圍在25 Hz至100 kHz內(nèi)，主要利用磁場接收天線，被測試設(shè)備的發(fā)射信號以及電纜磁場的發(fā)射信號都將會被磁場接收天線所接收。而第二種近場探針測試方法在近場電磁輻射發(fā)射檢測的測試中應(yīng)用比較廣泛，例如外殼表面的電磁泄漏裂紋檢測，通過改變不同部件的接收值，檢測電路板表面上的大電磁輻射分量，可以區(qū)分。該方法用于判斷電磁輻射或泄漏位置的診斷測試。因此，天線測試方法是變器輻射干擾測試的主要測試方法。接收環(huán)平行或垂直于被測器件的側(cè)面，上部和后部移動，記錄被測器件指示的最大值，并給出測量頻率點(diǎn)和磁場強(qiáng)度的測試曲線。

4.2試驗(yàn)設(shè)備、設(shè)備、現(xiàn)場、準(zhǔn)備和程序

輻射干擾測試與傳導(dǎo)干擾測試需要的試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)場地是完全一致的，但必須關(guān)注30MHz～1GHz的主天線頻段，CISPR16-1天線應(yīng)在水平和垂直偏振方向上使用和進(jìn)行測試。該點(diǎn)距地面不應(yīng)小于0.2米。輻射干擾的測試程序?yàn)椋海?）測試現(xiàn)場的背景噪聲;（2）待機(jī)噪聲的測試;（3）各種運(yùn)動時噪聲干擾的測試;（4）每個測試點(diǎn)在天線垂直極化方向上，輻射干擾下為最大功率時的測試;（5）在每個測試水平極化方向上，被測器件的輻射干擾在最大功率時的測試。

4.3測試注意事項(xiàng)

在輻射干擾測試中，當(dāng)被測設(shè)備旋轉(zhuǎn)時，接收天線尋找地面1 m至4 m范圍內(nèi)的輻射干擾的最大值，應(yīng)該測試天線的水平和垂直極化。被測設(shè)備的方位角，天線高度和測試頻段這三項(xiàng)是影響最大輻射干擾的因素。在特定的步驟上連續(xù)地改變這三個因素的大小需要較長的測試時間。因此，有必要找到一種快速測量輻射干擾的方法。通常當(dāng)測量的輻射干擾較大時，被測器件可具有與接收線對準(zhǔn)的窗口，或者被測器件的輻射干擾源可與接收天線對準(zhǔn)。實(shí)際測試根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定主要測試方向，這可以加速測試并快速測量最大輻射干擾。在低頻帶中，天線高度的變化對場強(qiáng)的影響很小。然而，在高頻帶中，天線高度的階躍變化引起場強(qiáng)的大的變化，并且天線高度的變化導(dǎo)致場強(qiáng)在最大值和最小值之間變化。所以在測試中，在低頻帶時，天線高度的階梯高度可以被設(shè)定得稍微更大;在高頻帶時，天線高度的階梯高度可以被設(shè)置得稍微小，以便在特定頻率和天線高度處找到最大場強(qiáng)，這加快了測試速度，節(jié)省了測試時間，并保證了測試的準(zhǔn)確性。

5、結(jié)束語

礦用變頻器應(yīng)按照相關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行電磁干擾試驗(yàn)，但應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。電磁干擾（EMI）測試是與測試儀的經(jīng)驗(yàn)和測試技術(shù)相關(guān)的復(fù)雜過程。本文討論的礦用變頻器的電磁傳導(dǎo)和輻射干擾試驗(yàn)是在相應(yīng)的電磁干擾標(biāo)準(zhǔn)要求和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的。

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（作者單位：天津華寧電子有限公司）