控制機柜的CE101 結果分析與整改

周劍，朱宜生，高剛

（1.中國船舶重工集團公司第七二三研究所，揚州 225001；2.中國船舶工業電工電子設備環境與可靠性試驗檢測中心，揚州 225001）

引言

得益于電力電子技術的飛速發展，各類電子設備被廣泛應用于家居、交通，工業、軍事等領域[1，2]。一方面，這些電子設備極大地促進了家居生活的智能化，工業生產力的提高和軍事科技的進步；另一方面，這些電子設備也造成了局部電磁環境的復雜化，甚至間接影響到了周圍其它電子設備的正常工作[3]。于是人們越來越重視對于電磁兼容技術的研究與應用。

電磁兼容是指設備（系統、分系統）在共同的電磁環境中能一起執行各自功能的共存狀態，即該設備不會由于受到處于同一電磁環境中其他設備的電磁發射導致或遭受不容許的降級；它也不會使同一電磁環境中其它設備（系統、分系統）因受其電磁發射而導致或遭受不容許的降級[4]。為了使設備滿足電磁兼容性要求，各行各業都制定了相應的電磁兼容標準。在軍事領域，最常用的電磁兼容標準是GJB 151A-1997《軍用設備和分系統電磁發射和敏感度要求》和與其配套使用的GJB 152A-1997《軍用設備和分系統電磁發射和敏感度測量》，以及在它們基礎上修改完善后制定的GJB 151B-2013《軍用設備和分系統電磁發射和敏感度要求與測量》（以下簡稱“GJB 151B”）。這些標準里規定了各軍種不同設備的測試項目、測試限值和測試方法。

1 CE101 簡介

CE 101，即25 Hz～10 kHz 電源線傳導發射，是GJB 151B 中最常用的考核項之一。該項目適用于水面艦船、潛艇、陸軍飛機（包括機場維護工作區）和海軍飛機上的電源線，包括電源回線，這些電源線由受試設備（以下簡稱“EUT”）以外的外部電源供電[5]。

雖然水面艦船不接地，但是在水面艦船上，所有的用電負載都有對地電容，所以這些用電負載實際上都存在著虛擬交流地。這些虛擬交流地的不平衡會導致船體上有交流電流流過，從而影響艦船上電子設備的正常工作[6]。所以CE101 考核的目的就是通過限制電源線上諧波來控制這些交流電流的大小，使其在可接受的范圍之內[7,8]。

GJB 151B 中規定的CE101 測試配置圖如圖1 所示。

圖1 CE101 測試配置

2 EUT 及測試配置

本次測試的EUT 為一臺控制機柜，供電情況為一路220 V/50 Hz，如圖2 所示。

圖2 EUT 照片

表1 測試主要儀器信息

本次測試的地點為中國船舶重工集團公司第七二三研究所電磁兼容暗室。測試時實驗室的溫度24 ℃，濕度為59 %RH，符合標準所要求的環境條件。測試所用儀器名稱、型號及校準有限期如表1 所示。自動測試軟件信息如表2 所示。

表2 自動測試軟件信息

3 測試結果分析

3.1 測試結果

按照GJB 151B 規定的測試步驟，對EUT 進行了CE101 測試，測試結果如圖3 和圖4 所示。

3.2 結果分析

圖3 和圖4 為GJB 151B 中規定的水面艦船（50 Hz，輸入功率＜1 kVA）的限值曲線和測試結果曲線關系圖。當測試結果曲線全部位于限值曲線下方時，測試結果為合格，否則為不合格。由圖3 和圖4 可以看出，該EUT在的三次諧波、七次諧波等多個頻點處超標，最大超標點在850 Hz 處，最大超標量為13.31 dBμA。

一般來說，理想的交流電源都是標準的正弦波形，但由于機柜中存在變壓器、開關電源等非線性用電設備，就會導致電源波形失真。將失真的電壓波形進行傅里葉變換，就會出現三次諧波、五次諧波等及更高次的諧波。

圖3 CE101 L 線測試結果

圖4 CE101 N 線測試結果

4 整改措施及結果

4.1 整改措施

如果對這些噪聲電流不加以限制，任其以傳導耦合的方式進入平臺電源網絡，就會對平臺電源質量造成影響，進而影響連接在平臺電源上的其他設備的正常工作。從以上測試結果可以看出，需要對電源線上的三次諧波和七次諧波進行抑制。在電源線上串聯EMI 濾波器是進行諧波抑制的有效手段[9]。但是電力電子裝備的EMI 濾波器的設計過程與信號處理中用的濾波器不同，后者是按阻抗完全匹配狀態來設計的，濾波效果可以得到很好的保證；而前者卻很難做到這一點，因為EMI 濾波器的噪聲輸入阻抗與負載阻抗是任意的，它們不可能滿足阻抗匹配條件。此外，EMI 濾波器的設計對所選用的串聯電感和并聯電容的大小還有嚴格的限制。因為串聯電感越大，其上的壓降也會越大；如果并聯電容選得太大，接地漏電流就會越大，容易造成觸電事故。所以EMI 濾波器的選型及設計特別依賴工程師的經驗積累[10]。針對該EUT 的CE101 超標情況，經過反復調整和試驗，最終設計出了如圖5 所示的LC 濾波器。

圖5 濾波器設計圖

4.2 整改結果

將濾波器串聯在EUT 的電源線上，并保證濾波器的良好接地，再次對該EUT 進行CE101 項目測試，在完全相同的測試環境下，測試結果如圖6 和圖7 所示。

從圖6 和圖7 可以看出，EUT 電源線串聯本文設計的EMI 濾波器之后，三次諧波和七次諧波被成功抑制到了限值以下，更高頻率的超標點也取得了理想的抑制效果。這是因為濾波器濾除了大部分噪聲電流，使其無法進入電源網絡。本次整改達到了預期效果。

5 總結

本文針對控制機柜的CE101 測試結果，進行了超標情況分析，并針對超標情況設計了濾波器。EUT 安裝濾波器之后重新進行了CE101 測試，發現測試超標的諧波得到了有效抑制，測試結果符合GJB 151B 的要求。但是，實際測試曲線進和標準限值之間的裕度較小，所以本項目還有繼續深入研究的價值和改進的空間。