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产品认证、电磁兼容测试标准与测试方法（二）
钱振宇
2 产品自身所产生的电磁骚扰的测量方法
在ＧＢ４３４３、ＧＢ４８２４、ＧＢ９２５４和ＧＢ１７７４３（分别对应于家用电器和电动工具、工科医射频设备、信息技术设备、电气照明设备）等产品族标准中都提到了做电磁骚扰发射的测量。尽管产品相差很远，但试验的项目和试验的方法还是有共通的地方，下面分别介绍之（对于ＧＢ１３８３７标准所讲述的声音和广播电视接收设备，以及ＧＢ１４０２３标准所讲述的车辆、机动船和由火花点火发动机驱动的装置，由于情况的特殊性，在测试内容和测试方法上较大差异，不予叙述）。
2.1 交流电源线的传导骚扰测量
（测试频率范围０．１５至３０ＭＨｚ）① 试验布置
·试验在屏蔽室内进行。
·接地平板用厚度0.5mm以上、面积为2m×2m以上的金属板。接地平板与大地要电气连接（或用长宽比小于５：１、厚度为０．５ｍｍ的薄铜条，通过屏蔽室与大地连接）。
·试品与屏蔽室墙壁至少相距800mm。
·试品与人工电源网络之间的距离为800mm；与测量仪器的距离应不小于８００ｍｍ。人工电源网络与接地平板在射频范围内应具有良好的连接。
② 干扰测量仪
干扰测量仪是一台测量动态范围大、灵敏度高的专用测量接收机。由于测量的对象是微弱的连续波信号，或者是幅值很强的脉冲信号，因此要求测量接收机本身的噪声极小，灵敏度很高，检波器的动态范围大，前级过载能力强，而且在整个测量频段内的测量精度能满足±２ｄＢ的要求。干扰测量仪的输入阻抗为５０Ω。
与普通的场强仪不同，场强仪主要用于测量广播、电视的信号场强及工科医射频设备的辐射场强。这些信号都是正弦波的电磁场。
与频谱仪也不同，频谱仪常采用峰值检波，比干扰测量仪有快得多的测量速度。
由于电磁骚扰测量的产品族标准都是从ＣＩＳＰＲ（国际无线电干扰特别委员会）标准转化过来的。其本意都是为了保护通信和广播的畅通，这一切都与人的主观听觉效果有关，所以平均值检波、峰值检波都不足以说明脉冲性质干扰对听觉造成的效果，而必须用到准峰值检波的概念，后者与干扰对听觉造成的效果相一致。
平均值检波：其最大特点是检波器的充放电时间常数相同，特别适用于连续波的测量。
峰值检波：特点是充电的时间常数很小，即使是很窄的脉冲也能很快地充到稳定的峰值。当中频信号消失后，由于电路的放电时间常数很大，检波的输出电压可在很长一段时间内保持在峰值上。
准峰值检波：它的充放电时间常数介于平均值和峰值
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检波之间，检波器的输出既与干扰的幅度有关，又与干扰的重复频率有关。其输出与干扰对听觉造成的效果相一致。
干扰测量仪通常都拥有这三种检波功能。 三种检波方式的比较：
③ 人工电源网络
适用于耦合不对称电压的Ｖ型人工电源网络（单相）例：
人工电源网络又称电源线阻抗稳定网络（ＬＩＳＮ），它能在射频范围内为受试设备端子与参考地之间提供一个稳定的阻抗。与此同时，又将来自电网的无用信号与测量电路隔离开来，仅将受试设备的干扰电压耦合到测量接收机上。上面线路称为５０Ω／５０μＨ的人工电源网络，用于０．１５～３０ＭＨｚ频率范围的骚扰电压测量。
④ 人工模拟手
人工模拟手在前面的交流电源线传导骚扰的试验布置中没有提到，但是为了模拟测量传导骚扰电压过程中试验者握持试品（特别是像测试手持式电动工具）时的人手的影响，需要用到人工模拟手。
人工模拟手由一个２００ｐＦ（±２０％）的电容与一个５００Ω（±１０％）的电阻串联组成。ＲＣ元件的一端与试品上包裹的金属箔联接，另一端接测量系统的地。人工模拟手的ＲＣ元件可以装在人工电源网络的箱子内。
2.2 交流电源线断续骚扰测量
（测试频率范围０．１５至３０ＭＨｚ）①试验布置
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试验在屏蔽室内进行。②测量原理简述
断续骚扰测试又称喀呖声骚扰测试，在家用电器的电磁兼容测试中有此要求。断续骚扰是由机械电子开关瞬时
动作而产生的。
与连续骚扰相比，断续骚扰在收音机及电视机的音频与视频输出端子上所引起的干扰在人们主观感觉上是不同的，因为它是以短脉冲形式出现的。基于这一原因，对断续骚扰的限值可适当放宽。放宽的程度与脉冲的幅度、宽度及频度有关。当频度用喀呖声率Ｎ表示时（Ｎ为一分钟内的喀呖声次数），则喀呖声的限值可在连续骚扰限值上分别增加４４ｄＢ（Ｎ＜０．２），或２０ｌｇ（３０／Ｎ）ｄＢ，或０ｄＢ
（Ｎ＞３０）。情况表明，当一分钟内的喀呖声次数大于３０次时，喀呖声骚扰的限值将与连续骚扰相同；反之，当喀呖声的次数不大于５次时，其限值可放宽４４ｄＢ（放宽至１００倍以上）。
喀呖声骚扰要在规定频率范围内测试１６０ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、１．４ＭＨｚ和３０ＭＨｚ四点，其细节规定不详述，可参阅有关标准。
③ 测试方法Ａ． 示波器观察法
将示波器的Ｙ轴输入端与干扰测量仪的中频输出端用同轴线连接，即可进行断续骚扰测量。但须由人工从示波器屏幕上读出脉冲的幅度、宽度和脉冲的间隔时间（脉冲的频度）。按标准要求，应测试四个规定频点。
示波器法的最大优点是设备简单和价廉。它的缺点是费时、费力，而且测试结果还和人的主观因素有关。
Ｂ． 干扰分析仪测量法
用干扰分析仪代替示波器来进行测量。由仪器自动辨别脉冲的幅度、宽度和频度，排除人为因素，使试验结果
比较客观。
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国外也有专用的干扰分析仪，此时不须利用干扰测量仪的中频输出，而直接接至人工电源网络的测量端子。这种专用的干扰分析仪可一次测试四个规定频点上的喀呖声情况。
2.3 信号线、控制线、直流电源线传导骚扰测量（测试频率范围0.15至30MHz）
① 试验布置
以照明设备的独立式光控装置为例（见ＧＢ１７７４３），试验在屏蔽室里进行。
图中试品（调光器）的左侧部分就是已经介绍过的交流电源线传导骚扰测试的配置。试品右侧及下方的连线分别代表试品到负载（灯泡）及调光控制部分的负载线及控制线。
对负载端子和控制线的传导骚扰电压测试，必须使用电压探头。
② 电压探头
电压探头由一个阻值至少为１．５ｋΩ的电阻和一个在测试频率范围内（０．１５～３０ＭＨｚ）容抗值远小于电阻值的电容串联组成。
使用时，电压探头必须事先校准，以便对试验结果进行修正。
2.4 用吸收钳法测量试品本身的辐射
功率（测试频率范围３０至３００ＭＨｚ）
此方法目前主要用在家用电器和电动工具的辐射骚扰测试上。其前提是试品外形比较小巧，在这种情况下，标准认为试品对外的辐射骚扰主要是通过电源线来进行的。
① 试验布置
·试验在屏蔽室进行。
·被测导线沿水平方向拉成直线，以便吸收钳能沿导线移动，找出测量频点上的最大指示值（在干扰测量仪的读数指示上）。
·最大测值的位置与被测频率的半波长有关，以３０ＭＨｚ为例，半波长为５ｍ，考虑吸收钳及稳定线路阻抗用滤波装置的长度，该导线至少要７ｍ长。
·随测试频率改变，要不断改变吸收钳的位置，以便始终保持干扰测量仪上的读数为最大。
·试品的辐射功率为
Ｐ０（ｄＢｐＷ）＝Ｖ（ｄＢμＶ）＋α
式中：Ｖ为干扰测量仪的读数（电压），ｄＢμＶ；α为吸收钳的校正系数，ｄＢ。
·此法简便易行，对环境要求不高，有较好的重复性和可比性。
② 功率吸收钳
吸收钳由宽带射频电流变换器；宽带射频功率吸收体和试品引线阻抗稳定器；及吸收套筒（铁氧体，吸收同轴电缆表面的射频电流）等三部分组成。吸收钳对试品导线呈现的阻抗为１００～２００Ω；吸收钳的输出阻抗为５０Ω；在测定频率范围上相对输入信号源无明显谐振；对来自电网的干扰提供足够衰减；当试品有电流流过时，吸收钳磁路。
2.5 辐射骚扰的场强测量（测试频率范围30至1000MHz）
① 试验布置
试验在开阔场或半电波暗室中进行。场地应平坦，无
架空线，附近无反射物。场地要足够大，以便在规定距离
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内安放天线和试品，并使天线、试品与反射物之间有足够间隔。
由于地面的反射，故接收天线是处在直射波和反射波构成的复合场中，复合场的大小与辐射功率、测量距离、骚扰源离地面的高度ｈ１、接收天线离地面的高度ｈ２、所测频率的波长、辐射波的极化、骚扰源的辐射方向性有关。为了获得最大的复合场强，必须调节接收天线的高度。当测量距离在等于或小于１０ｍ时，天线高度在１～４ｍ间变化；在３０ｍ及以下时，天线高度在２～６ｍ间变化。通常不采用小于３ｍ和大于３０ｍ的测量距离。另外，骚扰源的最大辐射方向是未知的，在测量中通过旋转试品来获得最大场强。对电磁波传播中的极化现象，测试中通过旋转天线（只取水平及垂直两个极化方向）来获得最大场强。
被测场强（ｄＢ）
Ｅ＝Ｕ＋Ｆ＋Ｌ
式中：Ｕ，测量仪读数，ｄＢ； Ｆ，天线系数，ｄＢ；② 天线
标准规定３０～８０ＭＨｚ频段用等于８０ＭＨｚ谐振长度的天线；８０～１０００ＭＨｚ频段用等于测量频率的谐振长度的天线。另外，要用适当的变换装置使天线与馈线匹配；用平衡／不平衡变换器实现与干扰测量仪的连接。
如果测量结果与平衡偶极子天线相差在±２ｄＢ以内，也可用其它的天线。
③ 转台
试品转台与接地平板处在同一平面，台面为金属平面，且与接地平板有良好的电气连接。当试品为非落地设备时，则要放在离转台高度为０．８ｍ的非金属台子上。
2.6 辐射骚扰的磁场分量的测量
（测试频率范围９ｋＨｚ至３０ＭＨｚ）
辐射骚扰的磁场分量测量目前只见于照明设备的电磁兼容测试中（ＧＢ１７７４３）。
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① 试验布置
试验在屏蔽室内进行。
辐射骚扰的磁场分量是通过磁场感应电流来测量的。大环天线提供了一个电流探头。电流探头、同轴开关和干扰测量仪之间用同轴电缆连接。同轴电缆上套铁氧体磁环，吸收同轴电缆表面的射频电流。大环天线的外径与邻近物体（如地板和墙壁等）间的距离至少为０．５ｍ。测量的重复性应当在±２ｄＢ以内。
② 大环天线
用大环天线通过测量磁场感应电流的方法来测量试品所产生的辐射骚扰的磁场分量，是ＣＩＳＰＲ标准中较新的一种试验方法，有灵敏度较高，周围干扰对测试结果影响较小，测试结果的重复性和可比性都比较好的特点。
3 产品工作时在电网中产生的谐波电流的测量
3.1 谐波电流的产生
所有非线性负载都能产生谐波电流，尤其是开关电源、电子镇流器、调速装置、不间断电源和铁磁性设备
等。下图是开关电源例。
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3.2 谐波电流的危害
谐波电流在低压电网上可能引发的常见问题有：① 电压畸变
谐波电流在供电线路的阻抗上产生的压降将引起线路端子电压的畸变，特别是当线路阻抗含有电抗成分时，电压畸变将加剧。
畸变了的供电电压将可能使对谐波敏感的设备产生误动作；谐波电压将直接影响电视的图像质量。
解决的办法是敏感设备不能与产生谐波电流的设备共处在一条供电线路中，尤其不能处在谐波电流发生设备的后面，而应当在电源入口处并联供电。
② 过零噪声
有不少设备要求在电源电压过零时接通设备，以便不产
生瞬变过电压，从而减少电磁干扰和对半导体器件的冲击。
当线路上含有高次谐波或瞬变过电压时，使电压过零处的变化率很高，甚至在半个周波里出现多个过零点，从而导致过零设备的误动作。
③ 中线过热
在三相星形接法的电路中，每相间的相位差为１２０°，当三相平衡时，中线的合成电流为零，即中线无电流通过。即使三相不平衡时，也只有不平衡电流进入中线。因此，中线的安装截面常比相线减少一半。
但当线路中含有谐波电流时，特别是三次谐波的奇数倍，它们在中线上却是相加的。英国有则报导，相电流为１００安培时，中线电流竟达到１５０安培，亦即中线的电流密度是相线的３倍。因此有人建议中线的截面应当加粗到相线的１倍。
中线的过电流会造成中线过热和中线压降的增加。④ 对变压器和感应电动机的影响
谐波电流要在变压器的绕组和铁芯上产生损耗。对感应电动机来说，除了增大电动机的损耗外，谐波还会使感应电动机的转矩发生变化：
谐波次数／相序：
１／＋；２／－；３／０；４／＋；５／－；６／０；７／＋；８／－；９／０；１０／＋；１１／－；１２／０；……
０序不产生附加转矩；＋序产生正向旋转磁场，使转矩加大；－序产生负向旋转磁场，使转矩减小。
＋序和－序分量的共同作用可使电动机产生振动而降低电动机的使用寿命。为此，必要时应降低电动机的额定功
率来保证电动机的使用寿命。
⑤ 断路器的误动作
剩余电流断路器（俗称漏电断路器）是根据测量相线和中线的电流之和来动作的，如果电流之和大于额定限值，断路器就将切断电源。当有谐波出现时，漏电断路器就不能准确检测到高频分量之和，从而造成误动作（通常是实际值比测量值来得大，结果是断路器该动作时不动作）。
⑥ 使校正功率因数的电容器过载
校正功率因数的电容器是用产生相位超前的电流来抵消感应电动机等感性负载所产生的相位滞后的电流。由于电容器对谐波电流呈现比较低的阻抗，使谐波电流有增加趋势，导致电容器过载。
⑦ 集肤效应
2008.03
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集肤效应在电网频率下的影响很小而被忽略，但在７次以上谐波时将使集肤效应趋于显著，产生附加损耗而过热。必要时应采用多芯电缆来克服这个问题。
3.3 GB17625.1标准简介
电气和电子产品在用电过程中对电网造成的污染问题在中国的强制性产品认证中受到了重视，在包括照明电器、电动工具、家用和类似用途设备、音视频设备、音视频设备—卫星电视广播接收机和信息技术设备的几大类有电磁兼容测试要求的产品中都有谐波电流限制的项目。
有关谐波电流限值和测量的国家标准见ＧＢ１７６２５．１《低压电气与电子设备发出的谐波电流限值（设备每相输入电流≤１６Ａ）》（该标准等同于国际标准ＩＥＣ６１０００－３－２）。
① 谐波电流的测量基础
谐波电流的测量基础是：任何周期性的非正弦波形都可以用富里叶级数表示。亦即，对任何周期性的非正弦波形的测量都可以用各次谐波的幅值和它们的相角测量来代替。
② 标准要点简述
根据用电设备的不同，ＧＢ１７６２５．１标准把它们分成四个类型：
Ａ类是三相平衡设备；家用电器（不包括列入Ｄ类的设备）；电动工具（不包括便携式工具）；白炽灯调光器；以及音频设备。
Ｂ类是便携式工具；以及非专用的电弧焊接设备。Ｃ类是照明设备（包括灯和灯具；主要功能是照明的多功能设备中的照明部分；放电灯的独立式镇流器和白炽灯的独立式变压器；紫外线或红外线的辐射装置；广告标识的照明；以及除白炽灯外的灯光调节器）。
Ｄ类是功率小于６００Ｗ的个人计算机；计算机显示器；以及电视接收机。
标准对归在不同类别中的设备提出了不同的谐波电流限值，这里不一一列出，可参见标准所述。但限值中对Ｃ类设备的要求最严，这与灯具设备使用的普遍性不无关系。
③ 测量线路
测量设备可采用频域谐波分析仪，也可采用时域谐波分析仪，但从世界范围说，目前采用离散富里叶变唤的时域分析仪器已成为基准的测量设备。
单相设备的谐波电流测量线路见下图。
·
其中试验电源的试验电压为试品的额定电压。试验电压的变化范围应保持在额定电压的±２％以内；频率变化要保持在额定频率的±０．５％以内。对三相试验电源，还有一个相位精度问题，要求相间的相位精度在１２０°±１．５°以内。
试验电源的电压谐波含量不应超过以下各值：３次谐波为０．９％；５次谐波为０．４％；７次谐波为０．３％；９次谐波为０．２％；２～１０次中的偶次谐波为０．２％；１１～４０次谐波为０．１％。
试验电源在过零后的８７°至９３°内达到峰值，峰值电压应为有效值的１．４～１．４２倍。
应避免试验电源内的电感与受试设备中的电容间发生谐振。
此外，还要注意试验电源的内阻抗和测量设备的输入阻抗要足够小，不能由于它们的存在而明显影响试品的谐波电流。
总之，对整个试验线路来说，要求试验电源的输出电压要稳；输出电压的波形要纯；要有稳频功能；还要有足够的峰值电流输出能力。以及整个试验线路的内阻要小。
试验中，谐波电流的限值数据适用于对线电流的测量。但对单相试品，也允许用对中线电流的测试来代替线电流的测试。
④ 对标准的评述
·标准之所以要求用高品质的试验电源来代替市电电源，是为了排除市电电源本身可能存在的谐波电压和电流的影响。
·标准之所以选择谐波电流，而不是选择人们相对熟悉的电源端子的谐波电压测试，是考虑了各地各处的电网阻抗都不相同，即使是同样的谐波电流，在不同阻抗上产生的电压降也各不相同，很难用它来评价电气设备对电网供电质量的影响。反之，设备的阻抗通常都比电网阻抗大得多，因此在不同的电网中由设备引起的基波电流和谐波电流却差不多。这就是说用谐波电流比用电源端子上的谐波电压更能客
观和准确地评价设备对电网供电质量的影响。