矿用变频器电磁干扰的测试

摘 要

本文在日常检测的基础上，结合矿用变频器的干扰机理及测试标准，针对矿用变频器电磁干扰测试技术中应采取的方法、测试设备、测试前的准备工作、测试过程中的程序要求以及测试中的技巧等方面进行了分析与总结。

【关键词】矿用变频器 干扰 测试

随着矿用变频器在煤矿井下的应用越来越广泛，对其它设备的电磁干扰越来越严重，使得矿用变频器电磁干扰的测试越来越严格。下文将在矿用变频器电磁干扰的测试依据标准GB12668.3-2003的基础上，结合实际情况，从矿用变频器电磁传导和辐射干扰两个方面的测试方法、设备、场地、准备及过程、注意事项等方面进行分析和总结，以此作为相关试验人员或试验厂家的参考。

1 矿用防爆变频器的干扰机理

目前矿用变频器基本结构除了通用变频器的主电路系统（由整流器、直流中间电路和逆变器组成）还包括隔爆壳体和散热系统。因此其整流、逆变电路中的脉冲、振荡、继电器、数字开关电路和散热器等由于高载波频率及场控开关器件的高速切换（dv/dt可达1KV/μs以上）产生的电磁波通过电源网络端或防爆外壳都有缝隙或孔洞向外传播，造成变频器对其它设备的辐射干扰。

2 矿用变频器传导干扰的测试

2.1 测试方法的选择

目前电磁传导干扰测试方法主要有电源阻抗稳定网络法和电流探头法两种。电源阻抗稳定网络法即LISN法，主要利用LISN测试被测件沿电源线向电网发射的干扰电压，测试频率为10kHz～30MHz。测试直接通过LISN的监视测试端进行，此端口通过电容耦合的形式，将电源线上被测设备产生的干扰电压引出并传递给测试接收机接收，并通过LISN的转换系数将接收到的电压转换为电源线上的实际电压，得到不同频率上干扰电压的幅度，测试连续干扰电压。

电流探头法测试所用传感器为电流探头，主要测试被测件沿电源线向电网发射的连续波干扰电流，测试频率为25Hz～10kHz。测试时，电流探头输出端接到测试接收机的输入端，通过电流探头转换系数将接收到的电压转换为电流，即可得到不同频率上干扰电流的幅度值，同时为将电网与被测件隔开，使测试到的干扰电流仅为被测物发射的，不会混入来自电网的干扰。需在电网与EUT之间插入一个LISN。

为节约资源，矿用变频器电磁传导干扰测试一般采用电源阻抗稳定网络法测试频带为150kHz～30MHz。利用LISN测试连续波传导干扰应特别注意过载问题，被测设备因开关或瞬时断电会引起瞬态尖峰，其幅度远远超过接收机的测试范围，很容易损坏接收设备，因此需要在接收设备前端（输入端）加衰减器（一般是20dB），并且保证在EUT通电、调试好后再接上测试设备，测试示意图见图1。

2.2 测试设备要求

矿用变频器的传导干扰测试试验仪器主要包括人工电源网络和带有准峰值检波和平均值检波的干扰接收本机。其对设备仪器的最低要求为：

（1）带有准峰值和平均值检波器的EMI接收机应符合GB 6113的规定，对频率为10kHz到1GHz及以上范围内的噪声有足够的灵敏度。

（2）在150kHz～30MHz频段内，在试验场内使用人工电源网络电源端传导骚扰电压测试时，应接有阻抗为50Ω/50μH的人工电源网络，受试设备电源端传导干扰电压限值满足GB12668.3-2003。

（3）使用优质的同轴电缆。在平时的测试中，我们经常会碰到这样的一些情况，由于中等质量的、破旧的电缆和同轴连接器的问题，往往要花费很多时间和精力去寻找引起奇怪的结果、不可重复的实验数据和其他小故障。优质的、分布稠密的电缆金属网和良好的、放泄漏的，与外壳、电缆层接触良好的同轴连接器街头对取得可靠的实验结果是很重要的。一般双屏蔽层同轴电缆比单屏蔽层电缆有更好的抗干扰能力，可以使测试免受其他设备的辐射干扰。

2.3 测试场地

为保证矿用变频器测试结果的准确性和可靠性，其电磁干扰测试对环境有较高的需求。目前电磁干扰的测试场地可分为电波暗室和室外开放测试场地等。

由于电波暗室指建造成本、难度均相当高，且吸波材料低频特性导致的较高测试误差，目前采用电波暗室场地进行矿用变频器的干扰测试不多。而开阔测试场主要指周围空旷，无反射物体，地面为平坦而导电率均匀的金属接地表面；由于现在无线电波干扰比较严重，达到开阔场地要求特别难。综合目前煤矿行业的测试条件及电磁兼容测试标准要求，进行矿用变频器电磁干扰测试的场地很难达到标准要求，根据一些实际测试经验，一般测试场地的选择满足以下条件也可进行模糊测试。

（1）测试地点为一个无射频的环境，不能靠近（距离最少为3m）强噪声源，像荧光灯管、空调压缩机、电梯、电源变压器、焊接设备或机械加工工具等，避免较高楼层或接近窗户的地方，比较好的地点为底层或地下室及建筑物的内部。

（2）其电源线应该是无噪声的，待测矿用变频器和测试仪器应使用无噪声的不会耦合其它潜在噪声的交流电源线。较好的预防措施是在被测变频器的电源线进线断安装隔离变压器和防电磁干扰的滤波器以便将待测矿用变频器从射频场和传导EMI的环境中隔离出来。

（3）测试场地应该包括一个测试接地板。因为不论是那种系统结构，都必须将待测矿用变频器，包括所用的电缆和EMC仪器接地一起安装在这个接地板上，用它代替有噪声的、不确定的、为连接参考地的交流电源墙座。接地板可以是任何一种有铝、铜或电镀钢铁等制成的固体金属板，厚度要求不是很重要。

2.4 测试准备及过程

对矿用变频器进行测试时应检查测试场地、测试仪器是否满足以上要求，检查环境噪声情况。一般环境电磁噪音必须低于一定限制，如果不满足条件须在电源入口进行噪音滤除。因此，一般测试之前还需对矿用变频器的电源端做以下准备工作：

（1）选择针对现场要求比较苛刻的环境而设计的专用电源滤波器，把背景噪音产生的干扰抑制到限值15dB以下，满足测试要求。

（2）测试现场保证良好的公共接地。为保持接地电阻始终在1Ω以内，铜排应埋一定深度，老的办法是周围放木炭、食盐，并保持土壤的温度，比较新的办法是在土壤中加降阻剂，但成本要高些。

（3）现场设备布置要求如被测设备的输入输出的电缆要求屏蔽，分开走线。

综上，矿用变频器传导干扰测试的试验程序是：①测试现场的背景噪音；②测试待机状态的传导干扰；③测试被测设备运动时的传导骚扰；④测试被测设备最大功率时的每一相线传导干扰。

2.5 测试注意

对于矿用变频器来说，测试过程中应注意以下情况：

（1）人工电源网络所体现的实际阻抗是取决于被试设备与人工电源网络的连接情况，为了避免出现试验过程中的阻抗不稳定，两者之间的连接必须牢靠。

（2）为了保证测试结果有重复性和可比性，被试设备至少要预热足够长的时间，要让被试品的工作状态达到稳定。

（3）试验过程中，一般先用峰值测试法对整个试验频段进行扫描，如果峰值测试己经低于准峰值和平均值测试限值，则相应频段的准峰值和平均值检波测试可以不做，被试设备即已通过传导干扰试验。这是因为在三种检波测试中，峰值检波的测试速度最快（在测试频率范围内，所花的测试时间为最少），而得到的测试值总是最高，因此当峰值检波的测试值已经低于标准所规定的准峰值和平均值限值时，被试设备自当通过所有试验，而不存任何疑虑。只有峰值测试低于准峰值和平均值限值的部分，才要补做准峰值和平均值的测试。这一试验方法对于提高试验效率十分有效。

3 矿用变频器辐射干扰测试

3.1 测试方法

辐射发射干扰测试主要有天线测试法和近场探头测试法。

天线测试法采用磁场接收天线接收被测设备及其电缆的磁场发射，测试频段为25Hz～100kHz。近场探头测试法主要是近距离探测被测设备的电磁场辐射发射，如在机箱表面探测有电磁泄漏的缝隙，在电路板表面探查电磁辐射大的元器件，通过不同部位接收值大小的变化，可以判别电磁辐射或泄漏的位置，此方法多用于诊断测试。因此矿用变频器辐射干扰测试选择的测试方法主要是天线测试法。将接收天线平行或垂直于EUT侧面、上面、后面，移动接收环，记录接收机指示的最大值，并给出所测频点和磁场强度的测试曲线，具体见图2。

3.2 测试设备设备、场地、准备及程序

辐射干扰测试所需的测试设备测试场地和测试准备与传导干扰的测试场地及测试准备一样，只是要注意其天线的频段主要为30 MHz～1GHz，应使用CISPR16-1规定的天线，并在水平及垂直极化方向上进行测试，天线的最低点距地面不应小于0.2m。

其辐射干扰的测试程序为：① 测试现场的背景噪音；② 测试待机状态的噪音；③ 测试各种运动时的噪音向；④ 天线垂直极化方向上各个测试点在最大功率时的EUT辐射骚扰；⑤ 天线水平极化方向上各个测试点在最大功率时的EUT辐射骚扰。

3.3 测试注意

在辐射干扰测试中，被测试设备在转动的同时，接收天线在地面上1m～4m范围内升降寻找辐射干扰的最大值。天线水平极化和垂直极化都要测试。影响辐射干扰最大值的因素有被测设备的方位、天线的高度及测试波段。以一定的步长连续改变这三个因素的大小进行测试，将花费很长时间。为此需寻找快速的辐射干扰测试方法。一般可以将被测设备有窗口的地方对准接收电线，或者把EUT 辐射干扰源对准接收天线，这时测得辐射干扰一般比较大。实际测试根据经验来决定主要测试的方位，这样可以加快测试速度，并迅速测得辐射干扰的最大值。在低频段，天线高度的变化对场强大小影响不是很大。但是在高频段，天线高度变化一个步长引起场强的很大变化，天线高度的变化使场强在最大值和最小值之间变化，形成波浪图形。因此在测试的时候，低频段时，天线高度的步长可以设置的大一点，高频段时，步长设置的小一点，寻找在特定频率、天线高度下场强的最大值，这样可以加快测试的速度节省测试的时间，同时也能保证测试的准确性。

4 结论

矿用变频器电磁干扰的测试必须依据相关的电磁兼容标准和规范给出的测试方法进行，并以标准规定的极限值作为判据。由于电磁干扰测试是个复杂过程，而且与测试者经验和测试技术有关。本文探讨的矿用变频器的电磁传导和辐射干扰的测试依据基础为相应的电磁干扰标准要求及实际经验，也许有一定没有详尽部分，请同行多多指正。

作者单位

中煤科工集团重庆研究院有限公司 重庆市 400037