/ 上海市計量測試技術(shù)研究院

0 引言

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的電磁兼容性受重視程度逐漸提高。工頻磁場抗擾度試驗是電磁兼容試驗中重要的組成部分，工頻磁場線圈在工頻磁場抗擾度試驗時經(jīng)常用到的，是主要使用的設(shè)備。工頻磁場線圈校準的準確度直接關(guān)系到試驗結(jié)果的準確程度。但是，關(guān)于工頻磁場線圈參數(shù)的校準僅在GB/T 17626.8-2006《電磁兼容 試驗和測量技術(shù) 工頻磁場抗擾度試驗》附錄中提到，并沒有相關(guān)國家計量法規(guī)。由于對工頻磁場線圈的校準沒有統(tǒng)一的方法，各個計量機構(gòu)所校準的參數(shù)大多不完善。本文通過對工頻磁場線圈工作原理的研究，給出標準線圈和非標準線圈參數(shù)的校準方法以及校準裝置的擴展不確定度。

1 工頻磁場線圈構(gòu)成

工頻磁場線圈由工頻電流發(fā)生器和感應(yīng)線圈組成。工頻電流發(fā)生器主要由調(diào)壓器、控制回路和電流互感器等組成。感應(yīng)線圈由銅、鋁或其他導(dǎo)電的非磁性材料制成。工頻磁場線圈主要用于模擬工頻電流產(chǎn)生的磁場對設(shè)備運行條件下的影響，以此考察被測試電子設(shè)備的抗工頻磁場的能力。

目前對磁場線圈的校準主要有電流和磁場強度兩個計量參數(shù)。磁場強度是由電流通過線圈產(chǎn)生的。電流的大小與穩(wěn)定性，影響到所產(chǎn)生磁場強度的性能。而試驗對磁場強度及試驗區(qū)域大小等都有相應(yīng)的要求。磁場強度和磁場均勻區(qū)域是工頻磁場試驗效果需要考慮的參數(shù)，所以必須對工頻磁場線圈的電流、磁場強度和磁場區(qū)域進行校準。

圖1 工頻磁場線圈原理圖

2 工頻磁場線圈的校準

2.1 電流校準

電流校準主要采用工頻電流測量裝置進行，也可以采用電流鉗形表進行。設(shè)備連接如圖1所示。按說明書要求進行預(yù)熱。工頻電流測量裝置接入工頻磁場線圈的電流回路中。設(shè)置工頻磁場發(fā)生器所需的磁場強度，讀取工頻電流測量裝置的電流示值和電流總諧波失真作為校準結(jié)果。見圖2所示。

圖2 工頻線圈電流校準

2.2 中心磁場強度校準

設(shè)備連接如圖2所示。感應(yīng)線圈采用絕緣支撐放置，保證線圈位置距離實驗室墻壁和其他磁性物體不小于1 m。將工頻磁場測量儀磁場探頭置于工頻磁場感應(yīng)線圈的幾何中心。根據(jù)校準要求，設(shè)置工頻磁場發(fā)生器所需的磁場強度，改變磁場探頭方向，將得到的磁場強度最大值作為校準結(jié)果。改變工頻磁場發(fā)生器磁場強度設(shè)定值，重復(fù)上述過程。 見圖3所示。

圖3 工頻磁場線圈磁場強度校準

2.3 磁場均勻性校準

在工頻磁場抗擾度試驗中，每個線圈對受試設(shè)備的體積都有要求，所以必須知道磁場線圈的均勻性區(qū)域（即磁場的3 dB區(qū)域），才能決定受試設(shè)備的體積大小。根據(jù)出廠說明書或用戶使用需求確定均勻區(qū)域立方體的八個頂點。設(shè)置工頻磁場發(fā)生器所需磁場強度，將工頻磁場測量儀磁場探頭分別置于一個頂點位置，改變磁場探頭方向，將得到的磁場強度最大值作為該點位置磁場強度校準結(jié)果。重復(fù)上述過程，校準點見圖3所示，分別測量均勻區(qū)域立方體的八個頂點位置的磁場強度。例如將磁場強度設(shè)定值為10 A/m的校準結(jié)果作為參考值，按照式（1）計算磁場均勻性的測量。

式中：A—— 磁場均勻性，dB；

xi—— 第i個頂點位置的磁場強度，A/m；

x0—— 參考值，A/m

圖3 磁場均勻性校準

2.4 非標線圈的校準

為了滿足各種電磁兼容試驗要求，除了常規(guī)所需的標準線圈，1 m×1 m和1 m×2.6 m外，在電力行業(yè)經(jīng)常有各種尺寸的工頻磁場線圈，對于它們的校準，校準參數(shù)與標準線圈參數(shù)一樣。非標準線圈的電壓轉(zhuǎn)換電流因子不同會造成線圈因子、電壓、電流的設(shè)置不同，造成產(chǎn)生的磁場以及磁場區(qū)域的不同。校準時，首先根據(jù)設(shè)備使用說明書設(shè)置參數(shù)，將校準的電流和磁場強度與出廠技術(shù)要求進行對應(yīng)設(shè)置，按要求設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)或者線圈轉(zhuǎn)換因子。由于非標線圈試驗所需的磁場均勻區(qū)域與標準線圈有所差別，要求校準人員必須定好中心場強之后，由于測試所用場強傳感器大小不同，選擇對每個平面磁場均勻區(qū)域的點進行多次測量，方能給出準確的值。

3 校準實例

本文根據(jù)上述校準方法，對某廠家生產(chǎn)的工頻磁場線圈MS100進行了校準。對磁場發(fā)生器進行設(shè)置，電流分別設(shè)置為1 A、3 A，10 A，30 A，100 A的中心磁場和線圈電流大小，均勻區(qū)域進行的測量見表1所示。

表1 工頻磁場線圈電流校準結(jié)果

表2 工頻磁場線圈中心磁場校準結(jié)果

磁場均勻性校準，見表3所示。

表3 磁場均勻性校準

4 測量結(jié)果不確定度

電流和磁場強度的測量不確定度主要取決于測量裝置和儀器，主要影響因素和標準不確定度分量為：

1）測量重復(fù)性的不確定度u1rel(y) = 0.7%

3）磁場強度校準不確定度評定

測量的重復(fù)性的不確定度u1rel(y) = 0.9%

5 結(jié)語

通過校準例子，可以得出，對于工頻磁場線圈在電磁兼容試驗中主要用于抗干擾試驗，磁場強度和磁場區(qū)域是最關(guān)鍵的參數(shù)。目前很多計量機構(gòu)主要采用校準中心場強來實現(xiàn)對其校準，得出是否符合要求的結(jié)論。標準的磁場線圈1 m×1 m或者1 m×2.6 m的線圈在不發(fā)生變形的情況下符合設(shè)計要求。但是對于非標準線圈而言，線圈輸入電壓和線圈因子都是必須考慮在內(nèi)的。