煤礦用產品電磁兼容測試技術研究

王喜順

【摘 ?要】在日常試驗的基礎上，結合采礦變頻器的干擾機理和試驗標準，分析和總結了礦用逆變器電磁干擾試驗技術的試驗方法，試驗設備，試驗前準備，試驗程序和測試技術。

【關鍵詞】煤礦用產品;電磁兼容;測試技術

1、前言

隨著變頻器在煤礦中的使用越來越多，對其他設備的電磁干擾也越來越嚴重，使變頻器的電磁干擾試驗越來越嚴格。本文根據 GB12668.3-2003《礦用變頻器電磁干擾測試》標準，并結合實際應用，提出了礦用變頻器電磁驅動和輻射干擾的試驗方法，設備，現場，準備，工藝和注意事項，提出了采礦變頻器電磁干擾試驗中應注意的問題，并把這些作為試驗員或制造商的參考摘要。

2、礦用防爆變頻器的干擾機理

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構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、數字開關電路和散熱器具有更高的載波頻率，高速開關現場控制開關裝置（dV/ dt可以大于1 kV/μ s）通過網絡提供電磁波。當存在防爆外殼時，存在間隙或空穴擴散，造成的逆變器干擾來自其它設備的輻射。

3、用于干擾測試的礦用變頻器

3.1試驗方法的選擇

目前，測量電磁干擾有兩種主要方法：LISN法是測試側的測試由 LISN直接監(jiān)控，被測器件產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際電壓的接收電壓轉換系數被 LISN轉換。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，在對被測試裝備進行測試的過程中會沿著電網發(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該采用 LISN測試的方式，但需要注意避免出現過載問題。

被測設備的瞬時功率開關或瞬時峰值幅度遠大于接收器的測試范圍，這很容易損壞接收設備。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），并確保被測設備通電、調試然后連接到測試設備。

3.2測試設備要求

一種礦用變頻器的導電干擾測試儀，主要包括具有準峰值檢測和平均檢測的人工電網和干擾接收機。設備和儀器的最低要求是：

3.2.1具有準峰值和平均值探測器的EMI接收機應符合GB6113的要求，并且對10 kHz至1 GHz頻率范圍內的噪聲敏感。

3.2.2在150 kHz至30 MHz的頻率范圍內，在測試現場測試人工電網供電端子的導電干擾電壓時，應連接阻抗為50Ω/50 uh的人工電源網絡。

3.2.3使用優(yōu)質同軸電纜。在正常測試中，我們經常遇到這樣的情況，由于介質質量問題，包括電纜和連接器，經常需要大量的時間和能量來尋找引起奇怪的結果、不高的質量、密集分布的電纜金屬網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驗結果是非常重要的。

3.3試驗地點

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果的準確性、可靠性。目前，電磁干擾測試現場可分為消聲室和戶外測試場所。由于電波暗室的造價和難度大，吸收材料低頻特性引起的測量誤差高，目前使用消聲室現場的礦井變頻器干擾試驗很少。開放測試場主要是指具有平坦且均勻的導電性的金屬接地表面，其被空曠的、非反射的物體所包圍。由于嚴重的無線電干擾，特別難以滿足開放測試領域的要求。根據EMC煤礦行業(yè)的測試標準，測試礦井變頻器的標準和要求相對較高，很難滿足其要求，在實際測試經驗和測試條件支持作用之下，模糊測試點的選擇難度將會進一步降低，一般測試點就能夠滿足測試條件。

3.3.1試驗地點為非 RF環(huán)境，需要和類似于熒光燈管、電梯、電力變壓器、焊接設備、機械加工工具或空調壓縮機等強噪音聲源之間保持至少三米遠的距離，在選擇試驗地點過程中，應當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、建筑物內部等位置。

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

3.3.3試驗部位應包括試驗接地板。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準備和過程

檢查測試現場和測試設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。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，井下驅動電源終端應做好以下準備工作：

3.4.1選擇專用電源濾波器，用于要求現場應用，抑制背景噪聲在15分貝以下產生的干擾，以滿足測試要求。

3.4.2確保試驗場的接地良好。銅線需要深埋，這樣才能保持接地電阻在1Ω以內。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現場設備布局要求：如果被測試設備的輸入和輸出電纜是屏蔽的，它們應分開布線。

綜上所述，礦用變頻器傳導干擾試驗的測試程序分為四個步驟：（1）現場背景噪聲的測試;（2）待機狀態(tài)傳導干擾的測試;（3）設備運動傳導干擾的測試;（4）在各相線傳導干擾的最大功率下進行測試。

3.5檢測注意：礦用變頻器在測試過程中應注意以下條件：

3.5.1人工網絡反射的實際阻抗取決于被測設備與人工網絡之間的連接。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。

3.5.2為了確保測試結果的可重復性和可比性，測試設備應至少預熱至足以穩(wěn)定測試產品。

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。當出現峰值測試低于準峰值和平均值測試極限時，由于在傳導干擾測試過程中的最快峰值測試總是達到最高峰值，此時可以避免相應頻帶的準峰值和平均值，被測試設備必須毫無疑問地通過所有測試。只有在峰值測試低于準峰值和平均極限時才能進行準峰值和平均測試。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

4.1試驗方法

在此次干擾試驗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，主要利用磁場接收天線，被測試設備的發(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，并給出測量頻率點和磁場強度的測試曲線。

4.2試驗設備、設備、現場、準備和程序

輻射干擾測試與傳導干擾測試需要的試驗設備和試驗場地是完全一致的，但必須關注30MHz～1GHz的主天線頻段，CISPR16-1天線應在水平和垂直偏振方向上使用和進行測試。該點距地面不應小于0.2米。輻射干擾的測試程序為：（1）測試現場的背景噪聲;（2）待機噪聲的測試;（3）各種運動時噪聲干擾的測試;（4）每個測試點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

在輻射干擾測試中，當被測設備旋轉時，接收天線尋找地面1 m至4 m范圍內的輻射干擾的最大值，應該測試天線的水平和垂直極化。被測設備的方位角，天線高度和測試頻段這三項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。通常當測量的輻射干擾較大時，被測器件可具有與接收線對準的窗口，或者被測器件的輻射干擾源可與接收天線對準。實際測試根據經驗確定主要測試方向，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的大的變化，并且天線高度的變化導致場強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定得稍微更大;在高頻帶時，天線高度的階梯高度可以被設置得稍微小，以便在特定頻率和天線高度處找到最大場強，這加快了測試速度，節(jié)省了測試時間，并保證了測試的準確性。

5、結束語

礦用變頻器應按照相關電磁兼容標準和規(guī)范中規(guī)定的試驗方法進行電磁干擾試驗，但應符合本標準規(guī)定的限值。電磁干擾（EMI）測試是與測試儀的經驗和測試技術相關的復雜過程。本文討論的礦用變頻器的電磁傳導和輻射干擾試驗是在相應的電磁干擾標準要求和實際經驗基礎之上的。

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（作者單位：天津華寧電子有限公司）