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不間斷電源設備電磁兼容檢測方案

2020年03月29日 14:48 ? 次閱讀

不間斷電源設備(UPS)作為一種高品質電源,被廣泛應用于各個對電網可靠性要求較高的行業中。隨著工業用電源技術的不斷發展,對UPS電磁兼容(EMC-Electromagnetic CompaTIbility)性能及其檢測技術也提出了更高的要求。本文結合UPS的EMC檢測相關的國際國內標準,系統地介紹UPS的電磁干擾(EMI-ElectromagneTIc Interference)和電磁敏感度(EMS-ElectromagneTIc SuscepTIbility)的測試要求,并給出有效的解決方案。

引言

不間斷電源設備(UPS)是一種恒頻、穩壓、純凈、不間斷的高品質電源,隨著現代信息技術的高速發展,它的重要性越來越明顯,尤其是在電信、銀行、電力、交通、金融以及國防等對電網的可靠性要求較高的行業。UPS是個特殊的設備,既是電網的負載,又要給負載提供電源,其電磁兼容(EMC-Electromagnetic Compatibility)性能既要保證它不對電網造成電磁污染,又要保證它提供給負載的是一個穩定可靠的電源。因此,綜合地從UPS的電磁干擾(EMI-Electromagnetic Interference)和電磁敏感度(EMS-Electromagnetic Susceptibility)角度進行電磁兼容特性的測試和評價顯得至關重要。

針對UPS產品的特點,UPS的電磁兼容主要包含電源的輸入及輸出傳導干擾、電源的輻射干擾和UPS的抗干擾特性。目前UPS的EMC要求的專用標準為GB 7260.2-2009/IEC 62040-2:2005 [1]。另外根據測試項目的不同需參照對應的標準,各標準中規定了各個頻段各種類型電氣電子設備的騷擾發射限值和抗擾性要求、明確了相應的試驗方法及測量用儀器設備要求。

1、UPS的EMC檢測方案

UPS的EMC性能包括EMI和EMS,EMI要求UPS在正常運行過程中對所在環境及其它事物(包括設備和系統)產生的電磁干擾不能超過一定限值;EMS特性要求UPS系統本身在電磁騷擾情況下運行性能要穩定,如具有抗雷擊、靜電、振鈴波等干擾的能力。對于不同的EMC特性,標準的測試要求不同,須選擇專業的測試方案進行測試,具體測試項目參見表1。

不間斷電源設備電磁兼容檢測方案

表1、UPS的EMC測試項目

2、UPS的EMC性能測試說明

以下僅舉幾個對UPS較為典型的EMC性能測試加以說明。

輻射騷擾檢測

UPS中有變壓器電感開關管、整流管等非線性器件,由于寄生電容的影響很容易形成共模電流。閉合的電流回路會產生磁場,同時又會伴隨輻射電場。UPS作為一個干擾源,工作過程中會向周圍空間發射輻射騷擾,UPS中的輻射騷擾會影響周邊一些高靈敏度的電器正常工作。輻射騷擾試驗就是用來評估其輻射騷擾程度。根據GB 7260.2-2009/IEC 62040-2:2005[1]等UPS專用標準要求以及GB 4824-2004/CISPR11:2003[2]等基礎標準,需在30MHz-1GHz頻率范圍內測量UPS空間輻射的電場分量。圖1(左)和圖1(右)分別為典型的UPS輻射發射測量原理和包括電波暗室在內的測量系統,在相關標準要求基礎上,該系統頻率測量范圍已拓寬至3GHz,以滿足更高的測試需求。

不間斷電源設備電磁兼容檢測方案

圖1、UPS輻射發射測量原理圖(左)和測量系統(右)

電源端子傳導騷擾檢測

UPS工作時除了通過空間對周圍環境產生輻射騷擾,還會通過電源線向電網產生騷擾。若UPS電源端子存在高幅值的傳導騷擾,極可能導致同一電網的計算機等信息技術設備受到干擾,導致信息設備數據丟失等問題。GB 7260.2-2009/IEC 62040-2:2005[1]和GB/T6113.201-2008/CISPR 16-2-1:2003[3]等標準對UPS沿著電源線向電網發射的騷擾電壓的限值和測量方法做出了明確要求。圖2為杭州遠方公司根據標準要求設計的測量用系統,測量在屏蔽室內進行,系統主要由人工電源網絡和EMI接收機組成,測量頻率范圍達到10Hz-30MHz,覆蓋了標準要求的150kHz-30MHz。

不間斷電源設備電磁兼容檢測方案

圖2、UPS電源端子傳導騷擾測量系統

輻射抗擾度檢測

電磁輻射現象無所不在,如無線電臺、移動無線電發射機及各種工業電磁輻射源,甚至熒光燈具在工作時都會產生電磁輻射。這些輻射將對工作中的UPS產生影響,嚴重時將導致UPS出現故障或性能受損。電磁場輻射抗擾度試驗就是用來評估受試設備對來自空間的輻射電磁場抗擾度,GB/T 17626.3-2006/IEC61000-4-3:2006[4]和GB 7260.2-2009/IEC 62040-2:2005[1]等標準明確UPS對周圍輻射干擾最低抗擾度要求、測試方法和設備要求。圖3(左)和圖3(右)分別為典型的輻射抗擾度測量原理和測試用系統,可完全滿足上述基礎標準和UPS專用標準的測試要求。

不間斷電源設備電磁兼容檢測方案

圖3、UPS輻射抗擾度測試原理圖(左)和測試系統(右)

靜電放電抗擾度檢測

靜電放電試驗模擬了操作人員直接觸摸UPS時對設備的放電以及放電對設備工作的影響,或操作人員在觸摸鄰近設備時對所關心設備的影響。累計的靜電電荷會產生高達幾千伏的電壓,一方面會引起UPS中半導體等器件的損壞,造成設備永久性失效,也會引起UPS近場電磁場變化,造成設備的誤動作。圖4為杭州遠方公司根據GB/T 17626.2-2006/IEC61000-4-2: 2008[5]和GB 7260.2-2009/IEC 62040-2:2005[1]等標準要求設計的EMS61000-2A UPS靜電放電測試系統,最高靜電電壓可達30kV,涵蓋標準4kV接觸放電、8kV空氣放電測試要求。

不間斷電源設備電磁兼容檢測方案

圖4、UPS靜電放電分析測試系統

浪涌(沖擊)抗擾度試驗

UPS除了作為騷擾源外還可以起到隔離作用,可以將瞬間間斷、電壓波動等電網干擾阻擋在負載之前,不僅可以使負載對電網不產生干擾又可以使電網中的干擾不影響負載,從而起到良好的隔離作用。自然界的雷擊、電源系統切換、設備接地網或接地系統間的短路等都可能會對該環境下UPS形成浪涌沖擊,若UPS不具備良好的浪涌(沖擊)抗擾度不但不能起到隔離作用嚴重時還會導致設備失靈和損傷。因此GB/T 17626.5-2008/IEC 61000-4-5:2005[6]和GB 7260.2-2009/IEC 62040-2:2005[1]等標準對UPS的抗浪涌沖擊性能檢測和評估作出了明確規定。UPS雷擊浪涌測試用系統如圖5所示,系統主要設備為杭州遠方公司EMS61000-5G全自動多功能雷擊浪涌發生器,它在受試設備供電電源上耦合一個浪涌尖峰,最高值可達15kV,浪涌電壓的波前時間和半峰值時間為1.2μs/50μs,為浪涌抗擾度性能測試提供一個準確、理想的依據。

不間斷電源設備電磁兼容檢測方案

圖5、UPS雷擊浪涌測試系統

3、小結

隨著UPS技術的不斷發展,對其EMC測試的標準也日趨完善,相應的測試設備也亦發展成熟。UPS廠商應按照產品特點,根據國際國內標準的發展要求,選擇相應的檢測方案對UPS的特性進行全面表征和評價,這不僅可以提高UPS整體質量,還有利于進一步規范UPS產品的發展。

參考文獻:

[1] GB 7260.2-2009/IEC 62040-2:2005, 不間斷電源設備(UPS) 第2部分:電磁兼容性(EMC)要求, 2009.

[2] GB 4824-2004/CISPR11:2003, 工業、科學和醫療(ISM)射頻設備電磁騷擾特性 限值和測量方法, 2004.

[3] GB/T 6113.201-2008/CISPR16-2-1:2003, 無線電騷擾和抗擾度測量設備和測量方法規范 第2-1部分:無線電騷擾和抗擾度測量方法 傳導騷擾測量, 2008.

[4] GB/T 17626.3-2006/IEC 61000-4-3:2006, 電磁兼容 試驗和測量技術 第3 部分:射頻電磁場輻射抗擾度試驗, 2006.

[5] GB/T 17626.2-2006/IEC61000-4-2:2008, 電磁兼容 實驗和測量技術 靜電放電抗擾度試驗, 2006.

[6] GB/T 17626.5-2008/IEC 61000-4-5:2005, 電磁兼容 試驗和測量技術 浪涌(沖擊)抗擾度試驗, 2008.

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