工頻磁場是由導(dǎo)體中的工頻電流產(chǎn)生的。工頻磁場的特點是頻率低、波長長、其試驗波形為工頻正弦波,對各種電氣和電子設(shè)備均會造成不同程度的影響。工頻磁場抗擾度試驗可用于評價處于工頻( 連續(xù)和短時) 磁場中的家用、商用和工業(yè)用電氣和電子設(shè)備的性能,尤其適合于計算機監(jiān)視器、電度表等一類磁場敏感設(shè)備的磁場抗擾度性能評估。
工頻磁場抗擾度試驗的試驗儀器包括一個用以產(chǎn)生磁場的感應(yīng)線圈,和一臺用以供給感應(yīng)線圈電流的工頻勵磁電源。
1.定義
工頻就是一般的市電頻率(工業(yè)用電頻率),在我們國家是50Hz,而一些國家采用60Hz。
工頻磁場是工頻電場感應(yīng)出來的電磁場,主要由導(dǎo)體中的工頻電流產(chǎn)生的,或極少量的由附近的其他裝置(如變壓器的漏磁通)所產(chǎn)生的。
1.1 PFMF騷擾特點
我們中學(xué)時期已經(jīng)學(xué)過V=fλ其中V是波速,f是頻率,λ是波長。
工頻磁場的特點是頻率低(50Hz),V為恒定值,自然波長長,在正常情況下,工頻電流所產(chǎn)生的磁場相對穩(wěn)定,磁場強度較小,但在故障或突發(fā)狀態(tài)下,電流所產(chǎn)生的磁場不穩(wěn)定,磁場遷都也相對較大,不過,持續(xù)時間比較短。這也是下述試驗等級劃分的一個依據(jù)之一。
1.2目的
此項檢驗的目的就是為了檢驗電子、電氣設(shè)備在遭受這類磁場擾動影響時的性能,即系統(tǒng)、設(shè)備對工頻磁場的抗擾度。
2.試驗等級
穩(wěn)定持續(xù)和短時作用的磁場試驗等級的優(yōu)先選用范圍如下:
穩(wěn)定持續(xù)磁場試驗等級
磁感應(yīng)強度用A/m表示,1A/m相當于自由空間的磁感應(yīng)強度為1.26μT。
1s-3s的短時試驗等級
通常依據(jù)實際的安裝和環(huán)境條件來選擇PFMF試驗等級:
第一級:以監(jiān)視器、電子顯微鏡為代表的有電子束的敏感裝置能使用的環(huán)境水平。
第二級:工業(yè)區(qū)、醫(yī)院和辦公室為代表的保護良好的環(huán)境。
第三級:商業(yè)區(qū)、控制樓及高壓變電所的計算機房為代表的保護的環(huán)境
第四級:重工業(yè)廠礦及高壓變電所的控制室等為代表的典型的工業(yè)環(huán)境
第五級:重工業(yè)廠礦的開關(guān)站、電廠為代表的嚴酷的工業(yè)環(huán)境
3.測試布局
PFMF試驗的基本配置包括接地參考平面(GRP)、受試設(shè)備(EUT)、感應(yīng)線圈和工頻磁場發(fā)生器。
幾乎所有的電磁兼容試驗用到的GRP都是如下要求:材料為0.25mm以上的銅板或者鋁板,如果采用其他金屬板,最小厚度為0.65mm,GRP最小尺寸為1m*1m,但如果EUT長或?qū)挻笥谶@個數(shù)值,那么至少應(yīng)該調(diào)整為相應(yīng)數(shù)值,即GRP最終尺寸取決于EUT的大小,同時GRP要與實驗室的安全地相連;
EUT應(yīng)放置于GRP之上,其間用0.1m厚的絕緣物支撐,EUT外殼通過自身的接地端子與GRP相連,所有電纜(如滿足)應(yīng)有1m的長度暴露在磁場中,如果采用濾波器,則應(yīng)接在距離EUT1m遠的電纜上,濾波器與GRP相連。
感應(yīng)線圈應(yīng)放置在距離實驗室墻壁和其他磁性物體至少1m遠處,感應(yīng)線圈在做水平極化場試驗時,GRP可作為線圈的底邊而成為線圈的一部分。
試驗用的電流發(fā)生器應(yīng)放置在距離線圈不超過3m遠的位置,其一端應(yīng)與GRP相連。
測試時,線圈應(yīng)能包圍受試設(shè)備,其大小應(yīng)使得線圈的一遍到受試設(shè)備外殼的最小距離等于所考慮受試設(shè)備尺寸的 1/3。對于大型設(shè)備,本身體積比較龐大,感應(yīng)線圈可由“ C”形截面或“ T”形截面的導(dǎo)體制成,以便有足夠的機械穩(wěn)定性。試驗體積由線圈的試驗面積(每條邊的 60%╳ 60%)乘以高度(對應(yīng)于線圈較短一邊的 50%)來決定。
4.試驗計劃內(nèi)容
確保電磁條件(實驗室背景電磁場應(yīng)至少比選定的試驗等級低20dB,否則試驗應(yīng)在法拉第籠中進行)和氣候條件(溫度15-35℃,相對濕度25%-75%,大氣壓力86-106kPa)滿足要求。
確定試驗磁場的類型(穩(wěn)定持續(xù)或短時的),確定試驗等級。
EUT正確操作的預(yù)校驗
進行試驗:以臺式設(shè)備為例,應(yīng)采用浸入法對EUT進行試驗,EUT應(yīng)按實際使用要求放置和連線,并置于磁場線圈的中心,為測試EUT暴露在不同極化方向磁場中的抗干擾性能,應(yīng)使線圈分三次依次旋轉(zhuǎn)90°后做同樣的試驗,即X、Y、Z三個方向做試驗,每個方向持續(xù)時間一般為300s,可結(jié)合實際調(diào)整時間。對于一些尺寸較大的設(shè)備或系統(tǒng),并不需要全體都放在磁場中,僅將系統(tǒng)中的敏感裝置放置在磁場中央進行單獨試驗。
5.試驗結(jié)果評價
試驗結(jié)果應(yīng)依據(jù)受試設(shè)備的功能喪失或性能降低等級進行分類。相關(guān)的性能水平由設(shè)備的制造商或?qū)嶒灥男枨蠓酱_定,GB17626.8建議按如下要求分類:
在制造商、委托方或購買方規(guī)定的限值內(nèi)性能正常;
功能或性能暫時喪失或降低,但在騷擾停止后能自行恢復(fù),不需要操作者干預(yù);
功能或性能暫時喪失或降低,但需操作人員干預(yù)才能恢復(fù);
因設(shè)備硬件或軟件損壞,或數(shù)據(jù)丟失而造成不能恢復(fù)的功能喪失或性能降低。
一般來講a項是合格的,c、d項是不合格的,b項需要根據(jù)設(shè)備使用情況&客戶協(xié)商判斷是否合格。
YY0505的符合性準則如下:
6.測試設(shè)備
PFMF試驗儀器包括一個用來產(chǎn)生磁場的感應(yīng)線圈和一臺用以供給感應(yīng)線圈電流的工頻勵磁電源和一個GRP(參考接地版)及一些其他輔助裝置如磁場探頭、電子電度表等組成。
要求技術(shù)參數(shù)如下:
穩(wěn)定持續(xù)方式工作時的輸出電流范圍:1A-100A,除以線圈因數(shù);
短時方式工作時的輸出電流范圍:300A-1000A,除以線圈因數(shù);
輸出電流總畸變率小于8%;
輸出電流波形為正弦波;
短時工作時整定時間:1-3s;
感應(yīng)線圈有三種形式:
(1)、方形感應(yīng)線圈,標準邊長為1m,場強允差在±3.0dB以內(nèi),可容EUT尺寸為0.6m*0.6m*0.5m(l*w*h);
(2)、方形雙感應(yīng)線圈又稱赫姆霍茲線圈,標準邊長為1m,兩線圈距離0.8m,場強均勻度優(yōu)于±0.2dB;
(3)、對于大型柜式設(shè)備,根據(jù)EUT定制線圈,為了保證均勻度,線圈每邊到EUT外殼的最小距離在水平和垂直方向分別為0.2m和0.3m。
7.舉例
以某三類醫(yī)療器械為例,那么工頻磁場試驗等級依據(jù)實際的安裝和環(huán)境條件可判斷為第2級,即采用3A/m的磁場強度,這是依據(jù)目前YY0505-2012進行的判斷,最新的IEC60601已經(jīng)規(guī)定采用30A/m的磁場強度進行試驗,國內(nèi)還未及時進行轉(zhuǎn)換,測試布置如下:
簡易測試數(shù)據(jù)如下