煤矿用产品电磁兼容测试技术研究

王喜顺

【摘  要】在日常试验的基础上，结合采矿变频器的干扰机理和试验标准，分析和总结了矿用逆变器电磁干扰试验技术的试验方法，试验设备，试验前准备，试验程序和测试技术。

【关键词】煤矿用产品;电磁兼容;测试技术

1、前言

随着变频器在煤矿中的使用越来越多，对其他设备的电磁干扰也越来越严重，使变频器的电磁干扰试验越来越严格。本文根据 GB12668.3-2003《矿用变频器电磁干扰测试》标准，并结合实际应用，提出了矿用变频器电磁驱动和辐射干扰的试验方法，设备，现场，准备，工艺和注意事项，提出了采矿变频器电磁干扰试验中应注意的问题，并把这些作为试验员或制造商的参考摘要。

2、矿用防爆变频器的干扰机理

目前，除了普通逆变器主电路系统（由整流器、直流中间电路和变频器组成）之外，矿井变频器的基本结构还包括防爆外壳和冷却系统。由于其整流逆变器电路的脉冲、振动、继电器、数字开关电路和散热器具有更高的载波频率，高速开关现场控制开关装置（dV/ dt可以大于1 kV/μ s）通过网络提供电磁波。当存在防爆外壳时，存在间隙或空穴扩散，造成的逆变器干扰来自其它设备的辐射。

3、用于干扰测试的矿用变频器

3.1试验方法的选择

目前，测量电磁干扰有两种主要方法：LISN法是测试侧的测试由 LISN直接监控，被测器件产生的干扰电压通过电容耦合端口输出到测试接收器，在电力线上测试器件的实际电压的接收电压转换系数被 LISN转换。电流探头法中所使用的传感器测试频率一般在 25Hz～10kHz范围内，在对被测试装备进行测试的过程中会沿着电网发出连续波干扰电流，并且在测试电流传感器的输出时应该采用 LISN测试的方式，但需要注意避免出现过载问题。

被测设备的瞬时功率开关或瞬时峰值幅度远大于接收器的测试范围，这很容易损坏接收设备。因此需要在接收器的前端（输入端）加上衰减器（通常为20分贝），并确保被测设备通电、调试然后连接到测试设备。

3.2测试设备要求

一种矿用变频器的导电干扰测试仪，主要包括具有准峰值检测和平均检测的人工电网和干扰接收机。设备和仪器的最低要求是：

3.2.1具有准峰值和平均值探测器的EMI接收机应符合GB6113的要求，并且对10 kHz至1 GHz频率范围内的噪声敏感。

3.2.2在150 kHz至30 MHz的频率范围内，在测试现场测试人工电网供电端子的导电干扰电压时，应连接阻抗为50Ω/50 uh的人工电源网络。

3.2.3使用优质同轴电缆。在正常测试中，我们经常遇到这样的情况，由于介质质量问题，包括电缆和连接器，经常需要大量的时间和能量来寻找引起奇怪的结果、不高的质量、密集分布的电缆金属网和良好的泄漏释放的同轴连接器，与外壳和电缆层的良好接触对于获得可靠的实验结果是非常重要的。

3.3试验地点

电磁干扰测试需要对周围环境具有极高的要求，这样才能确保矿用变频器测试结果的准确性、可靠性。目前，电磁干扰测试现场可分为消声室和户外测试场所。由于电波暗室的造价和难度大，吸收材料低频特性引起的测量误差高，目前使用消声室现场的矿井变频器干扰试验很少。开放测试场主要是指具有平坦且均匀的导电性的金属接地表面，其被空旷的、非反射的物体所包围。由于严重的无线电干扰，特别难以满足开放测试领域的要求。根据EMC煤矿行业的测试标准，测试矿井变频器的标准和要求相对较高，很难满足其要求，在实际测试经验和测试条件支持作用之下，模糊测试点的选择难度将会进一步降低，一般测试点就能够满足测试条件。

3.3.1试验地点为非 RF环境，需要和类似于荧光灯管、电梯、电力变压器、焊接设备、机械加工工具或空调压缩机等强噪音声源之间保持至少三米远的距离，在选择试验地点过程中，应当避免选择楼层较高的位置或者是接近窗户的位置，优先选择底层、地下室、建筑物内部等位置。

3.3.2电源线应无噪音。更好的预防措施是在测试转换器的电源线上安装隔离变压器和抗EMI滤波器，以便将矿井转换器与射频场和EMI传输的环境隔离。

3.3.3试验部位应包括试验接地板。由于任何系统配置的待测试的矿用变频器（包括电缆和EMC仪器）必须在地平面上接地。为了更换噪声，接地板可以是由铝，铜或镀锌钢制成的任何实心金属板，并且厚度要求不重要。

3.4在测试矿用变频器时的试验准备和过程

检查测试现场和测试设备是否符合上述要求并检查环境噪声。一般环境电磁噪声必须在一定范围内。如果不符合要求，可以在电源入口安装噪音过滤器。因此，在一般测试前，井下驱动电源终端应做好以下准备工作：

3.4.1选择专用电源滤波器，用于要求现场应用，抑制背景噪声在15分贝以下产生的干扰，以满足测试要求。

3.4.2确保试验场的接地良好。铜线需要深埋，这样才能保持接地电阻在1Ω以内。旧方法是被木炭和盐包围，土壤温度保持不变。一种相对较新的方法是在土壤中添加减阻剂，但成本較高。

3.4.3现场设备布局要求：如果被测试设备的输入和输出电缆是屏蔽的，它们应分开布线。

综上所述，矿用变频器传导干扰试验的测试程序分为四个步骤：（1）现场背景噪声的测试;（2）待机状态传导干扰的测试;（3）设备运动传导干扰的测试;（4）在各相线传导干扰的最大功率下进行测试。

3.5检测注意：矿用变频器在测试过程中应注意以下条件：

3.5.1人工网络反射的实际阻抗取决于被测设备与人工网络之间的连接。为了避免测试期间的阻抗不稳定，两者之间的连接必须很强。

3.5.2为了确保测试结果的可重复性和可比性，测试设备应至少预热至足以稳定测试产品。

3.5.3在测试期间，通常采用峰值测试方法扫描整个测试频带。当出现峰值测试低于准峰值和平均值测试极限时，由于在传导干扰测试过程中的最快峰值測试总是达到最高峰值，此时可以避免相应频带的准峰值和平均值，被测试设备必须毫无疑问地通过所有测试。只有在峰值测试低于准峰值和平均极限时才能进行准峰值和平均测试。该测试方法在提高测试效率方面非常有效。

4、矿用变频器辐射干扰试验

4.1试验方法

在此次干扰试验中主要存在天线测试和近场探测测试两种测试方法。其中的天线测试方式的测试频率范围在25 Hz至100 kHz内，主要利用磁场接收天线，被测试设备的发射信号以及电缆磁场的发射信号都将会被磁场接收天线所接收。而第二种近场探针测试方法在近场电磁辐射发射检测的测试中应用比较广泛，例如外壳表面的电磁泄漏裂纹检测，通过改变不同部件的接收值，检测电路板表面上的大电磁辐射分量，可以区分。该方法用于判断电磁辐射或泄漏位置的诊断测试。因此，天线测试方法是变器辐射干扰测试的主要测试方法。接收环平行或垂直于被测器件的侧面，上部和后部移动，记录被测器件指示的最大值，并给出测量频率点和磁场强度的测试曲线。

4.2试验设备、设备、现场、准备和程序

辐射干扰测试与传导干扰测试需要的试验设备和试验场地是完全一致的，但必须关注30MHz～1GHz的主天线频段，CISPR16-1天线应在水平和垂直偏振方向上使用和进行测试。该点距地面不应小于0.2米。辐射干扰的测试程序为：（1）测试现场的背景噪声;（2）待机噪声的测试;（3）各种运动时噪声干扰的测试;（4）每个测试点在天线垂直极化方向上，辐射干扰下为最大功率时的测试;（5）在每个测试水平极化方向上，被测器件的辐射干扰在最大功率时的测试。

4.3测试注意事项

在辐射干扰测试中，当被测设备旋转时，接收天线寻找地面1 m至4 m范围内的辐射干扰的最大值，应该测试天线的水平和垂直极化。被测设备的方位角，天线高度和测试频段这三项是影响最大辐射干扰的因素。在特定的步骤上连续地改变这三个因素的大小需要较长的测试时间。因此，有必要找到一种快速测量辐射干扰的方法。通常当测量的辐射干扰较大时，被测器件可具有与接收线对准的窗口，或者被测器件的辐射干扰源可与接收天线对准。实际测试根据经验确定主要测试方向，这可以加速测试并快速测量最大辐射干扰。在低频带中，天线高度的变化对场强的影响很小。然而，在高频带中，天线高度的阶跃变化引起场强的大的变化，并且天线高度的变化导致场强在最大值和最小值之间变化。所以在测试中，在低频带时，天线高度的阶梯高度可以被设定得稍微更大;在高频带时，天线高度的阶梯高度可以被设置得稍微小，以便在特定频率和天线高度处找到最大场强，这加快了测试速度，节省了测试时间，并保证了测试的准确性。

5、结束语

矿用变频器应按照相关电磁兼容标准和规范中规定的试验方法进行电磁干扰试验，但应符合本标准规定的限值。电磁干扰（EMI）测试是与测试仪的经验和测试技术相关的复杂过程。本文讨论的矿用变频器的电磁传导和辐射干扰试验是在相应的电磁干扰标准要求和实际经验基础之上的。

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（作者单位：天津华宁电子有限公司）