EMC 标准化的基本原则一般由以下机构:
CISPR,成立于 1934 年(国际无线电干扰特别委员会,Comité international Spécial des Perturbations Radioélectriques)
和
IEC TC77,成立于 1974 年(国际电工委员会第 77 技术委员会,Comité d’études 77 de la Commission Electrotechnique Internationale)
按照 IEC Regulation Guide 107(EMC-电磁兼容性出版物编写指南)进行编写。
Guide 107 旨在确保在 EMC 标准化过程中应用
相同的程序和观点,并保持所有内容尽可能确定。 此外,还在可实现电磁兼容性的 0 Hz 至 400 GHz 的频率范围内对线路负载和辐射现象
进行了观测。
一般来说,EMC 标准分为四个类别,每个 EMC 标准整体而言都仅属于四个类别之一。
1. 基本出版物(基本标准): 基本标准具备标准地位甚至技术报告的标准地位。 它们包含相应测量过程、环境条件的分级和 EMC 测试技术,但不包含针对单独产品或产品系列的测量限值。 基本规格、产品系列标准和产品标准中提供了基本标准的常数参考值。 故名思义,很明显,此类别只涉及基本标准(基本规范)。
2. 基本规格(通用标准): 基本规格应用于不存在产品系列标准或产品标准的产品。 工业(由工业网络供电)环境条件与居住、商业、贸易区及小型企业(由公共电网供电)的环境条件之间始终存在差别。 有限次数的 EMC 测试可以指定最小干扰限值和最大干扰发射限值,但无法确定特定产品特征。
3. 产品系列标准: 产品系列标准针对特定产品系列而量身定制,包含特定规格(如限值、测试设计、操作标准和投诉标准)。 有关测试过程,可参考基本标准,有关限值,可参考基本规格。 EMC 的产品系列标准可作为独立标准存在,也可作为约束相应产品系列的其他方面(如电气安全)的标准的(独立)组成部分。
4. 产品标准: 产品系列标准针对的是特殊产品,拥有最高应用优先级,因此,是为确保产品的 EMC 而应用的唯一标准。 在包括基本标准和基本规格方面,适用于产品系列标准的规则与适用于产品标准的规则完全相同。
制造商必须为受特定 EU 法规约束的产品附带 EU 标志,以证明符合这些法规。 受影响的产品是根据“新概念”(1985 年 7 月 5 日发布)而制定的规范所涵盖的产品,这些规范中包含约束不同产品的技术质量的要求。
EU 规范是需要遵守的欧盟法律指令。 这意味着,要在欧洲销售产品,必须先满足这些要求。 这不会影响在全球其余市场的销售。 附带 EU 标识确认产品符合影响该产品的所有(适用)规范的相应基本要求。 作为符合指令的证明,EU 标志仅供政府监管机构查验。 但是,此标志往往被误解为“质量印章”。 因此,不幸的是,在没有法律要求的情况下,也通常会被要求提供此标志。
为此,我们公司在产品目录和简介页上对 EU 标志进行了广告展示,因为在产品上加贴 EU 标志全是为了满足所有制造商和进口商都有责任遵守的法律要求。
虽然从制造方的角度来说,存档的 EU 合规声明仅供监管机构查验(自最后将产品引入流通系统后至少保存 10 年),但可根据客户请求提供相应副本。
示例:
a) 作为内置组件的模块(用于电路板、设备、控制柜),无需标有 EU 符号,比如电阻器、电容器、感应器、集成开关电路。
b) 需要标有 EU 符号的模块(带外壳和意外接触保护装置)是能够独立运行和/或提供给最终用户的模块,比如即插即用的电源装置、充电组件、个人计算机、测试和测量仪表、用于施工现场或服务的隔离变压器、用于卤素灯的变压器。
感应元件形成的低频带磁场是在工作频率级别由磁化过程的漏磁场产生。 但是,无法完全排除邻近电气设备、装置、仪表或系统的影响。 影响程度基本取决于元件的 EMC 兼容结构(接地、屏蔽)及元件相互之间的空隙。 为便于进行一般估计和帮助项目设计,可应用以下基于额定功率约为 200 VA 的典型值:
这与非稳压直流电源的关联尤其多,对于此类电源,经常需要确保毫秒范围内的短暂网络中断(如由开关程序引起)不会导致控制系统故障。 通过在直流输出端并联一个充电电容器,即可存储电能以在网络短暂中断时释放电能。 附加充电电容器的容量可根据以下参数确定:
变压器是一个具有两个或多个线圈的静态装置,可通过电磁感应转换交流电压和交流电流系统(通常频率相同,但值不同),以用于传输电能(参考资料: VDE 0570、IEV 421-01-01)。
要求
变压器之间与设计相关的差异一般由目标用途确定。 相应要求在装置和设备标准(如 VDE 0100、VDE 0113/EN 60204/ IEC 60204、VDE 0700/EN 60335/ IEC 60335、VDE 0805/EN 60950/ IEC 60950)和变压器标准(如 VDE 0570/EN 61558/ IEC 61558)中规定。
一个重要的选择标准是输入和输出电路之间的绝缘结构:
具有双重或增强绝缘功能的变压器
- 安全变压器(用作安全超低电压的安全措施)
- 隔离变压器(用作保护隔离的安全措施)
具有基本绝缘功能的变压器
- 控制变压器(用作保护接地的安全措施)
- 具有分隔线圈的一般电源变压器
输入和输出电路之间无绝缘的变压器(无金属隔离)
- 自耦变压器
标准
除非与订购方达成一致,否则,我们将按照最新的“技术状态”和以下标准进行生产:
VDE 0570: 变压器、电源和类似装置的安全;EN 61558、IEC 61558: 电源变压器、电源和类似装置的安全。
这与两个承压电极之间的随机放电相关,该放电跨接了两个电极之间的空隙的部分距离。 放电首先出现在接触表面,有时也会在绝缘配置中导致物理位移。 如果在固体绝缘材料中出现放电,则指的是局部放电 (PD),原因在于有缺陷的制造技术或使用了不适合的材料。 后一种情况包括实际绝缘材料中存在空腔、孔洞和无法完全排除的非同质性。
为了更好地阐明形成部分放电的过程,图中提供了两个电极之间的简化绝缘配置。 各电容器描述了电通线的路径。 CF 表示电通线集中于缺陷位置,C 表示从绝缘材料表面到空腔四壁的电通线路径。 如果此配置中的初始电压穿过被视作压敏无线链路 (CF) 的缺陷位置,则该位置将出现压降 UF,从而导致充电 qF 发生更改。 此现象所导致的电极上的电压突变可用于分析绝缘材料的 PD 活动。
E = 电极
I = 绝缘材料
F = 孔洞
效应:
PD 引发的每次放电都会削弱周围材料。 连续 PD 将会对绝缘装置造成永久性损坏。 在后期阶段,将会导致丧失绝缘能力。 因此,为了确保永久可靠的绝缘系统配置,必须做到:
绝缘系统上不得出现与最大允许操作电压加安全边际相关的 PD
瞬变导致的 PD 应在过电压停止后自动终止
PD 自由度应针对最大峰值与安全边际的和来设计,以承受连续重复电压脉冲的变幅应力。
以前获得的研究结果展示了一种评估低压技术变压器的绝缘系统的新方法。 这样,对于变压器内的安全电气隔离,就不只是给出一个含糊的好或不好的评价,而是还能够评估其质量,从而意味着可以提供预测其使用寿命的说明。
插入衰减表示与系统独立的无源滤波器的评估标准。 测量过程已标准化(参考资料: CISPR 17),并根据通讯工程进行改编。 它描述了在电路中插入滤波器 前后的(干扰)电压的对数比 U1:U2(通过在输出端测得的频率计算)。
a = 20 * Ig (U1 : U2) [dB]
如果在插入衰减过程中,将滤波器在具有实际电阻器(如 50 Ω)的两侧终结,则插入衰减即为 50 Ω。
此外,还可在具有不等实际电阻器(如 0.1 Ω/100 Ω 或 100 Ω/0.1 Ω)的情况下进行测量。 使用这些组合,即有可能在不匹配的情况下评估滤波器。 因此,也有可能出现表示(干扰)电压增加的负值插入衰减。
这些测量过程允许比较不同滤波器,这样,就能够预选所需的衰减特性,这些特性并不提供有关滤波器在单独应用中的效果的更多信息。 这样做的原因在于干扰(干扰接收器)来源或连接的电路线路系统都不具有 50 Ω的真实电阻器这一事实。此外,还存在另一个事实,即 50 Ω 插入衰减的测量是在小信号范围(约 1 V)内进行的,且滤波器的感应器无工作电流(非线性磁化特性曲线、预磁化)。 但是,干扰电压级别自身也位于该小信号范围内。
是否位于 EMC 标准的限值(请参阅“电磁干扰”和“电磁抗扰度”)内的证据只能通过考虑所有相关元件的作为系统测试的测量技术来获得。
使用正弦滤波器可扩展滤波器自身以包括电源抑制干扰功能,通过连接到滤波器的交流电马达从变频器输出到屏蔽马达馈入线路,可获得约 500 Hz 和更高的时钟频率。
正弦滤波器可对变频器的时钟频率进行精确低通调整,因此可实现非常高的滤波效应。 最高约 120 Hz 的有用信号(马达工作频率)通过正弦滤波器后只存在轻微的有效压降,而时钟频率(一般为 8 kHz 至 10 kHz)已被降低约 90 %。
时钟频率中的谐振几乎全被滤掉。
独特优势总结如下:
- 通过精确低通调整实现非常高的滤波效应
- 实际仍保留的输出电压的唯一边缘陡度是电源通常所具有的陡度
- 变频器输出电压的时钟频率和谐振显著衰减
- 可以使用长的屏蔽马达馈入线路
- 通过时钟频率的高衰减实现低噪马达操作
- 减少泄漏电流
测量时的周围空气温度是指电气设备或系统元件(如变压器、对抗器、滤波器)在正常工作条件下可连续操作的最高周围空气温度、 这是紧临这些设备或元件的周围环境的空气温度。 电气值通常是指测量时的周围空气温度,可随温度不同而变化! 将元件安装到具有更高保护等级的外壳中时,需特别注意。 可能的冷却不足会导致外壳中出现不允许的高温。 在这种情况下,则可能会缩短元件的预期使用寿命(请参阅“绝缘材料等级”)。
测量时的周围空气温度用缩写符号指定(参考资料: VDE* 0570、EN 61558、IEC 61558)。
示例:
ta=25 °C 或 ta=40 °C
除非采用其他配置,否则,设计用作系统一部分的元件的额定环境温度是 40 °C,对于独立运行的(台式)设备,则为 25 °C。
*德国电气工程师协会
电抗器是由一个或多个具有频敏阻抗的线圈组成的设备,按照自感应的原理工作,根据该原理,由磁化电流生成磁场,然后通过磁化带电铁芯或空气传导
(参考资料: 参考资料: VDE 0570 Teil 2–20/IEN 61558-2-20/IEC 61558-2-20)。
针对防护等级、防护类型、绝缘材料等级、额定环境温度和(适用时)变压器等方面的一般声明也适用于
电抗器。
通常情况下,除非与订购方达成一致,否则,将生产承压部件和铁芯之间具有基本绝缘功能的电抗器。 根据物理定律,电抗器中存在的至少一个气隙导致了无法忽略的工作频率漏磁场,并产生与工作频率的两倍相对应的噪声。
需要为邻近的电气设置和铁磁材料(如钢制配电柜)留出足够空隙。
确定尺寸的一个重要标准是使用为低频带范围提供的电抗器,比如:
- 电源电抗器
- 平流/整流电抗器
- 滤波电路电抗器
- 马达电抗器
- 马达滤波器
- 正弦滤波器
除非与订购方达成一致,否则,我们将按照最新的
“技术状态”和以下标准进行生产:
VDE 0570
EN 61558、IEC 61558: 电源变压器、电源和类似装置的安全;
第 1 部分: 一般要求和测试;第 2-20 部分: 小型电抗器的特定要求。
直流电源是带有一个或多个输入端和一个或多个输出端的静态设备,可将使用交流电压和交流电和/或直流电压和直流电的系统通过电磁感应转换为具有直流电压和直流电的系统以用于传输电能,通常具有不同值。
要求
直流电源之间的与设计相关的差别主要由目标用途决定。 相应要求在系统和设备标准(如 VDE 0100、VDE 0113/EN 60204/ IEC 60204、VDE 0700/EN 60335/ IEC 60335、VDE 0805/EN 60950/ IEC 60950)及针对一般最终用途的直流电源的可用标准(如 VDE 0570/EN 61558/IEC 61558、VDE 0557/EN 61204/IEC 61204)中进行阐明。
重要选择标准之一是输入和输出电路之间的绝缘结构,如上面的“变压器 - 要求”中所述。
在转换交流电压/交流和直流电压/直流后,将继续区别:
- 交流对直流转换器
- 输入交流电压、输出直流电压
- 直流对直流转换器
- 输入直流电压、输出直流电压
输入直流电压的稳定性和纹波是另一个重要选择标准。 应区分
- 非稳压直流电源
- 稳压直流电源
标准
除非与订购方达成一致,否则,我们将按照最新的“技术状态”和以下标准进行生产:
非稳压直流电源
VDE 0570。
EN 61558、IEC 61558: 电源变压器、电源和类似装置的安全;第 1 部分: 一般要求和测试;按照相关的“第 2 部分:稳压直流电源”操作
VDE 0570。
EN 61558、IEC 61558: 电源变压器、电源和类似装置的安全;第 1 部分: 一般要求和测试;按照相关的第 2 部分操作。
和/或:
VDE 0557
EN 61204、IEC 61204: 低电压电源设备,直流输出 – 性能特征和安全要求。
和/或: VDE 0805: 信息技术设备的安全
EN 60950、IEC 60950: 信息技术设备的安全
这与非稳压直流电源的关联尤其多,对于此类电源,经常需要确保毫秒范围内的短暂网络中断(如由开关程序引起)不会导致控制系统故障。 通过在直流输出端并联一个充电电容器,即可存储电能以在网络短暂中断时释放电能。 附加充电电容器的容量可根据以下参数确定:
电源故障分接时间也称为停留时间(参考资料: VDE 0557/ EN 61204/IEC 61204),指的是(网络)输入电压已关闭情况下,稳压直流电源仍能提供额定输出直流的时间。 因此,额定输出直流电压仍位于指定的容差内,(网络)输入电压关闭前的值比指定的最小值(网络欠电压)高 10%。
最高效的方法是,当稳压直流电源(请参阅接线图“初级时钟脉冲控制的直流电源”等)的中间电路充电电容器具有高容量,可存储大量电能时,延长电源故障分接时间。 一般而言,还可增加与稳压直流电源的输出同时打开的充电电容器的容量,以获得更长的电源故障分接时间,尽管这可能会导致电路的稳压特性出现不良效应。 此外,在打开后可能仅出现输出直流电压的缓慢升高,具体取决于所选的电流限制概念。
电源故障分接通常可实现的时间为 3 毫米至 10 毫米甚至 20 毫米,但支出更大。 要更进一步延长分接时间(如用于存储介质上的数据备份保护),通常需要使用 USV(不间断电源)。
电磁干扰(发射干扰)是指可能会损害设备、装置或系统的功能的所有种类的电磁活动(如噪声、意外信号)。 发射干扰的基本规格是
- EN 61000-6-3(居住、商业、贸易区和小型企业)
- EN 61000-6-4(工业区)
需要时还应考虑大量基本标准 (IEC 61000, CISPR) 和产品标准。
这些直流电源通常称为“线性稳压器”或“纵向控制器”。
基本结构通常包括一个 50 Hz 变压器,该变压器满足与网络进行金属隔离、通过滤波和稳压器进行整流的必需的安全相关要求。 该稳压器一般由功率管组成,操作方式与可更换电阻器类似。 这些电子元件提供稳定的输出直流电压。 输出直流电压的性能值在输出端通过电压分配器进行检查,然后与参考值(参考电压,通常由齐纳二极管生成)进行比较。 这两个校正变量永久控制稳压器并确定输出直流电压的值。
优点:
- 使用 50 Hz 变压器,从安全角度看,网络分隔不成问题
- 通过主分接头,轻松获取多个输入电压
- 简单的电路概念,稳定时间很短
- 纹波非常小
- EMC 问题非常少
- 最高约 50 W 的经济实惠的概念
缺点:
- 效率低下
- 效率在很大程度上取决于网络电压波动和输出直流电压的大小(24 Vdc 时约为 60%,5 Vdc 时约为 35%)
- 生热效应显著,特别对于输出直流
- 体积大
- 分量重
这些直流电源通常称为“开关稳压器”、“开关模式主电源”或“开关模式电源”。 与带有连续调节直流电压和直流功能的线性调节直流电源相比,使用时钟脉冲控制的直流电源(斩波)来切换这些数量。 作为此概念的一部分,使用的功率半导体只做为开关操作。 在这种情况下,只会出现少量的切换和正激损耗,继而得到特有的高效率。
调节是通过恒定频率修改脉冲占空比(打开时间与关闭时间之比),或使用恒定脉冲占空比修改频率。 由此生成的方波电压可转换为几乎任何给定电压级别并进行整流。 高时钟频率范围从约 20 kHz 开始,最高可达许多 MHz,从而可以利用小型中继器铁氧体、感应器和电容器。
下图展示了(网络)变压器和通过接线柱连接的整流器的分配情况。 整流后在滤波器或充电电容器处得到的直流电压通常还称为“中间电路电压”。 此“中间电路”通常使用直流对直流转换器得生成输入。
根据动态系统行为,两个变换器原理之间的根本区别是:
- 馈入正激式转换器
- 反激式转换器
自耦变压器是输入和输出线圈共享相同部件的变压器(参考资料: VDE 0570 第 2–13 部分)。 为此,线圈之间没有金属隔离。
要求:
针对变压器所做的一般声明也适用于自耦变压器,即,比如保护等级、保护类型、绝缘材料等级和额定环境温度等。通常情况下,除非与订购方约定了其他配置,否则,生产自耦变压器时,将在承压部件和铁芯之间提供基本绝缘功能。 现有的分接头无法同时承受负载,除非对尺寸进行特别设计。
标准:
除非与订购方达成一致,否则,我们将按照最新的“技术状态”和以下标准进行生产:VDE 0570,IEC 61558: 电源变压器、电源和类似装置的安全;第 1 部分: 一般要求和测试;第 2–13 部分: 自耦变压器的特定要求。
中间电路直流电压由网络交流电压经整流直接生成。 将典型开关频率大于 20 kHz 的反激式转换器通过接线柱连接到中间电路。 半导体开关由稳压器控制(时钟脉冲控制),确保最终得到稳定的输出直流电压。 然后,将稳压器中集成的参考电压与输出(由电压分配器生成)的性能值进行比较。 半导体开关的打开和关闭次数的调整通过这些校正变量进行。
中继器铁氧体必须满足必需的安全相关要求,这些要求涉及与这些种类的电路概念的网络进行金属隔离,比如稳压器通过光电耦合器来达到该要求。
优点:
- 非常高效,尽可能独立于网络电压波动和高达约 75% 至 90% 以上的输出直流电压。
- 体积小
- 分量轻
- 可以扩大输入电压范围
- 根据电路概念的不同,可以使用交流和直流输入电压
缺点:
- 电路复杂性(元件数、故障概率)更高
- 稳定时间相对较长,同时依赖于开关频率
- 输出直流电压相对不稳(尖峰、宽波带频谱)
- 高噪音级别的时钟会导致 EMC 问题
输入线圈是用于连接到电源电路的线圈。
可以使用多个线圈串联或并联,也可以使用分接头。 根据需要的绝缘材料的数量和数值以及与额定输入电压相关的分接头的百分比偏差,提高核心功率(结构尺寸)对于变压器而言可能已成为必需。
将多个不同输入电压设置为替代时,绝对必须提高核心功率。 例如,如果额定(输出)功率不变时需要使用 230 V 和 400 V 电源,则需要的线圈空间增加约 21 %(单室线圈架)。 这一切源自需要一个现成的线圈来提供 230 V 输入电压的完整功率,需要使用另一个线圈提供 230 V 至 400 V 电压之间的功率。因此,将变压器的核心功率设置为比额定(输出)功率的约高 21 %。
防护类型的规格(参考资料: DIN VDE 0470、EN 60 529、IEC 60529)描述了电气设备通过托架、盖板、外壳和类似装置进行防护的情况。
防护类型由字母符号(IP 代码)指定,其中,第一个代码数字(0 至 6)提供有关接触和异物侵入防护的信息。 第二个代码数字(0 至 8)提供有关渗水防护的信息。
常用防护类型:
- IP 00
对偶尔接触或异物侵入无特殊防护。 对水无特殊防护。 “开放设计类型”的结构属于 IP 00 防护类型。
- IP 20
- 防护接触和直径大于 12 毫米的固体异物侵入。对水无特殊防护。
- IP 23
- 防护接触和直径大于 12 毫米的固体异物侵入。防护从 60° 以下任何角度乃至垂直的水喷射溅落,确保此类喷射不会造成损坏。
- IP 40
- 防护接触和直径大于 1 毫米的固体异物侵入。对水无特殊防护。
- IP 44
- 防护接触和直径大于 1 毫米的固体异物侵入。防护水喷射,确保从任何方向喷射到设备的水都不会导致损坏。
- IP 54
完全防护接触。 防护损坏性积尘。 由于对尘土进入未采取完全防护措施,进入的尘土不得积累到损害工作程序的量。 防护水喷射,确保从任何方向喷射到设备上的水都不会造成损坏。
- IP 65
- 完全防护接触。 防护尘土进入。 防护水喷射。 防护喷嘴从任何方向喷射到设备的水,确保任何喷射都不会造成损坏。
- IP 67
- 完全防护接触。 防护尘土进入。 防护短暂浸水影响。 当外壳在标准化的压力和时间条件下短暂浸入水中时,进水量不会导致损坏。
注意: 防护类型的规格指的是交货时和安装好或使用通常方法设置设备时的状况。 防护类型随设置或安装方法的不同而改变。
变压器按照它们的防短路类型进行划分(参考资料: VDE 0570、EN 61558、IEC 61558):
防短路变压器是一种在变压器过载或短路时温度不会超过既定限值的变压器,一旦清除过载或短路,则能够继续满足上述标准的所有要求。
无限制防短路变压器是一种无防护装置的防短路变压器,在过载或短路时温度不会超过既定的温度限值,清除过载或短路后能够继续操作。 注意: 由于物理限制,此类变压器只允许使用最高约为 4 VA 的低级额定功率的结构设计。因此,开路电压系数最高不超过 2.00。 输出电压的曲线形状与正弦形存在差异。 无限制防短路变压器无需永久防短路。
受限制防短路变压器是一种内置防护装置的防短路变压器,当变压器过载或短路时将打开电路或限制输入或输出电路中的电流。 注意: 防护装置包括保险丝、过载脱扣器、温度保险丝、自动和非自动复位限温器、热敏电阻及自动机械触发保护开关。
非防短路变压器是一种通过未集成在变压器中的防护装置来防止温度过高的变压器。
注意: 除非使用了其他配置,否则,由订购方负责采取措施来保护变压器。
当变压器连接到额定输入电压并具有额定频率和负载阻抗(与额定输出电压相关,通过对交流电使用额定功率因数而得出额定功率),输出电压与其额定值的偏差不得超过以下值:
- 10 %,适用于具有一个额定输出电压的无限制防短路变压器的输出电压;
- 10 %,适用于具有多个额定输出电压的无限制防短路变压器的最高输出电压;
- 15 %,适用于具有多个额定输出电压的无限制防短路变压器的其他输出电压;
- 5 %,适用于其他变压器的输出电压。
对于具有整流器的变压器,上述所列的百分比值需增加 5 %。
(除非使用其他配置)在额定环境温度和额定功率因数为 1 的额定(输出)阻抗下达到预热工作温度(平衡状态)后执行测量。
对于具有多个输出线圈的变压器,将同时加载每个线圈组,除非指定了其他配置。
对于连接有整流器的变压器,将在带有电压测量设备的直流电路终端测量输出电压作为算术平均值,只要该电压未被明确指定为有效值。