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不间断电源的电磁兼容标准

2003-05-30 14:58:18 来源:《国际电子变压器》2003.06
不间断电源的电磁兼容标准
EMC Standard of UPS

不间断电源在正常工作时可能会向外发射电磁骚扰,骚扰通过设备的各种连线传播,称为传导发射,骚扰通过空间传播,称为辐射发射。同时不间断电源在工作时也会受到外界的各种骚扰,如静电放电、射频辐射电场、电快速瞬变脉冲群、浪涌(冲击)和低频信号的骚扰。这些问题称为电磁兼容性。
发达国家和地区制定了相关的电磁兼容(EMC)法令,如国际IEC,CISPR等系列标准,欧共体的EN标准,美国的FCC标准,我国也有相应的GB标准。
不间断电源一般作为信息技术设备是属于GISPR G分会,关于信息技术设备的干扰分会,而作为电源类产品也划分到GISPR B分会,关于工科医射频设备的干扰分会。作为信息技术设备应该执行GB9254-1998《信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法》即GISPR22和GB/T17618-1998《信息技术设备抗扰度限值和测量方法》即GISPR 24;作为电源类产品也应该执行GB4824《工业、科学和医疗(ISM)射频设备电磁场骚扰特性的限值和测量方法》即GISPR 11,及GB17625.1《低压电气及电子设备发出的谐波电流限值(设备每相输入电流≤16A)》即IEC61000-3-2。除抗扰度GB/T17618为推荐性标准,其余均为强制性国家标准。
除了上述通用国际标准和国家标准,IEC国际电工委员会也制订不间断电源的电磁兼容标准IEC620040-2:1999《不间断电源设备(UPS)第二部分 电磁兼容性(EMC)要求》,它是在欧共体的EN标准EN50091-2基础上制订的,它在各方面均优先于所有通用标准,通过该标准的EMC测试,可不需按其它标准另加试验,了解该标准对不间断电源设计生产和选用很有帮助。
IEC62040-2:1990《不间断电源设备(UPS) 第二部分 电磁兼容性(EMC)要求》包括两个主要部分,发射和抗扰性,比较全面,见表1。

标准的电磁兼容性要求主要参照IEC61000系列和GISPR电磁兼容性标准制定,标准对UPS的分类,测试条件,测试布置以及限值作了详细规定。
不间断电源作为以PWM方式高频开关变换为基础电源产品,其往往工作于硬开关状态且开关频率高,边沿陡峭,必然存在的寄生参数,会产生尖峰干扰,这些是严重的射频干扰源,会通过端口向外发射,另外数字化控制电路也是一个不小的干扰源。
这些电磁场可以通过UPS的端口发射,骚扰其它设备,污染环境,UPS常见端口有AC输入电源端口,AC输出电源端口,DC电源端口(蓄电池),信号/控制端口,接地端口以及外壳端口等。同时外部的电磁场可以通过这些物理边界侵入UPS,使UPS输出特性,外部和内部显示和测量值发生变化,使与外部装置的控制信号、通讯信号出错,甚至运行方式发生改变,最严重时UPS被损坏。因此应该对UPS的电磁场发射和抗扰性制定标准进行考核。
对各国来说控制严的是发射,IEC62040-2涉及骚扰的频率范围为0Hz~1.0GHz,确定发射要求的目的是保证UPS正常运行时产生的骚扰不会达到妨碍其它设备正常运行的程度。
标准的制定目的在于要求UPS设计者,或在使用时考虑其骚扰的存在,并采取措施来抑制发射量,以达到一个合理的程度。因此可考虑不同使用场合,按骚扰电平的极限值对UPS进行分类,即A级和B级UPS。
A级UPS
指非家用和不直接连接到住宅低压电网中的所有设施中使用UPS。用工业用插头、插座连接或固定连接的所有UPS以及配置仅供工业用的国家标准插头插座的UPS都是A级UPS。
B级UPS
这种UPS适用于包括家庭在内的所有场合,以及直接与住宅低压供电网连接的设施。所有的B级UPS均要使用符合国家标准(GB1002)的插头插座连接。
应该指出这些分类的电磁兼容要求也是有限的,当B级UPS使用时,与接收天线的距离小于10m、按本标准的规定的限值不能对无线电和电视接受提供充分的保护。在高敏感度设备附近使用UPS时,可能必须采取附加的抑制措施,使其电磁发射进一步降低到规定的电平。
作为产品标准,它明确了UPS试验条件:
1. 在额定输入电压,被测UPS以正常方式运行,并接入能产生最大骚扰电平的线性负载。
2. 模拟市电故障,使UPS工作于蓄电池供电方式,并接入能产生最大骚扰电平的线性负载。
在发射中标准规定了如下限值:
1 传导发射
1.1 在电源端子骚扰电压限值

1.2 交流输出端口骚扰电压的限值
对于A类,B类UPS,输出端的传导骚扰应小于表2的限值。
1.3 信号端口的限值

1.4 低频发射——输入电流谐波
如果UPS的额定输入电流小于等于16安培,电流谐波限值和试验方法参照GB17625.1(IEC61000-3-2)《低压电气及电子设备发出的谐波电流限值(设备每相输入电流≤16A)》
2 辐射发射
2.1 电场
受试设备应满足表4的限值

在过渡频率应用较低的限值。
2.2 磁场
表5,6在3m的距离使用环形天线测量的限值,频率在150KHz以下为非强制性的。


3 抗扰度
抗扰度的要求覆盖的频率范围为0Hz~1GHz。
这些试验要求代表了基本的电磁兼容性抗扰度要求。对所考虑的各端口都规定了试验要求。
3.1 一般要求和性能判据
设备在正常运行方式时最低限度的要求应符合3.2-3.6抗扰度限值,这些限值及方法基于GB17625,GB/T17626(IEC61000)的有关标准。表7给出了UPS的性能判据,兼容性用模拟下述条件进行试验,UPS应连续运行,而规定性能不能降低。

3.2 静电放电抗扰度
UPS在运行时,应能承受GB/T17626.2(IEC61000-4-2)的静电放电试验,性能判据B。
静电放电抗扰度试验按GB/T17626.1试验等级3进行。ESD试验仅施加在设备正常使用期间可能触及到的UPS的点或表面,以及0.5m×0.5m的水平和垂直耦合板上。
对UPS选定的测试点和垂直耦合板实施放电,每个极性至少10次。
3.3 射频电场辐射抗扰度
UPS运行时应能承受GB/T17626.3(IEC61000-4-3)射频电场辐射抗度试验,性能判据A。
对辐射电磁场(EM)辐射抗扰度试验应按GB/T17626.3 试验等级2进行。UPS应放在频率范围为80MHz~1000MHz,场强为3V/m,用1KHz(正弦波)调制,调制度为80%的电磁场中。
3.4 电快速瞬变脉冲群抗扰度
UPS运行时应能承受GB/T17626.4(IEC61000-4-4)中规定的共模传导(电快速瞬变)抗扰度试验等,性能判据A。
电快速瞬变脉冲群抗扰度试验应在所有与UPS连接的电缆上进行,除非制造厂说明其长度小于3m。
设备应按GB/T17626.4试验等级2进行,试验发生器端子开路电压:对电源线为1kV;对输入/输出线、数据和控制线为0.5kV。试验的最小持续时间为1分钟。
3.5 浪涌(冲击)抗扰度
UPS运行时应能承受GB/T17626.5(IEC61000-4-5)浪涌(冲击)抗扰度试验,性能判据B。
试验按GB/T17626.5(IEC61000-4-5)的试验等级3进行。由试验发生器产生开路电压2kV的单向脉冲,上升/下降时间为1.2/50μs,施加于所有输入电源端子和地之间,两种极性均需进行试验。
3.6 低频信号的抗扰度
UPS在运行时应能承受IEC61000-2-2规定低频传导骚扰和电网传输信号的电磁兼容性。
不间断电源作为一个电源保护产品,其设计宗旨不但是后备供电,更主要的是改善电源质量,IEC62040-2是一个很好的产品电磁兼容标准,它对规范UPS产品设计,生产,质量监督检查,指导用户安装使用都有很重要意义。基于IEC62040-2的国家标准正在制定,在广泛征求意见后不日就将报批,通过该标准的实施,将有助于提高我国UPS的产品水平,应用水平,提高用户的电源质量意识;同时电磁兼容性作为强制性的法令标准已作为市场准入和市场流通的必要条件,UPS产品标准的制定在国际贸易中更具重要意义。
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