汽车暗室ALSE场地确认方法解析

汽车暗室ALSE场地确认方法解析技术专家介绍技术专家专家介绍袁书传 上电科EMC场地确认总工程师 上电科EMC外场项目测试总监督人 EMC场地确认国际标准研究带头人 主要负责检测所EMC场地确认国际标准的研究，及时关注场地确认标准的最新发展变化动态，使检测所始终走在EMC场地确认标准各领域的最尖端；负责检测所场地确认项目的所有项目计划制定，测试进度，项目质量，后期跟踪；负责检测所EMC场地确认检测设备更新、研发； 背景介绍 在追逐个性化的年代，汽车电子产品充当了追随者以及引领者，正因如此，电子产品功能越多的情况下，产品所用电路集成程度就越来越高，为了避免产品自身或对外界的电磁干扰，对汽车电子产品的检测就势在必行。 汽车零部件ALSE场地确认方法参考标准CISPR25_419_CD，分析了CISPR25_419_CD标准提供的场地确认方法与CISPR16-1-4中提及的场地NSA测试的区别，以及各自测试方法的意义。主要介绍CISPR25_419_CD标准中长线法的测试方法，以及如何符合场地要求，并分析场地确认测试出现不符合是应该如何处理。概述 根据国际及国内标准要求，检测汽车电子产品需在电波暗室内进行，这种检测用汽车产品的电波暗室简称为ALSE，而如何验证ALSE性能是否满足要求？是否可以采用CISPR16-1-4中所列常规暗室的性能确认方法？通过标准可以发现CISPR16-1-4中场地确认方法测试发射及接收天线是3m或10m，如图1所示，实际测试时EUT到天线的距离也是3m或10m，如图2所示，而汽车零部件产品CISPR25规定的EUT到天线的距离为1m，且测试桌铺有黄铜，黄铜与实验室屏蔽壳体搭接，如图3。图1：CISPR16-1-4场地确认测试图图2：GB9254标准中EUT测试示意图图3：CISPR25标准中EUT测试布置图 从图1及图2场地确认及EUT实际测试相互关联中可知如果用CISPR16-1-4中的场地确认方法来验证汽车零部件测试场地会不合时宜，因此汽车零部件测试用暗室迫切需要有一套新的场地确认方法，D分会成立研究组来解决此问题是在这种背景下应用而生的。 在D分会工作组的推动下，新的CISPR25_419_CD中提到的场地确认方法变动已经很小了，（由CISPR成员团体中被提名的专家组成起草小组，并由起草小组草拟工作草案（WDs）。这些非常粗略的草案通常不会流传到起草小组之外。当这些草案标准成熟了，他们经过委员会草案（CD）阶段（在此阶段他们在ISO成员中流传以获取分析和评价），国际标准草案(DIS) 阶段和最终版国际标准草案(FDIS) 阶段，后两阶段都在正式发行国际标准（IS）之前进行，并将进行ISO 成员的正式投票。在所有阶段，均将实施验证活动以确保草案标准能满足设计规范的要求，在后期阶段（典型的是CD和DIS阶段）确认活动可吸收标准的实际用户参与），在CISPR25_419_CD前还出现过CISPR25_391_CD;CISPR25_400_CD文稿，其中391与400间差异较大，400与419变化很小，也说明CISPR25_419_CD已经得到很大认可，将来的变动会更小。EMC场地确认方法及关键指标 根据CISPR25_419_CD标准中可以得出，汽车零部件暗室（简称ALSE）场地确认方法有两种，两种方法任一方法验证都符合要求，具体见下图4，图5。图4：ALSE场地确认方法图5：ALSE场地确认两种测试方法的确认程序图 参考测量法： 需要验证的ALSE场地与标准OTA场地或者标准暗室间的比较，比较结果在150kHz-1GHz中481个频点内有90%的频点在±6dB内，则ALSE场地符合标准要求。测试所用的天线为在<30M时， 用小型单杆天线作为发射天线 ，在>30M时，分别用小型双锥（30-200M）及小型偶极子天线（200-1000M） 具体如图6所示。 图6：参考测量法测试天线及布置图 长线法： 在150k-1000M时发射天线为同一个，发射装置是用一根50cm长，4mm粗的实心黄铜充当发射天线，铜棒固定在两个带N型接头的L型铝板上。测试最终结果与标准给定的值比较，481个频点中至少90%的频点落在±6dB，则可判断符合标准要求。长线法发射天线装置见图7图7：长线法装置 参考测量法与长线法比较： 参考测量法标准中给定需要与开阔场或电波暗室比较，不同的电波暗室测试数据可能不一样，且操作中用到的小型偶极子天线没有给定，而长线法测试给定了发射天线自制的材质，尺寸，操作相对简单，且是与标准给定的仿真参考值比较，目前更有可比性，因此本文主要介绍长线法测试。 长线法测试方法： 长线法测试频段为150kHz-1000MHz，在整个测试频段发射天线均为同一个长线法装置，装置对空间辐射是有50cm长的黄铜棒来实现，黄铜棒只有一个是模拟汽车零部件DUT测试时的线束对空间的辐射，接收天线则根据不同频段有不同，具体为在150kHz-30MHz时是采用单级杆状天线，30MHz-200MHz时为双锥天线，200MHz-1000MHz时为对数周期天线，测试时不同的频段设置不同测试步进，如表1所示：表1：测试频率，天线，步进对应关系 测试时，接收天线端及发射天线端都需要用到带磁扣的同轴线缆，同轴线缆上用到磁扣的数量要求每间隔20cm有一个，磁扣的阻抗要求为25MHz时为50Ω，100MHz时为110Ω，挑选磁扣时先要了解线缆的外径尺寸，因此，磁扣在选择上需要满足尺寸及阻抗双项要求。磁扣的作用为降低线缆对空间的辐射（线缆对地的共模容性感应），同时也可吸收空间电磁波对线缆的耦合（磁扣工作机理是将电磁能转化为热量），避免对数据的影响，磁扣选择如表2所示：表2：磁扣型号，尺寸，及特性阻抗对应表 测试系统连接方式： 信号发生器通过同轴线缆与10dB衰减器（10dB衰减器的作用为起到阻抗匹配，减少阻抗失配产生的驻波）连接后连接到长线法装置，长线法装置另一端口连接50Ω终端阻抗，接收天线通过线缆连接到接收机，接收机通过GPIB-USB连接到测试电脑，具体连接下图8所示：图8：测试系统连接图 长线法测试程序： 在进行性能测试之前先将发射线缆及接收线缆直通，直通时需包含10dB衰减器。此时测试结果记录为M0 测量时，长线法装置一端L型板端接50欧姆终端，另一端则是与带连接有10dB衰减器的发射线缆连接，发射线缆另一端信号发生器连接。接收线缆一端与接收天线连接，另一端与接收机连接，此时测试结果为MA 单级杆状天线只需测垂直极化，双锥天线以及对数周期天线则需测试水平及垂直两个极化方向。 Eeq=120dB(μv)+（MA-M0）+KAF, Eeq为等效场强，KAF为天线系数 △Long Wire Method=Eeq.max – Eeq .max .ref △ in dB, Eeq.max值为Eeq ，Eeq. max.ref为理论标准值，标准上已给定 标准中理论值Eeq . max.ref的来源为通过仿真建模得来，具体建模为在0.15M-30M时无接地金属板仅有测试桌面上的参考金属板，30M-1000M时桌面上的参考金属板与暗室屏蔽壳体搭接接地，搭接方式为在参考金属板的中心位置通过100mm宽的金属带与屏蔽壳体搭接。仿真时的桌面金属板尺寸为长x宽x高：2.5m x1m x1 m，这个尺寸也是CISPR25 DUT测试时要求的标准尺寸。仿真模型图见图9图9：理论参考值仿真建模图 测试结果计算： 将△值与±6比较，统计落在此区间里的频率点数，既统计满足△值落在±6的频率点数，并将此点数与总数481比较，如果大于90%,则可理解为场地符合要求。具体计算公式如下：图7：长线法装置 150kHz-1000MHz实际测试布置图如表3所示：表3：150kHz-1000MHz测试布置图 与之相对应的测试结果如表4所示：表4:150kHz-1000MHz测试结果图 表4的结果可以看出在150kHz-1000MHz里只有35个频点没有落在理论参考值的±6dB内，既大于90%的频点都在±6dB内，场地符合标准要求。ALSE场地确认分析及对策 暗室性能评估方法主要是看最后的测试数据结果是否满足标准要求，既测试频点有90%的点落在参考值的±6dB内。如果测试结果不符合，则可以检查是否有连接10dB衰减器，50Ω匹配电阻是否端接，及测试线缆是否有加磁扣，磁扣阻抗是否符合阻抗要求。以及金属板是否有良好接地，长线法装置铝板是否跟参考接地板搭接良好。这些细微的因素都有可能导致结果不符合,因此建议在测试前先进行接地阻抗的测试。结语 ALSE场地性能确认位于EMC射频测试的前端，直接关系到辐射发射测试结果的准确性，在产品的EMC认证测试中，无论是国内的3C认证、欧洲的CE认证、美国的FCC认证、加拿大的IC认证还是日本的VCCI认证等，辐射发射测试都是非常重要的必测项目，同时也是各实验室之间需要不断比对以保证一致性的项目，确保EMC场地方面的持续有效性，进一步保证企业产品的辐射发射测量结果的一致性和可靠性,这也是CISPR25_419_CD文件所在的D分会工作组推出该标准的意义。

三相负荷不平衡自动调节装置测试案例

三相负荷不平衡自动调节装置测试案例技术专家介绍专家介绍徐献清总检验师；上电科学科带头人；高级工程师；中国电源学会电能质量专委会委员；高级能源管理师、审计师。工作方向：主要负责检测方案的制定、评估与实施；在役电气设备（系统）安全（包括电能质量）测试与评估；产品应用领域及新领域检测技术研究；及检测设备的研发等。专家介绍史贵风专项电能质量工程师；注册国家高级电能质量工程师；中级工程师。工作方向：主要从事低压电器产品的检测；电能质量领域检测方案的制定、评估与实施；在役电气设备（系统）安全测试与评估；以及检测设备的研发等。背景介绍 按照国家电网的规划，将在2009～2020年分三个阶段实现智能电网建设：第一阶段(2009年～2010年)预计投资5500亿元，第二阶段(2011年～2015年)预计投资2万亿元，第三阶段(2016年～2020年)预计投资1.7万亿元。电网智能化的改变导致一次设备需要升级为智能电力设备，二次设备需要升级为智能控制单元。这个智能化的转变过程也将给整个变配电行业带来彻底的变革，最直接的改变体现在一二次设备的融合趋势明显。目前一次设备和二次设备互相之间仍处于相对分离状态，但是在未来的一次设备中将含有部分二次设备智能单元，这将打破现有的电力设备企业的市场格局，迫使企业向一二次设备融合的方向转变。 在智能电网建设的大背景下，国家发改委《关于“十三五”期间实施新一轮农村电网改造升级工程意见》经国务院同意，在整个十三五期间（2016－2020年）正在全面实施。无独有偶，去年中央一号文件发布，提出要加快实施农村电网改造升级工程，开展农村“低电压”综合治理工程。同时，国家能源局专门出台《配电网建设改造行动计划》，其中，农网改造的内容占据了相当大的份额。这一系列与农网改造升级工程相关的文件的密集出台，标志着新一轮大规模农网改造升级高潮来临。 三相负荷不平衡情况在广大农村、城乡结合部等用电负荷高增长地区普遍存在，一些配变台区由于受地理位置和技术因素的影响，三相不平衡及低电压情况更加突出。在我国城乡低压配电网中普遍采用三相四线制供电方式，配电变压器多为10/0.4kV降压、Y/yn0接线。理论状态下，三相负荷为平衡配置变压器对称运行。但实际的供电网络是三相生产用电与单相负载混合用电，再加上相关线路的标准不统一问题、大功率负载、单相用户不可控的增容的接入以及单相负载用电时间的分散问题，都是造成三相负载不平衡的因素。图1：农村配网和住宅小区配网电流不平衡问题概述农村配网:电流不平衡率达到35~60% 住宅小区配网:电流不平衡率达到30~50% 三相负荷不平衡会对用户电压、台区线损造成影响，还会增加变压器的有功损耗，降低配电变压器效率，使配电变压器运行温度升高，产生中性点电压偏移，造成三相电压不对称，导致局部电压过高或过低的情况，严重时会烧毁用户电器。此外，三相负荷不平衡还会加大对周围通信系统的干扰，影响正常通信质量，给供电企业和人民生活造成一定的影响。 只有应用综合治理的技术才能解决低压配电系统三相负荷不平衡问题，而面对当前三相负荷所产生的不平衡电流问题，最行之有效的方法就是做到尽量合理的分配用电负荷。在当前低压配电系统中，尤其是十三五农网改造工程中应用较广的三相负荷不平衡自动调节装置的主要功能就是通过综合技术手段，自动检测三相电路中的不平衡问题，动态优化三相电流的不平衡，以达到“合理的分配用电负荷”的目的。 本文通过模拟三种不同的工况条件下的测试情况，来直观的检测某厂家三相负荷不平衡自动调节装置在自动检测三相线路不平衡问题、动态优化三相电流不平衡方面的综合能力。测试工况分析待测试装置技术参数：交流输入（三相四线）：400V 50Hz；额定容量：75kVA。如图2所示，搭建三相电流不平衡补偿测试回路，模拟装置动态补偿三相不平衡有功电流时的运行环境，图示测试回路中R1、R2、R3为电阻性负载。图2 三相负荷不平衡自动调节装置补偿功能测试回路 根据测试要求正确连接互感器，选择装置在有功不平衡补偿模式下运行，检测装置分别在以下三种不同工况时的不平衡补偿能力。不同工况工况一：被测装置如图2所示并入测试回路中。仅投入QF1路负载，调节R1，仅A相回路加载30A有功电流；工况二：被测装置如图2所示并入测试回路中。仅投入QF1、QF2路负载，调节R1、R2，仅A相回路和B相回路加载30A有功电流；工况三：被测装置如图2所示并入测试回路中。投入QF1、QF2、QF3路负载，调节R1、R2和R3，A、B、C三相分别加载10A、20A、30A有功电流；分别记录如下内容不平衡补偿前网侧电流（A、B、C、N）、不平衡补偿后网侧电流（A、B、C、N），要求在以上三种工况下，三相负荷不平衡自动调节装置运行补偿之后，网侧电流满足：A相、B相、C相电流的不平衡度在10%以内，则该项测试合格。 不平衡度是指三相电力系统中三相不平衡的程度，用电压或电流负序分量均方根值与正序分量均方根值百分比来表示。由于负序分量无有效测试手段，工程上，三相电流不平衡度采用下面的方法计算：测试数据结果及分析 工况一：仅A相投入30A有功电流，进行不平衡补偿记录工况一测试数据如下（由于实际记录的数据较多，下表中的数据为某段时间内连续记录数据的平均值）：工况二：仅A/B相分别投入30A有功电流，进行不平衡补偿记录工况二测试数据如下（由于实际记录的数据较多，下表中的数据为某段时间内连续记录数据的平均值）： 工况三：A/B/C分别投入10A/20A/30A有功电流，进行不平衡补偿记录工况三测试数据如下（由于实际记录的数据较多，下表中的数据为某段时间内连续记录数据的平均值）：结论 上述测试数据及结果直观反映了被测装置的有功电流三相不平衡的补偿能力，正如本文背景介绍中所述，三相不平衡问题是一个综合性的问题，需要综合治理，治理过程中需要考虑不同的应用需求、综合治理功能的优先级别、经济性与实用性等。具体来说，如单相分布式光伏接入低压配电网时的应用需求与常规单相用电户的应用需求应该区别研究；实际装置的功能一般是综合性的，包含不平衡补偿、无功补偿、谐波补偿等功能，如何定位各功能的优先等级，也是需要充分考虑的；另外由于该装置多应用于户外、尤其是农村偏远地区，对于IP防护等级、使用寿命周期、维护保养能力等也是要综合设计。 总之，随着智能电网一二次设备融合的转变以及十三五农网改造升级工程的实施，低配电系统三相负荷不平衡问题亟需大力解决，研究三相负荷不平衡自动调节装置，及时掌握配电变压器的负荷大小及三相电流、电压等情况，综合运用技术手段，从根本上解决“三相不平衡”电力质量问题显得尤为重要。