世纪汇泽（苏州）检测技术有限公司
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- CS101（25Hz~150kHz电源线传导敏感度）
- CS102（25Hz~50kHz地线传导敏感度）
- CS103（15kHz~10GHz天线端口互调传导敏感度）
- CS104（25Hz~20GHz天线端口无用信号抑制传导敏感度）
- CS105（25Hz~20GHz天线端口交调传导敏感度）
- CS106（电源线尖峰信号传导敏感度）
- CS109（50Hz~100kHz壳体电流传导敏感度）
- CS112（静电放电敏感度）
- CS114（4kHz~400MHz电缆束注入传导敏感度）
- CS115（电缆束注入脉冲激励传导敏感度）
- CS116（10kHz~100MHz电缆和电源线阻尼正弦瞬态传导敏感度）
- RS101（25Hz~100kHz磁场辐射敏感度）
- RS103（10kHz~40GHz电场辐射敏感度）
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客户案例
CASES
脉冲磁场抗扰度系统校准方法
发布时间：
2023-10-16 00:00
1. 前言
目前，国内的脉冲磁场抗扰度校准规范只适用于组合波发生器主机和感应线圈的独立校准， 缺少脉冲磁场试验系统校准方法， 而感应线圈在使用过程中因使用不当造成的变形，会导致整个系统性能指标不满足试验标准的要求。
因此，为了解决上述问题，本文提出一种试验系统的校准方法，并验证了这种校准方法的正确性，也可为相关测试人员开展试验系统的期间核查提供指导。为了增加脉冲磁场抗扰度试验结果的可重复性和稳定性，需要对试验系统定期的进行校准。
2. 脉冲磁场抗扰度系统概述
脉冲磁场抗扰度试验系统是用于模拟设备遭受由雷击建筑物和其他金属架构以及由在电力系统中初始的故障瞬态产生的，或模拟在高压变电站中由断路器切合高压母线和高压线路产生的脉冲磁场干扰的情况。
脉冲磁场抗扰度试验系统是由组合波发生器(内含或外接1 8μF 电容)和感应线圈两部分组成，组合波发生器作为试验电源，用来产生满足标准要求的一定强度的脉冲电流，感应线圈作为能量转换器将流经线圈本身的电流信号转化为空间磁场干扰信号，以考核被试设备是否能正常工作。试验系统原理图如图1所示。
图1 脉冲磁场抗扰度系统原理图
2.1 组合波发生器
组合波发生器的构成如图2所示， 由两部分回路组成，左半部分U作为电压源，Rc作为充电电阻，Cc作为储能元件形成了充电回路;右半部分Rs1和Rs2用来调节波形的持续时间，Lr电感用来控制波形的上升时间，Rm作为匹配阻抗电阻器，与Rm、Rs1、Rs2、Lr和负载形成了放电回路，切换开关用来控制电路充放电过程。
图2：组合波发生器原理图
组合波发生器作为试验系统的电流源，在不连接感应线圈测量短路电流为8/20μs波形，即短路电流的波前时间为8μs，短路电流的持续时间为20μs，其波形参数见表1，波形图如图3所示。
表1 短路电流波形参数
图3：组合波发生器8/20μs波形图
2.2 感应线圈
IEC61000-4-9中规定了两种标准的单匝感应线圈，其尺寸分别为1m×1m和1m×2.6m，由铜、铝或其它非导磁性材料制作而成，线圈可以产生标准所需的磁场，磁场均匀性要求仅限于垂直于线圈平面的单一方向，在试验过程中通过连续转动感应线圈来获得不同方向的磁场。
3. 脉冲磁场系统校准的特性指标及要求
3.1 试验系统校准的特性指标
试验系统校准的实质是对组合波发生器输出到感应线圈中的脉冲电流信号参数进行校准，特性指标为脉冲电流波形的波前时间、持续时间和脉冲峰值电流，具体指标见表2和表3。表中的X作为一个开放等级，根据用户的需求可以进行更高电流等级的试验，系数0.9和0.66是标准感应线圈的计算线圈因子。
表2：试验系统波形参数
表3：试验系统峰值电流参数
3.2 试验系统的校准要求
校准环境要求在无受试设备的自由空间条件下进行，并且周围无影响正常校准工作的电磁干扰和机械震动。在使用电流探头测量短路电流时，应当选择合适的探头以避免发生磁通饱和现象，探头的低频率(-3dB)点应小于100Hz。校准使用的电流探头及示波器或其他类似等效的仪器带宽不小于1MHz。
4. 校准方法
试验系统校准按以下步骤进行 ：
a.按照图4连接脉冲磁场抗扰度测试系统，电流探头套在组合波发生器输出连接线上，电流探头输出端和数字示波器输入端相连，同时把接地端和示波器的接地端口可靠连接。试验发生器输出端与标准感应线圈之间的连接线如果不是采用屏蔽同轴线缆，则需采用双绞线(长度小于3m)进行连接，目的是消除线缆上磁场感应引起的差模信号;
图4 试验系统校准连接图
b.按照图4完成连接并检查无误后，示波器和组合波发生器开机预热，预热时间30min;
c.根据脉冲磁场抗扰度试验的过程，按照表3要求，在组合波发生器上设置相应的试验等级等参数，然后设置示波器输入阻抗为1MΩ，调整合适的电压刻度、时间刻度、触发模式、触发电平和采样率;
d.打开组合波发生器输出开关，使示波器抓取脉冲电流波形，再调整示波器的扫描时间和触发电平，使示波器屏幕中央显示完整的波形，采用示波器游标手动测量幅度y轴与时间参数x轴，读取并记录数据。
e.按照以上步骤，组合波发生器在每一个试验等级分别输出正极性5次脉冲和负极性5次的脉冲，每次脉冲的时间间隔不小于10s，依次记录校准结果。
5. 校准验证
依据上述校准方法和校准要求，对实验室现有的脉冲磁场抗扰度测量系统进行校准，以验证校准方法的可行性和正确性，其中线圈为标准线圈，尺寸为1m×1m，线圈因子为0.9。
5.1 校准设备
①示波器使用R&S公司的RTO 2024示波器，带宽2GHz(见图5)。
图5：RTO 2024示波器
②电流探头使用Pearson公司型号为411的探头，带宽20MHz，电流测量范围为5000A(见图6)。
图6：411电流探头
5.2 校准布置和结果
校准布置如图7所示，按照第4章节的方法进行校准，经校准后的结果如图8所示。
图7: 世纪汇泽实验室脉冲磁场系统校准实图
图8为组合波发生器磁场设定值为100A/m校准结果波形图，图显示峰值电流：104.4A,波前时间：1.25*8.14μs≈10.18μs，持续时间：23.5μs。满足表2和表3测试标准对设备性能指标的要求。
图8：100A/m校准波形图
希望读者通过本文章掌握脉冲磁场抗扰度系统校准方法，也可为相关测试人员开展试验系统的期间核查提供指导方案。