Приложение D (справочное). Рациональный метод измерения и оценки

Приложение D
(справочное)

Рациональный метод измерения и оценки

D.1 Общая информация

Метод оценки соответствия воздействий, базирующийся на стандартах ICNIRP и IEEE, приведенный в данном приложении (см. рисунок D.1), состоит из оценки наведенного тока (см. раздел D.2) и оценки тепловых воздействий (см. раздел D.3).

Рисунок D.1 - Обзор метода измерения и оценки

D.2 Плотность наведенного тока

D.2.1 Общая информация

Исходя из основных ограничений, плотность наведенного тока в (манекене) человека должна удовлетворять требованию уравнения (D.1):

(D.1)

где: J(, d) - плотность тока при частоте i и при расстоянии измерения d в соответствии с приложением А;

- основное ограничение плотности тока при частоте i по таблице С.1. Плотность наведенного тока в (манекене) человека i может наводиться:

- вихревыми токами в (манекене) человека, вызванными магнитным полем испытуемой осветительной аппаратуры, описанным в данном разделе.

- емкостными токами от испытуемой осветительной аппаратуры на (манекен) человека, вызванными электрическим полем, описанным в разделе D.3.

Поэтому уравнение (D.1) можно переписать в уравнение (D.2):

(D.2)

где: - плотность тока, вызванная магнитным полем при частоте i и при расстоянии измерения d в соответствии с приложением А

- плотность тока, вызванная электрическим полем при частоте i и при расстоянии измерения d в соответствии с приложением А.

Частоты для силовых преобразователей в осветительной аппаратуре должны быть выше 20 кГц, чтобы исключить акустический шум и инфракрасные помехи. С учетом этого уравнение (D.2) можно переписать в уравнение (D.3):

(D.3)

Частота сети 50 Гц или 60 Гц является только соответствующим частотным компонентом в частотной области от 1 Гц до 20 кГц. Поэтому уравнение (D.3) можно переписать в уравнение (D.4)

(D.4)

D.2.2 Плотность наведенного тока, вызванного магнитным полем;

D.2.2.1 Общая информация

Рисунок D.2 - Расстояния до головки, контура и измерительного оборудования

Наведенное напряжение в контуре в головке (см. рисунок D.2), вызванное магнитным полем можно вычислить по уравнению (D.5)

(D.5)

где: - наведенное напряжение в контуре в головке при частоте и расстоянии контура;

- диаметр контура в головке;

- магнитное В-поле при частоте и при расстоянии .

Наведенный ток в контуре головки, вызванный магнитным полем, можно вычислить по уравнению (D.6)

(D.6)

где: - наведенный ток в контуре головки, вызванный магнитным полем при частоте и расстоянии контура;

А - проводная составляющая в контуре головки;

- проводимость контура головки при частоте ;

Плотность тока в контуре головки, вызванная магнитным полем при частоте и расстоянии контура, можно вычислить по уравнению (D.7)

(D.7)

D.2.2.2 Вклад частоты в плотность наведенного тока, вызванного магнитным полем:

Измеренное В-поле при частоте сети и при расстоянии d = 0,3 м от осветительного оборудования составляет приблизительно 60 нанотесла. При 0,09 (значение для мозга согласно таблице С.1 IEC 62311) и = = 0,21 м следующие данные могут быть вычислены (см. таблицу D.1):

Таблица D.1 - Вычисления плотности наведенного тока

[Гц]	[нА/] @ и d = 0,3 м	[мА/] @	@ и d = 0,3 м
50	89,1	2
60	107	2

Можно прийти к выводу, что вкладом в плотность тока в контуре головки из-за магнитного поля при частоте сети и расстоянии измерения d = 0,3 м можно пренебречь.

D.2.2.3 Вклад частот от 20 кГц до 10 МГц в плотность наведенного тока, вызванного магнитным полем

В наихудшем случае вклад в плотность тока в контуре головки, вызванного магнитным полем в области частот от 20 кГц до 10 МГц и при расстоянии измерения d можно определить при использовании магнитных излучений CISPR 15. Согласно CISPR 15 максимальный ток при частоте в 2 м большой рамочной антенны (LLA) приводится на рисунке 3.

Рисунок D.3 - Максимальный ток в 2 - метровой LLA как функция частоты

Максимальный ток при частоте в 2-метровой LLA рисунка D.3 может быть преобразован в максимальное B-поле при частоте и при произвольном расстоянии d.

Преобразование можно пояснить следующим образом:

Виртуальный магнитный диполь с площадью , расположенный в центре 2 - метровой LLA, имеет взаимную индуктивность с 2-метровой LLA:

,

(D.8)

где М - взаимная индуктивность между виртуальным магнитным диполем и 2 - метровой LLA;

- площадь виртуального магнитного диполя;

- диаметр 2 - метровой LLA, равный 2 м.

Импульс виртуального магнитного диполя равен .,

где - виртуальный ток при частоте , в виртуальном магнитном диполе. Наведенное напряжения в LLA составляет:

(D.9)

Ток в LLA равен:

(D.10)

где - индуктивность 2 - метровой LLA, равная 9,65 мкГн.

Поэтому по пределу, установленному для тока в LLA, может быть вычислен импульс виртуального магнитного диполя . Из этого импульса виртуального магнитного диполя может быть вычислена напряженность магнитного поля в направлении, где оно максимально. Вычисления проводятся вплоть 10 МГц, поэтому наименьшая длина волны составляет 30 м и переход между полем в ближней зоне и полем в дальней зоне занимает 30/2 п = 4,8 м. Для EMF нас интересует плотность наведенного тока при меньшем расстоянии, поэтому все вычисления основываются на состоянии поля в ближней зоне, где Н ~ 1/d. Максимальная напряженность поля при расстоянии может быть выражено следующим образом:

(D.11)

где:

Исходя из этого уравнения, максимальное В-поле при частоте и произвольном расстоянии определяется как:

(D.12)

В наихудшем случае В-поля в х-, у- и z-направлении все удовлетворяют этому максимальному значению. Результирующее В-поле может быть вычислено по уравнению (D.13):

(D.13)

Уравнение (D.7) можно сейчас переписать в уравнение (D.14):

(D.14)

В наихудшем случае вклад плотности тока в контур головки из-за действия магнитного поля в области частот от 20 кГц до 10 МГц и при расстоянии измерения d = 0,3 м можно сейчас вычислить следующим образом:

и результат должен быть < 0,15

Заключение:

Если осветительная аппаратура соответствует CISPR 15, то уравнение (D.4) можно свести к уравнению (D.15):

(D.15)

D.2.3 Плотность наведенного тока, вызванного электрическим полем;

D.2.3.1 Общая информация

Вклад емкостного тока в плотность наведенного тока измеряется при использовании манекена человека вблизи осветительной аппаратуры с расстоянием измерения d в соответствии с таблицей А.1 и расположением в соответствии с приложением В. Используемый манекен человека является моделью однородного тела, описанного на рисунке С.3 IEC 62311.

Предполагается, что голова манекена человека находится ближе всего к осветительной аппаратуре и максимальная плотность тока наблюдается в шее. Поэтому только голова (а металлизированная сфера с наружным диаметром = 210 мм5 мм) используется как "испытательная головка тока". Диаметр шеи = 110 мм используется при вычислении плотности тока. Детальные данные "испытательная головка тока", называемой испытательной головкой "Ван-дер-Хуфдена" можно найти в параграфе 5.4.

Примечание - Плотность тока в шее однородна, поскольку влиянием кожи вплоть до 10 МГц можно пренебречь

Рисунок D.4 - Расстояния до головы и измерительного оборудования

Паразитную емкость между большой плитой и сферой можно вычислить по формулам из W.R. Smythe/Смит, Static and Dynamic Electricity / Статическое и динамическое Электричество, McGraw-Hill, 1950 [3] (см. рисунок D.5):

(D.16)

(D.17)

Примечание - Для большинства практических ситуаций достаточно принять N = 50.

При d = 0,3 м: = 3 пФ

Рисунок D.5 - График уравнений (D.16) и (D.17)

Плотность тока в шее, вызванного сетевым питанием, может быть вычислена по уравнению (D.18).

(D.18)

Вычисление вкладов часто встречающихся электрических сетей приведено в таблице D.2.

Таблица D.2 - Вычисление вкладов электрической сети

[B]	[Гц]	[мА/ ] @ и d = 0,3 м	[мА/]	@ и d=0,3 м
230	50	22,8	2	0,011
120	60	14,6	2	0,007
277	60	33,6	2	0,017

Результаты вычислений, приведенные в последнем столбце таблицы D.2, показывают, что вкладом электрической сети можно пренебречь, и уравнение (D.15) можно упростить до уравнения (D.19)

(D.19)

D.2.3.3 Вклад диапазона частот от 20 кГц до 10 МГц в плотность наведенного тока, вызванного электрическим полем:

Вклад емкостного тока в плотность наведенного тока в диапазоне частот от 20 кГц до 10 МГц должен измеряться с помощью приемника - EMI в соответствии с рисунком 3 и уравнением (D.19).

Шаг частоты суммирования определяется при CISPR 16-1-1. Согласно CISPR 16-1-1 IF-фильтр (фильтр промежуточной частоты) приемника имеет передаточную функцию уравнения (D.20):

(D.20)

Примечание - это ширин полосы 6 дБ/децибел, установленная в CISPR 16-1-1.

Модуль (абсолютная величина) уравнения (D.20) выражается уравнением (D.21).

(D.21)

Шаг частоты при суммировании амплитуды определяется уравнением (D.22):

(D.22)

Решение уравнения (D.22) дает в результате шаг частоты при суммироваии# амплитуды, который равняется 1,11, умноженной на , см. таблицу D.3.

Таблица D.3 - Шаги частоты при суммировании амплитуды, которая равна 1,11, умноженная на

Диапазон частот	согласно CISPR 16-1-1
20 кГц - 150 кГц	200 Гц	220 Гц
150 кГц - 10 МГц	9 кГц	10 кГц

Уравнение (D.19) можно переписать в уравнение (D.23);

(D.23)

Практический метод измерения и оценки для вычисления уравнения (D.23) приводится в приложении Е.

D.3 Тепловые воздействия при частотах от 100 кГц до 300 ГГц

D.3.1 Общая информация

Считается, что тепловые воздействия удовлетворяют требованиям, если мощность излучения 20 мВт согласно ICNIRP. В данном параграфе будет показано, что мощность 20 мВт для любой осветительной аппаратуры, которая удовлетворяет CISPR 15.

Доказательство того, что излучаемая мощность 20 мВт, начинается с уравнения (D.24):

(D.24)

Частотный шаг суммирования определяется при использовании CISPR 16-1-1, как поясняется в подразделе D.2.3.3.

Частотный шаг при суммировании мощности может определяться уравнением (D.25):

(D.25)

Решение уравнения (D.25) дает в результате шаг частоты при суммировании мощности, который равняется 0,833, множенное# на см. таблицу D.4.

Таблица D.4 - Шаги частоты для суммирования мощности, которая равна 0,833, умноженная на

Диапазон частот	согласно CISPR 16-1-1
100 кГц - 150 кГц	200 Гц	167 Гц
150 кГц - 30 МГц	9 кГц	7,5 кГц
30 МГц - 300 МГц	120 кГц	100 кГц

D.3.2 Вклад частот от 100 кГц до 30 МГц в тепловое воздействие

Максимальное напряжение на выводах (TV) кондуктивного излучения устанавливается CISPR 15:2005. Излучение максимально, если TV наводится только синфазным током и если сетевой шнур действует как диполь полуволны при любой частоте. По диполю полуволны известно, что импеданс для излучения составляет 73 Ом. С учетом этого максимальная излучаемая мощность в этом диапазоне частот может быть вычислена при использовании уравнения (D.26).

(D.26)

где:

(100 кГц до 30 МГц) - максимальная излучаемая мощность [Вт] между 100 кГц и 30 МГц;

- синфазный ток [А] при частоте i.

Используя закон Кирхгофа, уравнение (D.26) можно переписать в уравнение (D.27):

(D.27)

где - пределы напряжения на выводах согласно CISPR 15 при частоте .

Решение уравнения (D.27) дает в результате:

(100 кГц до 30 МГц) 5,98[мВт]

D.3.3 Вклад частот от 30 МГц до 300 МГц в тепловые эффекты:

Осветительная аппаратура удовлетворяет требованиям на излучение в соответствии с CISPR 15. В наихудшем случае при любой частоте осветительная аппаратура излучает как полуволновой диполь. Максимальная излучаемая мощность в главном направлении поля задается уравнением (D.28):

(D.28)

где : предел напряженности поля [В/м] при частоте .

Согласно CISPR 15 пределы напряженности поля составляют:

Таблица D.5 - Пределы напряженности поля согласно CISPR 15:2005 (измененному по его Изменению 1 (2006))

Диапазон частот, МГц	, [дБ мкВ/м]	, мкВ/м	r, м
30 - 230	30	31,6	30
230 - 1000	37	70,8	30

Решение уравнения (D.28) дает в результате:

.

Заключение:

Считается, что любая осветительная аппаратура, которая соответствует CISPR 15 удовлетворяет требованиям к тепловым воздействиям согласно ICNIRP и IEEE.