Výskum aplikácie simulátora kruhovej vlny pri testovaní elektromagnetickej odolnosti elektrických a elektronických zariadení

abstraktné
V priemyselných rozvodných sieťach a civilných napájacích systémoch vznikajú tlmené oscilačné rušenie kruhovej vlny v dôsledku prepínania vysokonapäťových spínačov, prechodových kmitov transformátora, porúch napájania a prepínania indukčnej záťaže. Takéto prechodové rušenie sa prenáša do elektrických a elektronických zariadení cez elektrické vedenia a signálne vedenia, čo môže ľahko viesť k poruche zariadenia, nesprávnej prevádzke a dokonca aj k poškodeniu hardvéru. Ako kľúčový prístroj na testovanie EMC je... simulátor kruhových vĺn (generátor kruhových vĺn) dokáže reprodukovať skutočné rušenie kruhových vĺn v laboratórnych podmienkach. Vykonáva testy imunity v súlade s normami GB/T 17626.12‑2023, IEC 61000‑4‑12 a ďalšími normami s cieľom vyhodnotiť odolnosť testovaného zariadenia (EUT) voči takémuto rušeniu, včas identifikovať slabé miesta izolácie a poruchy obvodu v oblasti rušenia a zabezpečiť stabilnú prevádzku zariadenia v zložitých energetických prostrediach. Berúc do úvahy... LISUN Ako výskumný objekt simulátora kruhových vĺn série RWG61000‑12 tento článok opisuje mechanizmus generovania rušenia kruhovými vlnami, základné funkcie simulátora, kľúčové technické parametre a scenáre aplikácií v rôznych odvetviach, aby poskytol referencie pre praktické testovanie EMC odolnosti voči kruhovým vlnám.

úvod

Moderné elektrické a elektronické zariadenia sa široko používajú v priemyselnom riadení, nabíjacích staniciach pre nové energetické systémy, zdravotníckych pomôckach, domácich spotrebičoch, meračoch spotreby a ďalších oblastiach. Ich napájacie prostredia sú plné rôznych prechodných elektromagnetických rušení. Kruhová vlna je neopakujúci sa tlmený oscilačný prechodový impulz, ktorý sa bežne vyskytuje v nízkonapäťových striedavých napájacích sieťach. Pri prevádzke vysokonapäťových spínačov dochádza k prechodovým osciláciám vo vinutiach transformátorov, v energetických systémoch dochádza k štartovaniu a zastavovaniu veľkých motorov alebo k skratom, odraz postupnej vlny je spúšťaný nesúladom impedancie vedenia, čo generuje strmo stúpajúce, vysokoamplitúdové a postupne tlmené oscilačné impulzy s frekvenciou 100 kHz, a to rušenie kruhovou vlnou.

Takéto rušenie sa prenáša do zariadení prostredníctvom napájacích a signálnych káblov a ovplyvňuje napájacie slučky a signálne rozhrania. Mnohé zariadenia fungujú normálne za ideálnych laboratórnych podmienok napájania, no po umiestnení do lokálnych elektrických sietí často trpia anomáliami riadenia, prerušeniami komunikácie a funkčnými poruchami. Veľký počet takýchto porúch je spôsobený rušením kruhovou vlnou. Aby sa predišlo rizikám poruchy zariadenia spôsobeným elektromagnetickým prostredím na mieste, musia výrobky počas výskumu a vývoja a typového schvaľovania absolvovať štandardizované testy odolnosti voči kruhovej vlne. Simulátor kruhovej vlny slúži ako základný hardvér pre takéto testy. Dokáže reprodukovať štandardizované priebehy kruhovej vlny v laboratóriách nezávisle od zložitých poľných podmienok a realizovať opakovateľné a porovnateľné posúdenie odolnosti, aby sa vopred odhalili skryté konštrukčné riziká výrobkov, čo je nevyhnutné testovacie zariadenie na overenie elektromagnetickej kompatibility.

1 Princíp fungovania a základné funkcie simulátora kruhových vĺn

Simulátor kruhových vĺn, tiež známy ako generátor kruhových vĺn, pozostáva hlavne z vysokonapäťovej jednotky na ukladanie energie, siete na formovanie impulzov, modulu zosilňovača výkonu, siete na väzbu a oddelenie (CDN) a riadiaceho systému interakcie človek-stroj. Štandardné tlmené oscilačné priebehy sú generované LC oscilačnými obvodmi. Po zosilnení výkonu sú na výstup vydané impulzné signály so špecifikovaným napätím a prúdom. Sieť na väzbu a oddelenie vnáša rušenie do portov testovaného zariadenia a zároveň izoluje externé sieťové napájanie, aby sa zabránilo znečisteniu elektrickej siete testovacími impulzmi v spätnom smere a aby sa zaručila bezpečnosť testovania a vernosť priebehu.

Hlavnou funkciou simulátora kruhovej vlny je simulovať rušenie kruhovej vlny, s ktorým sa stretávajú elektrické a elektronické zariadenia v reálnych situáciách. Reprodukuje tlmené oscilačné impulzy generované prevádzkou vysokonapäťových spínačov, prechodovými osciláciami vinutia transformátora, poruchami energetického systému a spínaním indukčnej záťaže. Rušivé signály sa privádzajú do testovaného zariadenia (EUT) podľa národných a medzinárodných štandardných špecifikácií tvaru vlny pre štandardizované testy imunity, aby sa vyhodnotila úroveň odolnosti EUT voči rušeniu kruhovou vlnou. Počas testovania je možné včas zistiť slabé miesta izolácie zariadení, poruchy výkonových slučiek a zraniteľnosti ochranných obvodov rozhrania, aby sa usmernila optimalizácia hardvéru a zabezpečila nepretržitá a stabilná prevádzka zariadení po nasadení v zložitých energetických prostrediach.

Operátori môžu upraviť amplitúdu výstupného napätia, výstupnú impedanciu, polaritu impulzov a fázu synchronizácie elektrickej siete, aby simulovali rušenie rôznych úrovní závažnosti. Pozoruje sa prevádzkový stav testovaného zariadenia pri injektovaní rušenia. Zníženie výkonu, funkčné abnormality a poškodenie hardvéru sa posudzujú podľa kritérií špecifikácie produktu pre hodnotenie úrovne imunity. LISUN Simulátor kruhových vĺn série RWG61000‑12 je vybavený dotykovou obrazovkou so systémom Android v čínsko-anglickom pre vizuálnu konfiguráciu parametrov a automatické zaznamenávanie testovacieho procesu, čo umožňuje testy EMC pre rôzne odvetvia. 

2 Kľúčové parametre LISUN Simulátor kruhových vĺn série RWG61000‑12

LISUN Simulátor kruhovej vlny série RWG61000‑12 obsahuje štyri modely pokrývajúce výstupné úrovne 4 kV a 6 kV, vybavené jednofázovými a trojfázovými päťvodičovými väzobnými a oddeľovacími sieťami, vhodné pre jednofázové domáce spotrebiče, merače a trojfázové priemyselné zariadenia. Táto séria je v súlade s normami GB/T 17626.12‑2023, IEC 61000‑4‑12:2017, EN 61000‑4‑12:2017, GJB151B‑2013 a ďalšími normami. Hlavné technické špecifikácie sú uvedené v tabuľke 1.

Tabuľka 1 Hlavné špecifikácie simulátora kruhových vĺn série RWG61000‑12

Ako je znázornené vo vyššie uvedených parametroch, tento simulátor kruhovej vlny poskytuje dve štandardné nastavenia výstupnej impedancie: 12 Ω a 30 Ω, ktoré zodpovedajú testovacím podmienkam s rôznymi impedanciami zdrojov špecifikovanými v normách. Podporuje synchrónne spúšťanie striedavého prúdu sieťovej frekvencie od 0° do 360°, čo umožňuje simulovať scenáre, v ktorých dochádza k rušeniu kruhovej vlny pri ľubovoľných fázových uhloch napätia sieťovej frekvencie a zlepšuje reprodukovateľnosť testov. Verzia 4 kV je vhodná pre domáce spotrebiče a všeobecné priemyselné riadiace zariadenia, zatiaľ čo modely 6 kV RWG61000‑12A a RWG61000‑12AT sú určené pre výkonové zariadenia a nové energetické produkty s vyššou úrovňou náročnosti. Jednofázové CDN je vhodné pre malé domáce spotrebiče a elektromery; trojfázové päťvodičové CDN sa používa pre frekvenčné meniče, trojfázové motory a iné priemyselné zariadenia a pokrýva širokú škálu produktov.

RWG61000-12_AL

3 Priemyselné aplikácie simulátora kruhových vĺn

Simulátory kruhových vĺn sa široko používajú na výskum a vývoj produktov, overovanie spoľahlivosti a typové skúšky v priemyselnom riadení a energetike, nových energiách, spotrebných spotrebičoch, lekárskej elektronike a ďalších odvetviach.

V odvetviach priemyselného riadenia a energetických zariadení sa vyžaduje, aby PLC, servopohony, priemyselné smerovače, merače energie a reléové ochranné zariadenia vykonávali testy imunity elektrického vedenia pomocou simulátorov kruhových vĺn, ktoré simulujú rušenie tlmeného kmitania spôsobené spustením a zastavením motora a prepínaním transformátorov v továrňach. Testy dokážu odhaliť oneskorenie príkazu, chyby v komunikácii a nesprávnu činnosť relé a vyhodnotiť výkon izolácie, čím sa zabráni vyhoreniu zariadení na mieste a zabezpečí sa bezpečná prevádzka výrobných liniek a systémov rozvodu energie.

V sektoroch nových energií a automobilovej elektroniky je potrebné vykonať testy odolnosti vstupných napájacích portov a komunikačných portov CAN nabíjacích stĺpov AC/DC pomocou simulátorov kruhových vĺn na simuláciu porúch elektrickej siete a porúch kruhových vĺn vyvolaných vnútorným spínaním nabíjacích stĺpov, aby sa overilo, či dochádza k prerušeniu nabíjania a poruche komunikácie. Automobilové systémy BMS a palubné nabíjačky (OBC) môžu tiež využívať simulátory kruhových vĺn na reprodukciu prechodového kmitania napájacích systémov vozidiel a zaručiť spoľahlivú prevádzku palubných elektronických komponentov.

V prípade domácich spotrebičov a spotrebnej elektroniky, chladničiek, klimatizácií, práčok, napájacích adaptérov a inteligentných zásuviek sa simulátory kruhových vĺn používajú na reprodukciu rušení kruhových vĺn generovaných spustením a zastavením kompresora a prepínaním spotrebičov s vysokým výkonom v rezidenčných elektrických sieťach. Overuje sa, či zariadenie zlyhá alebo nefunguje správne, a ochranné obvody napájacích portov sa vopred optimalizujú, aby sa zvýšila spoľahlivosť spotrebných produktov.

Zdravotnícke elektronické zariadenia vyžadujú vysokú prevádzkovú spoľahlivosť. Pacientske monitory, ultrazvukové zariadenia, infúzne pumpy a iné zdravotnícke nástroje musia používať simulátory kruhových vĺn na simuláciu porúch kruhových vĺn v elektrickej sieti spôsobených prepínaním rozsiahlych nemocničných zariadení, ako sú CT a MRI, pričom sa overuje, či nedochádza k posunu údajov alebo falošnému spusteniu, aby sa zaručila bezpečnosť diagnostiky.

4 Praktický význam a záver

Rušenie kruhovou vlnou objektívne existuje v reálnych napájacích sieťach a početné poruchy produktov na mieste pochádzajú z vplyvu kruhovej vlny. Simulátor kruhovej vlny poskytuje štandardizované a reprodukovateľné laboratórne testovacie riešenia. Bez vytvárania zložitých podmienok na mieste je možné simulovať tlmené oscilačné impulzy v reálnych podmienkach na dokončenie posúdenia imunity pre testované zariadenie, lokalizáciu slabých miest izolácie a defektov ochranných obvodov a na optimalizáciu rozloženia dosky plošných spojov, návrhu uzemnenia a výberu komponentov prepäťovej ochrany. Pravdepodobnosť poruchy zariadenia na mieste je možné znížiť už od fázy výskumu a vývoja.

LISUN Séria RWG61000‑12 simulátor kruhových vĺn plne spĺňa požiadavky na priebeh vĺn národných, vojenských a medzinárodných noriem. Viaceré jednofázové a trojfázové konfigurácie spĺňajú požiadavky výskumných a vývojových laboratórií a testovacích inštitúcií tretích strán. Testovanie odolnosti voči kruhovým vlnám nie je len na certifikáciu zhody, ale aj dôležitým prístupom k zlepšeniu environmentálnej adaptability a spoľahlivosti elektrických a elektronických zariadení. S neustálou popularizáciou priemyselných a nových energetických zariadení budú simulátory kruhových vĺn zohrávať čoraz dôležitejšiu úlohu pri overovaní EMC.