Žiedinių bangų simuliatoriaus taikymo atliekant elektros ir elektroninės įrangos EMC atsparumo bandymus tyrimas

Abstraktus
Pramoniniuose elektros tinkluose ir civilinėse elektros energijos tiekimo sistemose dėl aukštos įtampos jungiklių komutavimo, transformatorių trumpalaikių svyravimų, maitinimo sutrikimų ir indukcinės apkrovos komutavimo susidaro slopinami osciliaciniai žiedinių bangų trukdžiai. Tokie trumpalaikiai trukdžiai patenka į elektros ir elektroninę įrangą per elektros linijas ir signalų linijas, o tai gali lengvai sukelti įrangos gedimą, netinkamą veikimą ir net aparatinės įrangos pažeidimus. Kaip pagrindinis EMC bandymo prietaisas, žiedinės bangos simuliatorius (žiedinių bangų generatorius) gali atkurti realaus pasaulio žiedinių bangų trukdžius laboratorinėmis sąlygomis. Jis atlieka atsparumo bandymus pagal GB/T 17626.12‑2023, IEC 61000‑4‑12 ir kitus standartus, kad įvertintų bandomosios įrangos (EUT) atsparumą tokiems trukdžiams, laiku nustatytų izoliacijos silpnąsias vietas ir grandinės apsaugos nuo trukdžių defektus bei užtikrintų stabilų įrangos veikimą sudėtingose ​​maitinimo aplinkose. LISUN Šiame straipsnyje, naudojant RWG61000‑12 serijos žiedinių bangų simuliatorių kaip tyrimo objektą, aprašomas žiedinių bangų interferencijos generavimo mechanizmas, pagrindinės simuliatoriaus funkcijos, pagrindiniai techniniai parametrai ir daugiapramonės inžinerijos taikymo scenarijai, siekiant pateikti nuorodas praktiniams žiedinių bangų atsparumo EMC bandymams.

Įvadas

Šiuolaikinė elektros ir elektroninė įranga plačiai taikoma pramoniniame valdyme, naujos energijos įkrovimo stotyse, medicinos prietaisuose, buitiniuose prietaisuose, elektros skaitikliuose ir kitose srityse. Jų maitinimo aplinkoje yra įvairių trumpalaikių elektromagnetinių trikdžių. Žiedinė banga yra nepasikartojantis slopinamas osciliacinis trumpalaikis impulsas, dažniausiai pasitaikantis žemos įtampos kintamosios srovės maitinimo tinkluose. Kai veikia aukštos įtampos jungikliai, transformatorių apvijose atsiranda trumpalaikis osciliacinis impulsas, elektros energijos sistemose paleidžiami ir sustoja dideli varikliai arba įvyksta trumpojo jungimo gedimai, o keliaujančios bangos atspindį sukelia linijos varžos neatitikimas, generuojantis staigiai kylančius, didelės amplitudės ir palaipsniui silpnėjančius 100 kHz osciliacinius impulsus, t. y. žiedinės bangos interferenciją.

Tokie trukdžiai patenka į įrangą per maitinimo ir signalų kabelius ir veikia maitinimo kilpas bei signalų sąsajas. Daugelis prietaisų normaliai veikia idealiomis laboratorinėmis maitinimo sąlygomis, tačiau dažnai patiria valdymo anomalijų, ryšio nutrūkimų ir funkcinių sutrikimų, kai jie prijungiami prie vietoje esančių elektros tinklų. Daugelį tokių gedimų lemia žiedinių bangų trikdžiai. Siekiant išvengti įrangos gedimų rizikos, kurią sukelia vietoje esanti elektromagnetinė aplinka, gaminių bandymai dėl atsparumo žiedinėms bangoms mokslinių tyrimų ir plėtros bei tipo patvirtinimo etapuose turi būti atlikti standartizuoti žiedinių bangų atsparumo bandymai. Žiedinių bangų simuliatorius yra pagrindinė tokių bandymų įranga. Jis gali atkurti standartizuotas žiedinių bangų bangų formas laboratorijose, nepriklausomai nuo sudėtingų lauko sąlygų, ir atlikti pakartojamą bei palyginamą atsparumo vertinimą, kad iš anksto būtų atskleista paslėpta gaminių projektavimo rizika, todėl tai yra nepakeičiamas bandymo įrenginys elektromagnetiniam suderinamumui patikrinti.

1 Žiedinių bangų simuliatoriaus veikimo principas ir pagrindinės funkcijos

Žiedinių bangų simuliatorius, dar žinomas kaip žiedinių bangų generatorius, daugiausia susideda iš aukštos įtampos energijos kaupimo įrenginio, impulsų formavimo tinklo, galios stiprintuvo modulio, susiejimo-atjungimo tinklo (CDN) ir žmogaus ir mašinos sąveikos valdymo sistemos. Standartines slopinamas osciliacines bangų formas generuoja LC osciliacinės grandinės. Po galios stiprinimo išvedami nurodytos įtampos ir srovės impulsų signalai. Susiejimo-atjungimo tinklas į bandomosios įrangos prievadus įpurškia trikdžius, tuo pačiu izoliuodamas išorinį elektros tinklo maitinimą, kad bandymo impulsai neužterštų elektros tinklo atvirkščiai ir būtų užtikrintas bandymo saugumas bei bangos formos tikslumas.

Pagrindinė žiedinių bangų simuliatoriaus funkcija – imituoti žiedinių bangų trukdžius, su kuriais realiose situacijose susiduria elektros ir elektroninė įranga. Jis atkuria slopinamus osciliacinius impulsus, kuriuos sukelia aukštos įtampos jungiklio veikimas, transformatoriaus apvijų trumpalaikiai osciliacijos, elektros energijos sistemos gedimai ir indukcinės apkrovos perjungimas. Trikdžių signalai taikomi bandomajai įrangai (EUT) pagal nacionalines ir tarptautines standartines bangų formos specifikacijas, skirtas standartizuotiems atsparumo bandymams, siekiant įvertinti EUT atsparumo žiedinių bangų trukdžiams lygį. Bandymo metu galima laiku aptikti įrangos izoliacijos silpnąsias vietas, maitinimo kilpų defektus ir sąsajos apsaugos grandinių pažeidžiamumus, kad būtų galima optimizuoti aparatinę įrangą ir užtikrinti nuolatinį bei stabilų įrangos veikimą po diegimo sudėtingose ​​elektros energijos aplinkoje.

Operatoriai gali reguliuoti išėjimo įtampos amplitudę, išėjimo varžą, impulsų poliškumą ir elektros tinklo sinchronizacijos fazę, kad imituotų skirtingo stiprumo trukdžius. Stebima EUT veikimo būsena trikdžių injekcijos metu. Veikimo pablogėjimas, funkciniai sutrikimai ir aparatinės įrangos pažeidimai vertinami pagal produkto specifikacijos kriterijus, skirtus atsparumo lygiui įvertinti. LISUN RWG61000‑12 serijos žiedinių bangų simuliatorius aprūpintas kinų-anglų kalba veikiančiu „Android“ jutikliniu ekranu, skirtu vizualiai konfigūruoti parametrus ir automatiškai įrašyti bandymo procesą, todėl tinka EMC atitikties bandymams įvairiose pramonės šakose. 

2 Pagrindiniai parametrai LISUN RWG61000‑12 serijos žiedinių bangų simuliatorius

Geriausios LISUN RWG61000‑12 serijos žiedinių bangų simuliatorių sudaro keturi modeliai, apimantys 4 kV ir 6 kV išėjimo lygius, atitinkamai aprūpinti vienfaziais ir trifaziais penkių laidų sujungimo-atjungimo tinklais, tinkančiais vienfaziams buitiniams prietaisams, skaitikliams ir trifazei pramoninei įrangai. Ši serija atitinka GB/T 17626.12‑2023, IEC 61000‑4‑12:2017, EN 61000‑4‑12:2017, GJB151B‑2013 ir kitus standartus. Pagrindinės techninės specifikacijos išvardytos 1 lentelėje.

1 lentelė. RWG61000‑12 serijos žiedinių bangų simuliatoriaus pagrindinės specifikacijos

Kaip parodyta aukščiau pateiktuose parametruose, šis žiedinės bangos simuliatorius turi du standartinius išėjimo varžos nustatymus: 12 Ω ir 30 Ω, atitinkančius bandymo sąlygas su skirtingomis šaltinio varžomis, nurodytomis standartuose. Jis palaiko kintamosios srovės galios dažnio sinchroninį paleidimą nuo 0° iki 360°, kuris gali imituoti scenarijus, kai žiedinės bangos interferencija atsiranda esant savavališkiems galios dažnio įtampos fazės kampams, ir pagerinti bandymo pakartojamumą. 4 kV versija tinka buitiniams prietaisams ir bendrajai pramoninei valdymo įrangai, o 6 kV modeliai RWG61000‑12A ir RWG61000‑12AT skirti galios įrangai ir naujiems, aukštesnio lygio energijos gaminiams. Vienfazis CDN tinka mažiems buitiniams prietaisams ir elektros skaitikliams; trifazis penkių laidų CDN naudojamas dažnio keitikliams, trifaziams varikliams ir kitai pramoninei įrangai, apimančiai platų gaminių asortimentą.

RWG61000-12_AL

3 žiedinių bangų simuliatoriaus pramoniniai pritaikymai

Žiedinių bangų modeliavimo įrenginiai plačiai naudojami gaminių tyrimams ir plėtrai, patikimumo tikrinimui ir tipo bandymams pramoninio valdymo ir energetikos, naujos energijos, plataus vartojimo prietaisų, medicinos elektronikos ir kituose sektoriuose.

Pramoninio valdymo ir elektros įrangos pramonėje PLC, servo pavaros, pramoniniai maršrutizatoriai, energijos skaitikliai ir relinės apsaugos įtaisai privalo atlikti elektros linijų atsparumo bandymus su žiedinių bangų imitatoriais, imituojančiais slopinamus virpesius, kuriuos sukelia variklio paleidimas-stabdymas ir transformatoriaus perjungimas gamyklose. Bandymai gali aptikti komandų vėlavimą, ryšio klaidas ir relės veikimo sutrikimus bei įvertinti izoliacijos charakteristikas, išvengiant įrangos perdegimo vietoje ir užtikrinant saugų gamybos linijų bei elektros energijos paskirstymo sistemų veikimą.

Naujosios energijos ir automobilių elektronikos sektoriuose AC/DC įkrovimo polių maitinimo įvesties prievadams ir CAN ryšio prievadams reikalingi žiedinių bangų atsparumo bandymai naudojant žiedinių bangų simuliatorius, kad būtų imituojami elektros tinklo trikdžiai ir vidinio perjungimo sukelti įkrovimo polių žiedinių bangų trikdžiai, patikrinant, ar nenutrūksta įkrovimas ir ar nenutrūksta ryšys. Automobilių BMS ir borto įkrovikliai (OBC) taip pat gali naudoti žiedinių bangų simuliatorius, kad atkurtų transporto priemonių maitinimo sistemų trumpalaikius virpesių trukdžius ir užtikrintų patikimą borto elektroninių komponentų veikimą.

Buitiniams prietaisams ir plataus vartojimo elektronikai, šaldytuvams, oro kondicionieriams, skalbimo mašinoms, maitinimo adapteriams ir išmaniesiems lizdams naudojami žiedinių bangų modeliavimo įrenginiai, skirti atkurti žiedinių bangų trikdžius, kuriuos sukelia kompresoriaus paleidimas ir sustabdymas bei didelės galios prietaisų įjungimas gyvenamųjų namų elektros tinkluose. Tikrinama, ar įranga nesuges ar neveiktų tinkamai, ir iš anksto optimizuojamos maitinimo prievadų apsaugos grandinės, siekiant padidinti vartotojų gaminių patikimumą.

Medicinos elektroninei įrangai keliamas didelis veikimo patikimumas. Pacientų monitoriai, ultragarsiniai prietaisai, infuziniai siurbliai ir kiti medicinos prietaisai turi naudoti žiedinių bangų simuliatorius, kad imituotų elektros tinklo žiedinių bangų trikdžius, kuriuos sukelia didelės apimties ligoninių įrangos, tokios kaip KT ir MRT, įjungimas, patikrinant, ar nėra duomenų poslinkio ar klaidingo suveikimo, siekiant užtikrinti diagnozės saugumą.

4 Praktinė reikšmė ir išvada

Žiedinių bangų trikdžiai objektyviai egzistuoja realiuose elektros energijos tiekimo tinkluose, o daugybė vietoje esančių gaminių gedimų kyla dėl žiedinių bangų smūgio. Žiedinių bangų simuliatorius pateikia standartizuotus ir atkartojamus laboratorinių bandymų sprendimus. Nesukuriant sudėtingų vietoje vykstančių sąlygų, galima imituoti realius slopinamus virpesių impulsus, kad būtų atliktas EUT atsparumo vertinimas, nustatyti izoliacijos silpnąsias vietas ir apsaugos grandinės defektus bei optimizuoti spausdintinės plokštės išdėstymą, įžeminimo projektą ir viršįtampių apsaugos komponentų pasirinkimą. Įrangos gedimo vietoje tikimybę galima sumažinti jau nuo tyrimų ir plėtros etapo.

Geriausios LISUN RWG61000‑12 serija žiedinės bangos simuliatorius Visiškai atitinka nacionalinių, karinių ir tarptautinių standartų bangų formos reikalavimus. Kelios vienfazės ir trifazės konfigūracijos atitinka mokslinių tyrimų ir plėtros laboratorijų bei trečiųjų šalių bandymų įstaigų reikalavimus. Žiedinių bangų atsparumo bandymai skirti ne tik atitikties sertifikavimui, bet ir gyvybiškai svarbiam būdui didinti elektros ir elektroninės įrangos atsparumą aplinkai ir patikimumą. Nuolat populiarėjant pramoninei ir naujos energijos įrangai, žiedinių bangų modeliavimo įrenginiai vaidins vis svarbesnį vaidmenį EMC tikrinime.