Výzkum aplikace simulátoru kruhové vlny v testech elektromagnetické odolnosti elektrických a elektronických zařízení

Abstraktní
V průmyslových energetických sítích a občanských napájecích systémech vznikají tlumené oscilační rušení kruhové vlny v důsledku přepínání vysokonapěťových spínačů, přechodových kmitů transformátorů, poruch napájení a přepínání indukční zátěže. Takové přechodové rušení se přenáší do elektrických a elektronických zařízení prostřednictvím silových a signálních vedení, což může snadno vést k havárii zařízení, nesprávné funkci a dokonce i k poškození hardwaru. Jako klíčový přístroj pro testování EMC je simulátor prstencových vln (generátor kruhových vln) dokáže reprodukovat rušení kruhových vln v reálném světě v laboratorních podmínkách. Provádí testy imunity v souladu s normami GB/T 17626.12‑2023, IEC 61000‑4‑12 a dalšími normami, aby vyhodnotil odolnost testovaného zařízení (EUT) vůči takovému rušení, včas identifikoval slabá místa izolace a závady obvodu v oblasti ochrany proti rušení a zajistil stabilní provoz zařízení ve složitých energetických prostředích. S ohledem na... LISUN Jako výzkumný objekt simulátoru kruhové vlny řady RWG61000‑12 tento článek popisuje mechanismus generování rušení kruhovou vlnou, základní funkce simulátoru, klíčové technické parametry a scénáře inženýrských aplikací v různých odvětvích, aby poskytl reference pro praktické testování EMC imunity kruhové vlny.

Úvod

Moderní elektrická a elektronická zařízení se široce používají v průmyslovém řízení, nabíjecích stanicích pro nové energetické systémy, zdravotnických prostředcích, domácích spotřebičích, měřičích energie a dalších oblastech. Jejich napájecí prostředí je plné různých přechodných elektromagnetických rušení. Kruhová vlna je neopakující se tlumený oscilační přechodový impuls, který se běžně vyskytuje v nízkonapěťových střídavých napájecích sítích. Při provozu vysokonapěťových spínačů dochází k přechodovým kmitům ve vinutích transformátorů, v energetických systémech dochází ke spouštění a zastavování velkých motorů nebo ke zkratům, odraz postupné vlny je spuštěn nepřizpůsobením impedance vedení a generuje strmě stoupající, vysokoamplitudové a postupně útlumované oscilační impulsy o frekvenci 100 kHz, konkrétně rušení kruhovou vlnou.

Takové rušení se do zařízení pronáší prostřednictvím napájecích a signálních kabelů a ovlivňuje napájecí smyčky a signální rozhraní. Mnoho zařízení funguje normálně za ideálních laboratorních podmínek napájení, ale po uvedení do místních elektrických sítí často trpí anomáliemi v řízení, přerušením komunikace a funkčními poruchami. Velké množství těchto poruch je způsobeno rušením kruhovou vlnou. Aby se předešlo rizikům selhání zařízení způsobeným elektromagnetickým prostředím na místě, musí výrobky během fází výzkumu a vývoje a schvalování typu absolvovat standardizované testy odolnosti vůči kruhové vlně. Simulátor kruhové vlny slouží jako základní hardware pro takové testy. Dokáže reprodukovat standardizované průběhy kruhové vlny v laboratořích nezávisle na složitých polních podmínkách a provádět opakovatelné a srovnatelné posouzení odolnosti, aby se předem odhalila skrytá konstrukční rizika výrobků, což je nepostradatelné testovací zařízení pro ověřování elektromagnetické kompatibility.

1 Princip fungování a základní funkce simulátoru prstencových vln

Simulátor kruhových vln, známý také jako generátor kruhových vln, se skládá hlavně z vysokonapěťové jednotky pro ukládání energie, pulzní sítě, modulu výkonového zesilovače, vazební a oddělovací sítě (CDN) a řídicího systému pro interakci člověk-stroj. Standardní tlumené oscilační průběhy jsou generovány LC oscilačními obvody. Po zesílení výkonu jsou na výstup vydávány pulzní signály se specifikovaným napětím a proudem. Vazební a oddělovací síť vnáší rušení do portů testovaného zařízení a zároveň izoluje externí síťové napájení, aby se zabránilo znečištění elektrické sítě testovacími pulzy v opačném směru a aby se zaručila bezpečnost testování a věrnost průběhů.

Hlavní funkcí simulátoru kruhové vlny je simulovat rušení kruhové vlny, s nímž se setkávají elektrická a elektronická zařízení v reálných situacích. Reprodukuje tlumené oscilační impulsy generované provozem vysokonapěťových spínačů, přechodovými kmity vinutí transformátoru, poruchami energetické soustavy a spínáním indukční zátěže. Rušivé signály jsou přiváděny na testované zařízení (EUT) v souladu s národními a mezinárodními standardními specifikacemi průběhů pro standardizované testy imunity, aby se vyhodnotila úroveň odolnosti EUT vůči rušení kruhovou vlnou. Během testování lze včas detekovat slabá místa izolace zařízení, závady výkonových smyček a zranitelnosti ochranných obvodů rozhraní, což vede k optimalizaci hardwaru a zajišťuje nepřetržitý a stabilní provoz zařízení po nasazení ve složitých energetických prostředích.

Operátoři mohou upravovat amplitudu výstupního napětí, výstupní impedanci, polaritu pulzů a fázi synchronizace s rozvodnou sítí, aby simulovali rušení různých úrovní závažnosti. Je pozorován provozní stav zkoušeného zařízení (EUT) při injektování rušení. Snížení výkonu, funkční abnormality a poškození hardwaru jsou posuzovány podle kritérií specifikace produktu pro vyhodnocení úrovně imunity. LISUN Simulátor kruhových vln řady RWG61000‑12 je vybaven dotykovou obrazovkou Android v čínsko-anglickém rozhraní pro vizuální konfiguraci parametrů a automatické zaznamenávání testovacích procesů, což umožňuje testy shody s EMC v různých odvětvích. 

2 Klíčové parametry LISUN Simulátor kruhových vln řady RWG61000‑12

Jedno LISUN Simulátor kruhové vlny řady RWG61000‑12 zahrnuje čtyři modely pokrývající výstupní úrovně 4 kV a 6 kV, vybavené jednofázovými a třífázovými pětivodičovými vazebními a oddělovacími sítěmi, vhodné pro jednofázové domácí spotřebiče, měřiče a třífázová průmyslová zařízení. Tato řada splňuje normy GB/T 17626.12‑2023, IEC 61000‑4‑12:2017, EN 61000‑4‑12:2017, GJB151B‑2013 a další normy. Hlavní technické specifikace jsou uvedeny v tabulce 1.

Tabulka 1 Hlavní specifikace simulátoru kruhových vln řady RWG61000‑12

Jak je uvedeno ve výše uvedených parametrech, tento simulátor kruhové vlny nabízí dvě standardní nastavení výstupní impedance: 12 Ω a 30 Ω, což odpovídá zkušebním podmínkám s různými impedancemi zdroje specifikovanými v normách. Podporuje synchronní spouštění střídavého proudu síťového kmitočtu od 0° do 360°, což umožňuje simulovat scénáře, kde dochází k rušení kruhové vlny při libovolných fázových úhlech napětí síťového kmitočtu, a zlepšuje reprodukovatelnost testů. Verze 4 kV je vhodná pro domácí spotřebiče a všeobecná průmyslová řídicí zařízení, zatímco modely 6 kV RWG61000‑12A a RWG61000‑12AT jsou zaměřeny na výkonová zařízení a nové energetické produkty s vyšší úrovní náročnosti. Jednofázové CDN je vhodné pro malé domácí spotřebiče a elektroměry; třífázové pětivodičové CDN se používá pro frekvenční měniče, třífázové motory a další průmyslová zařízení a pokrývá širokou škálu produktů.

RWG61000-12_AL

3 Průmyslové aplikace simulátoru prstencových vln

Simulátory kruhových vln jsou široce používány pro výzkum a vývoj produktů, ověřování spolehlivosti a typové zkoušky v průmyslovém řízení a energetice, nových energetikách, spotřebních spotřebičích, lékařské elektronice a dalších odvětvích.

V průmyslovém řízení a energetických zařízeních musí PLC, servopohony, průmyslové routery, měřiče energie a reléová ochranná zařízení provádět testy imunity elektrického vedení pomocí simulátorů kruhové vlny, které simulují tlumené kmitání způsobené spouštěním a zastavováním motorů a spínáním transformátorů v továrnách. Testy dokáží detekovat zpoždění příkazů, chyby komunikace a nesprávnou funkci relé a vyhodnotit izolační vlastnosti, čímž se zabrání spálení zařízení na místě a zajistí bezpečný provoz výrobních linek a systémů distribuce energie.

V odvětvích nových energií a automobilové elektroniky vyžadují vstupní napájecí porty a komunikační porty CAN nabíjecích sloupů AC/DC testy odolnosti vůči kruhovým vlnám pomocí simulátorů kruhových vln, aby se simulovaly poruchy elektrické sítě a poruchy kruhových vln nabíjecích sloupů vyvolané vnitřním přepínáním, a aby se ověřilo, zda dochází k přerušení nabíjení a selhání komunikace. Automobilové systémy BMS a palubní nabíječky (OBC) mohou také využívat simulátory kruhových vln k reprodukci rušení přechodových oscilací napájecích systémů vozidel a k zajištění spolehlivého provozu palubních elektronických součástek.

U domácích spotřebičů a spotřební elektroniky, ledniček, klimatizací, praček, napájecích adaptérů a chytrých zásuvek se používají simulátory kruhových vln k reprodukci rušení kruhových vln generovaných spuštěním a zastavením kompresoru a spínáním vysoce výkonných spotřebičů v rezidenčních elektrických sítích. Ověřuje se, zda zařízení havaruje nebo selže, a ochranné obvody napájecích portů jsou předem optimalizovány pro zvýšení spolehlivosti spotřebních výrobků.

Lékařská elektronická zařízení vyžadují vysokou provozní spolehlivost. Pacientské monitory, ultrazvuková zařízení, infuzní pumpy a další lékařské přístroje musí používat simulátory kruhových vln k simulaci rušení kruhových vln v elektrické síti způsobených spínáním velkých nemocničních zařízení, jako jsou CT a MRI, a musí se ověřit, zda nedochází k žádnému posunu dat nebo falešnému spouštění, aby byla zaručena bezpečnost diagnózy.

4 Praktický význam a závěr

Rušení prstencovou vlnou objektivně existuje v reálných napájecích sítích a četné poruchy produktů na místě vznikají právě v důsledku dopadu prstencové vlny. Simulátor prstencové vlny poskytuje standardizovaná a reprodukovatelná laboratorní testovací řešení. Bez vytváření složitých podmínek na místě lze simulovat tlumené oscilační impulsy v reálném prostředí, aby se dokončilo posouzení imunity zkoušeného zařízení, lokalizovala slabá místa izolace a vady ochranných obvodů a optimalizovalo se rozvržení desek plošných spojů, návrh uzemnění a výběr součástek přepěťové ochrany. Pravděpodobnost poruchy zařízení na místě lze snížit již od fáze výzkumu a vývoje.

Jedno LISUN Řada RWG61000‑12 simulátor prstencových vln Plně splňuje požadavky na průběhy signálu podle národních, vojenských a mezinárodních norem. Vícenásobné jednofázové a třífázové konfigurace splňují požadavky výzkumných a vývojových laboratoří a externích zkušebních institucí. Testování odolnosti vůči kruhovým vlnám není jen pro certifikaci shody, ale také zásadním přístupem ke zvýšení adaptability na životní prostředí a spolehlivosti elektrických a elektronických zařízení. S neustálou popularizací průmyslových a energeticky úsporných zařízení budou simulátory kruhových vln hrát stále důležitější roli v ověřování EMC.