Istraživanje primjene simulatora prstenastog vala u ispitivanju EMC imunosti električne i elektroničke opreme

Sažetak
U industrijskim elektroenergetskim mrežama i civilnim sustavima napajanja, prigušene oscilatorne smetnje prstenastog vala generiraju se zbog prebacivanja visokonaponskih prekidača, prijelaznih oscilacija transformatora, kvarova napajanja i prebacivanja induktivnog opterećenja. Takve prijelazne smetnje prenose se na električnu i elektroničku opremu putem dalekovoda i signalnih vodova, što može lako dovesti do pada opreme, nepravilnog rada, pa čak i oštećenja hardvera. Kao ključni instrument za EMC ispitivanje, simulator prstenastog vala (generator prstenastog vala) može reproducirati smetnje prstenastog vala iz stvarnog svijeta u laboratorijskim uvjetima. Provodi testove imunosti u skladu s GB/T 17626.12‑2023, IEC 61000‑4‑12 i drugim standardima kako bi procijenio sposobnost imunosti ispitivane opreme (EUT) na takve smetnje, pravovremeno identificirao slabe točke izolacije i nedostatke u zaštiti od smetnji u krugu te osigurao stabilan rad opreme u složenim energetskim okruženjima. Uzimajući u obzir LISUN Kao istraživački objekt simulatora prstenastog vala serije RWG61000‑12, ovaj rad opisuje mehanizam generiranja interferencije prstenastog vala, osnovne funkcije simulatora, ključne tehničke parametre i scenarije primjene u više industrija, kako bi se pružile reference za praktično EMC ispitivanje imunosti prstenastog vala.

Uvod

Moderna električna i elektronička oprema široko se primjenjuje u industrijskom upravljanju, punjačima novih energija, medicinskim uređajima, kućanskim aparatima, brojilima snage i drugim područjima. Njihova okruženja napajanja ispunjena su raznim prolaznim elektromagnetskim poremećajima. Prstenasti val je neponavljajući prigušeni oscilatorni prolazni impuls, koji se obično javlja u niskonaponskim izmjeničnim mrežama napajanja. Kada rade visokonaponske sklopke, prolazne oscilacije se javljaju u namotima transformatora, veliki motori se pokreću i zaustavljaju ili dolazi do kratkog spoja u elektroenergetskim sustavima, a refleksiju putujućeg vala pokreće neusklađenost impedancije mreže, generirajući strmo rastuće, visokoamplitudne i postupno prigušene oscilatorne impulse od 100 kHz, naime interferenciju prstenastog vala.

Takve smetnje se prenose na opremu putem energetskih i signalnih kabela te utječu na energetske petlje i signalna sučelja. Mnogi uređaji rade normalno u idealnim laboratorijskim uvjetima napajanja, ali često pate od anomalija u upravljanju, prekida komunikacije i funkcionalnih poremećaja nakon što se stave u lokalne električne mreže. Veliki broj takvih kvarova uzrokovan je poremećajem prstenastog vala. Kako bi se izbjegli rizici kvara opreme uzrokovani elektromagnetskim okruženjima na licu mjesta, proizvodi moraju proći standardizirana ispitivanja imunosti na prstenasti val tijekom faza istraživanja i razvoja te odobrenja tipa. Simulator prstenastog vala služi kao glavni hardver za takva ispitivanja. Može reproducirati standardizirane valne oblike prstenastog vala u laboratorijima neovisno o složenim uvjetima na terenu i ostvariti ponovljivu i usporedivu procjenu imunosti kako bi se unaprijed otkrili skriveni rizici dizajna proizvoda, što je neophodan ispitni uređaj za provjeru elektromagnetske kompatibilnosti.

1 Princip rada i osnovne funkcije simulatora prstenastog vala

Simulator prstenastih valova, također poznat kao generator prstenastih valova, uglavnom se sastoji od visokonaponske jedinice za pohranu energije, mreže za formiranje impulsa, modula pojačala snage, mreže za spajanje i razdvajanje (CDN) i sustava upravljanja interakcijom čovjeka i stroja. Standardni prigušeni oscilatorni valni oblici generiraju se LC oscilacijskim krugovima. Nakon pojačanja snage, izlaze impulsni signali s određenim naponom i strujom. Mreža za spajanje i razdvajanje ubrizgava smetnje u priključke ispitivane opreme, istovremeno izolirajući vanjsko napajanje kako bi se spriječilo da ispitni impulsi onečišćuju električnu mrežu u obrnutom smjeru i jamči sigurnost ispitivanja i vjernost valnog oblika.

Osnovna funkcija simulatora prstenastog vala je simuliranje smetnji prstenastog vala s kojima se susreće električna i elektronička oprema u stvarnim scenarijima. Reproducira prigušene oscilatorne impulse generirane radom visokonaponske sklopke, prijelaznim oscilacijama namota transformatora, kvarovima elektroenergetskog sustava i prebacivanjem induktivnog opterećenja. Signali smetnji primjenjuju se na opremu pod ispitivanjem (EUT) u skladu s nacionalnim i međunarodnim standardnim specifikacijama valnog oblika za standardizirana ispitivanja imunosti, kako bi se procijenila razina otpornosti EUT-a na smetnje prstenastog vala. Tijekom ispitivanja, slabe točke izolacije opreme, nedostaci energetskih petlji i ranjivosti zaštitnih krugova sučelja mogu se pravovremeno otkriti kako bi se vodila optimizacija hardvera, osiguravajući kontinuiran i stabilan rad opreme nakon postavljanja u složena energetska okruženja.

Operateri mogu prilagoditi amplitudu izlaznog napona, izlaznu impedanciju, polaritet impulsa i fazu sinkronizacije električne mreže kako bi simulirali smetnje različitih stupnjeva ozbiljnosti. Promatra se radno stanje ispitnog uređaja pod utjecajem ubrizgavanja smetnji. Degradacija performansi, funkcionalna abnormalnost i oštećenje hardvera ocjenjuju se prema kriterijima specifikacija proizvoda za procjenu razine imunosti. LISUN Simulator prstenastog vala serije RWG61000‑12 opremljen je kinesko-engleskim Android zaslonom osjetljivim na dodir za vizualnu konfiguraciju parametara i automatsko snimanje procesa ispitivanja, što odgovara testovima EMC sukladnosti za više industrija. 

2 Ključni parametri LISUN Simulator prstenastog vala serije RWG61000‑12

The LISUN Simulator prstenastog vala serije RWG61000‑12 uključuje četiri modela koji pokrivaju izlazne razine 4 kV i 6 kV, opremljene jednofaznim i trofaznim petožičnim mrežama za spajanje i razdvajanje, prikladne za jednofazne kućanske aparate, brojila i trofaznu industrijsku opremu. Ova serija je u skladu s GB/T 17626.12‑2023, IEC 61000‑4‑12:2017, EN 61000‑4‑12:2017, GJB151B‑2013 i drugim standardima. Glavne tehničke specifikacije navedene su u Tablici 1.

Tablica 1 Glavne specifikacije simulatora prstenastog vala serije RWG61000‑12

Kao što je prikazano u gornjim parametrima, ovaj simulator prstenastog vala nudi dvije standardne postavke izlazne impedancije: 12 Ω i 30 Ω, što odgovara uvjetima ispitivanja s različitim impedancijama izvora navedenim u standardima. Podržava sinkrono okidanje izmjenične struje mrežne frekvencije od 0° do 360°, što može simulirati scenarije u kojima se interferencija prstenastog vala javlja pri proizvoljnim faznim kutovima napona mrežne frekvencije i poboljšava ponovljivost ispitivanja. Verzija od 4 kV prikladna je za kućanske aparate i opću industrijsku upravljačku opremu, dok su modeli od 6 kV RWG61000‑12A i RWG61000‑12AT namijenjeni energetskoj opremi i novim energetskim proizvodima viših razina ozbiljnosti. Jednofazni CDN odgovara malim kućanskim aparatima i električnim brojilima; trofazni petožični CDN primjenjuje se za frekvencijske pretvarače, trofazne motore i drugu industrijsku opremu, pokrivajući širok raspon proizvoda.

RWG61000-12_AL

3 Industrijske primjene simulatora prstenastog vala

Simulatori prstenastih valova široko se primjenjuju za istraživanje i razvoj proizvoda, provjeru pouzdanosti i tipska ispitivanja u industrijskoj kontroli i energetici, novim energetskim sustavima, potrošačkim aparatima, medicinskoj elektronici i drugim sektorima.

U industrijama industrijskog upravljanja i energetske opreme, PLC-ovi, servo pogoni, industrijski usmjerivači, brojila energije i uređaji za relejnu zaštitu moraju dovršiti testove imunosti električne mreže sa simulatorima prstenastog vala, simulirajući interferenciju prigušenih oscilacija uzrokovanu pokretanjem i zaustavljanjem motora i prebacivanjem transformatora u tvornicama. Testovi mogu otkriti kašnjenje naredbe, komunikacijske pogreške i nepravilan rad releja te procijeniti performanse izolacije, izbjegavajući pregorijevanje opreme na licu mjesta i osiguravajući siguran rad proizvodnih linija i sustava distribucije energije.

U sektorima nove energije i automobilske elektronike, ulazni priključci za napajanje i CAN komunikacijski priključci AC/DC punjača zahtijevaju ispitivanja imunosti na prstenasti val sa simulatorima prstenastih valova kako bi se simulirali poremećaji u električnoj mreži i poremećaji prstenastih valova izazvani unutarnjim preklapanjem punjača, provjeravajući dolazi li do prekida punjenja i kvara komunikacije. Automobilski BMS i ugrađeni punjači (OBC) također mogu usvojiti simulatore prstenastih valova za reprodukciju interferencije prijelaznih oscilacija sustava napajanja vozila i jamčenje pouzdanog rada ugrađenih elektroničkih komponenti.

Za kućanske aparate i potrošačku elektroniku, hladnjake, klima-uređaje, perilice rublja, adaptere za napajanje i pametne utičnice koriste simulatore prstenastog vala za reprodukciju poremećaja prstenastog vala generiranih pokretanjem i zaustavljanjem kompresora te uključivanjem i isključivanjem uređaja velike snage u stambenim električnim mrežama. Provjerava se hoće li se oprema srušiti ili neispravno raditi, a zaštitni krugovi priključaka za napajanje unaprijed se optimiziraju kako bi se poboljšala pouzdanost potrošačkih proizvoda.

Medicinska elektronička oprema zahtijeva visoku operativnu pouzdanost. Pacijentski monitori, ultrazvučni uređaji, infuzijske pumpe i drugi medicinski instrumenti moraju koristiti simulatore prstenastog vala za simuliranje poremećaja prstenastog vala u električnoj mreži uzrokovanih prebacivanjem velike bolničke opreme poput CT-a i MRI-a, provjeravajući da nema pomaka podataka ili lažnog okidanja kako bi se jamčila sigurnost dijagnoze.

4 Praktični značaj i zaključak

Poremećaji prstenastog vala objektivno postoje u stvarnim mrežama napajanja, a brojni kvarovi proizvoda na licu mjesta nastaju zbog utjecaja prstenastog vala. Simulator prstenastog vala pruža standardizirana i ponovljiva laboratorijska rješenja za ispitivanje. Bez stvaranja složenih uvjeta na licu mjesta, mogu se simulirati prigušeni oscilacijski impulsi u stvarnom svijetu kako bi se dovršila procjena imunosti za EUT, locirale slabe točke izolacije i nedostaci zaštitnog kruga te optimizirao raspored tiskanih pločica, dizajn uzemljenja i odabir komponenti za zaštitu od prenapona. Vjerojatnost kvara opreme na licu mjesta može se smanjiti već od faze istraživanja i razvoja.

The LISUN Serija RWG61000‑12 simulator prstenastog vala u potpunosti zadovoljava zahtjeve valnih oblika nacionalnih, vojnih i međunarodnih standarda. Višestruke jednofazne i trofazne konfiguracije zadovoljavaju zahtjeve istraživačko-razvojnih laboratorija i neovisnih ispitnih institucija. Ispitivanje imunosti na prstenasti val nije samo za certifikaciju sukladnosti, već i ključan pristup za poboljšanje prilagodljivosti okolišu i pouzdanosti električne i elektroničke opreme. S kontinuiranom popularizacijom industrijske i nove energetske opreme, simulatori prstenastog vala igrat će sve važniju ulogu u EMC provjeri.