Дослідження застосування симулятора кільцевої хвилі для випробувань на стійкість до електромагнітних перешкод електричного та електронного обладнання

абстрактний
У промислових електромережах та системах електропостачання цивільного призначення затухаючі коливальні кільцеві хвильові перешкоди виникають через перемикання високовольтних вимикачів, перехідні коливання трансформатора, несправності живлення та перемикання індуктивного навантаження. Такі перехідні перешкоди потрапляють в електричне та електронне обладнання через лінії електропередач та сигнальні лінії, що може легко призвести до аварії обладнання, неправильної роботи та навіть пошкодження обладнання. Як ключовий прилад для випробування електромагнітної сумісності, симулятор кільцевої хвилі (генератор кільцевої хвилі) може відтворювати реальні перешкоди кільцевої хвилі в лабораторних умовах. Він проводить випробування на стійкість відповідно до GB/T 17626.12‑2023, IEC 61000‑4‑12 та інших стандартів для оцінки здатності обладнання, що тестується (EUT), до таких перешкод, своєчасного виявлення слабких місць ізоляції та дефектів схеми, що перешкодонебезпечні, а також забезпечення стабільної роботи обладнання в складних енергетичних середовищах. Беручи до уваги LISUN У цій статті, як об'єкт дослідження, описується механізм генерації перешкод кільцевої хвилі серії RWG61000‑12. Основні функції симулятора, ключові технічні параметри та сценарії застосування в різних галузях інженерії, що забезпечує орієнтири для практичних випробувань електромагнітної сумісності на стійкість до кільцевої хвилі.

Вступ

Сучасне електричне та електронне обладнання широко застосовується в промисловому контролі, зарядних пристроях нової енергії, медичних пристроях, побутовій техніці, лічильниках потужності та інших галузях. Середовища їх живлення заповнені різноманітними перехідними електромагнітними збуреннями. Кільцева хвиля - це непериодичний затухаючий коливальний перехідний імпульс, який зазвичай існує в низьковольтних мережах змінного струму. Під час роботи високовольтних ключів у обмотках трансформаторів виникають перехідні коливання, в енергосистемах відбуваються запуски-зупинки великих двигунів або короткі замикання, а відбиття біжучої хвилі викликається невідповідністю імпедансу лінії, генеруючи круто наростаючі, високоамплітудні та поступово затухаючі коливальні імпульси 100 кГц, а саме інтерференцію кільцевої хвилі.

Такі перешкоди потрапляють в обладнання через силові та сигнальні кабелі та впливають на силові петлі та сигнальні інтерфейси. Багато пристроїв працюють нормально за ідеальних лабораторних умов живлення, але часто страждають від аномалій керування, переривань зв'язку та функціональних розладів після підключення до локальних електричних мереж. Велика кількість таких збоїв пов'язана з перешкодами кільцевої хвилі. Щоб уникнути ризиків виходу з ладу обладнання, спричинених електромагнітним середовищем на місці, вироби повинні проходити стандартизовані випробування на стійкість до кільцевої хвилі на етапах досліджень і розробок та затвердження типу. Симулятор кільцевої хвилі служить основним обладнанням для таких випробувань. Він може відтворювати стандартизовані форми хвиль кільцевої хвилі в лабораторіях незалежно від складних польових умов та здійснювати повторювану та порівнянну оцінку стійкості, щоб заздалегідь виявити приховані конструктивні ризики виробів, що є незамінним випробувальним пристроєм для перевірки електромагнітної сумісності.

1 Принцип роботи та основні функції симулятора кільцевих хвиль

Симулятор кільцевої хвилі, також відомий як генератор кільцевої хвилі, складається в основному з високовольтного накопичувача енергії, мережі формування імпульсів, модуля підсилювача потужності, мережі зв'язку-розв'язки (CDN) та системи керування взаємодією людини з машиною. Стандартні затухаючі коливальні сигнали генеруються LC-коливальними схемами. Після підсилення потужності виводяться імпульсні сигнали із заданою напругою та струмом. Мережа зв'язку-розв'язки вводить перешкоди в порти випробуваного обладнання, одночасно ізолюючи зовнішнє мережеве живлення, щоб запобігти забрудненню електромережі випробувальними імпульсами у зворотному напрямку та гарантувати безпеку випробувань та точність форми сигналу.

Основна функція симулятора кільцевої хвилі полягає в імітації перешкод кільцевої хвилі, з якими стикається електричне та електронне обладнання в реальних умовах. Він відтворює затухаючі коливальні імпульси, що генеруються роботою високовольтного перемикача, перехідними коливаннями обмотки трансформатора, несправностями енергосистеми та перемиканням індуктивного навантаження. Сигнали перешкод подаються на обладнання, що випробовується (EUT), відповідно до національних та міжнародних стандартних специфікацій форми сигналу для стандартизованих випробувань на стійкість, щоб оцінити рівень стійкості EUT до перешкод кільцевої хвилі. Під час випробувань можна своєчасно виявити слабкі місця ізоляції обладнання, дефекти силових контурів та вразливості схем захисту інтерфейсу, щоб скерувати оптимізацію апаратного забезпечення, забезпечуючи безперервну та стабільну роботу обладнання після розгортання в складних енергетичних середовищах.

Оператори можуть регулювати амплітуду вихідної напруги, вихідний імпеданс, полярність імпульсів та фазу синхронізації з енергосистемою для імітації перешкод різного рівня серйозності. Спостерігається робочий стан випробовуваного обладнання під впливом перешкод. Погіршення продуктивності, функціональні аномалії та пошкодження обладнання оцінюються за критеріями специфікації продукту для оцінки рівня стійкості. LISUN Симулятор кільцевих хвиль серії RWG61000‑12 оснащений сенсорним екраном Android з китайсько-англійською мовою для візуального налаштування параметрів та автоматичного запису процесу випробувань, що дозволяє проводити випробування на відповідність вимогам електромагнітної сумісності для різних галузей промисловості. 

2 Ключові параметри LISUN Симулятор кільцевих хвиль серії RWG61000‑12

Команда LISUN Симулятор кільцевої хвилі серії RWG61000‑12 включає чотири моделі з вихідними рівнями 4 кВ та 6 кВ, оснащені однофазними та трифазними п'ятипровідними мережами зв'язку-розв'язки відповідно, придатними для однофазних побутових приладів, лічильників та трифазного промислового обладнання. Ця серія відповідає стандартам GB/T 17626.12‑2023, IEC 61000‑4‑12:2017, EN 61000‑4‑12:2017, GJB151B‑2013 та іншим стандартам. Основні технічні характеристики наведено в таблиці 1.

Таблиця 1 Основні характеристики симулятора кільцевих хвиль серії RWG61000‑12

Як показано у наведених вище параметрах, цей симулятор кільцевої хвилі забезпечує два стандартні налаштування вихідного імпедансу: 12 Ом та 30 Ом, що відповідають умовам випробувань з різними імпедансами джерел, зазначеними у стандартах. Він підтримує синхронне керування змінним струмом промислової частоти від 0° до 360°, що може імітувати сценарії, де виникають перешкоди кільцевої хвилі при довільних фазових кутах напруги промислової частоти та покращує відтворюваність випробувань. Версія на 4 кВ підходить для побутової техніки та загального промислового контрольного обладнання, тоді як моделі RWG61000‑12A та RWG61000‑12AT на 6 кВ призначені для силового обладнання та продуктів нової енергетики з вищим рівнем складності. Однофазна CDN підходить для невеликої побутової техніки та електролічильників; трифазна п'ятипровідна CDN застосовується для перетворювачів частоти, трифазних двигунів та іншого промислового обладнання, охоплюючи широкий спектр продукції.

RWG61000-12_AL

3 промислових застосування симулятора кільцевих хвиль

Симулятори кільцевих хвиль широко використовуються для досліджень і розробок продуктів, перевірки надійності та типових випробувань у промисловому управлінні та енергетиці, новій енергетиці, побутовій техніці, медичній електроніці та інших секторах.

У галузях промислового керування та енергетичного обладнання ПЛК, сервоприводи, промислові маршрутизатори, лічильники енергії та пристрої релейного захисту повинні проводити випробування на стійкість до впливу ліній електропередач за допомогою симуляторів кільцевої хвилі, що імітують затухаючі коливання, спричинені пуском-зупинкою двигуна та перемиканням трансформаторів на заводах. Випробування можуть виявляти затримку команд, помилки зв'язку та неправильну роботу реле, а також оцінювати характеристики ізоляції, уникаючи перегорання обладнання на місці та забезпечуючи безпечну експлуатацію виробничих ліній та систем розподілу електроенергії.

У секторах нової енергетики та автомобільної електроніки, порти вхідного живлення та порти зв'язку CAN зарядних паль змінного/постійного струму потребують випробувань на стійкість до кільцевих хвиль за допомогою симуляторів кільцевих хвиль для імітації збоїв в електромережі та викликаних внутрішнім перемиканням кільцевих хвиль зарядних паль, перевіряючи, чи відбуваються переривання заряджання та збої зв'язку. Автомобільні системи управління будівництвом (BMS) та бортові зарядні пристрої (OBC) також можуть використовувати симулятори кільцевих хвиль для відтворення перехідних коливальних перешкод систем живлення транспортних засобів та гарантування надійної роботи бортових електронних компонентів.

Для побутової техніки та споживчої електроніки, холодильників, кондиціонерів, пральних машин, адаптерів живлення та розумних розеток використовуються симулятори кільцевої хвилі для відтворення збурень кільцевої хвилі, що генеруються запуском-зупинкою компресора та перемиканням потужних приладів у житлових електромережах. Перевіряється, чи вийде з ладу або вийде з ладу обладнання, а схеми захисту силових портів заздалегідь оптимізуються для підвищення надійності споживчих товарів.

Медичне електронне обладнання вимагає високої експлуатаційної надійності. Монітори пацієнтів, ультразвукові прилади, інфузійні насоси та інші медичні інструменти повинні використовувати симулятори кільцевої хвилі для імітації збурень кільцевої хвилі в електромережі, спричинених перемиканням великогабаритного лікарняного обладнання, такого як КТ та МРТ, перевіряючи відсутність зміщення даних або помилкових спрацьовувань для гарантування безпеки діагностики.

4 Практичне значення та висновки

Збурення кільцевої хвилі об'єктивно існують у реальних мережах електропостачання, і численні відмови виробів на місці виникають через вплив кільцевої хвилі. Симулятор кільцевої хвилі надає стандартизовані та відтворювані лабораторні випробувальні рішення. Без створення складних умов на місці, можна моделювати реальні імпульси затухаючих коливань для завершення оцінки стійкості випробуваного обладнання, виявлення слабких місць ізоляції та дефектів захисних схем, а також для оптимізації компонування друкованих плат, проектування заземлення та вибору компонентів захисту від перенапруги. Ймовірність відмови обладнання на місці можна зменшити ще на етапі досліджень і розробок.

Команда LISUN Серія RWG61000‑12 симулятор кільцевої хвилі повністю відповідає вимогам до форми хвилі національних, військових та міжнародних стандартів. Різноманітні однофазні та трифазні конфігурації задовольняють вимоги науково-дослідних лабораторій та сторонніх випробувальних установ. Випробування на стійкість до кільцевих хвиль – це не лише сертифікація відповідності, а й життєво важливий підхід до підвищення адаптивності до навколишнього середовища та надійності електричного та електронного обладнання. Зі постійною популяризацією промислового та новоенергетичного обладнання, симулятори кільцевих хвиль відіграватимуть дедалі важливішу роль у перевірці електромагнітної сумісності.