Исследование по применению симулятора кольцевых волн в испытаниях на электромагнитную совместимость электрического и электронного оборудования.

Резюме
В промышленных электросетях и системах электроснабжения гражданского назначения затухающие колебательные кольцевые помехи возникают из-за переключения высоковольтных выключателей, переходных колебаний трансформаторов, сбоев в электросети и переключения индуктивной нагрузки. Такие переходные возмущения передаются в электрическое и электронное оборудование через линии электропередачи и сигнальные линии, что может легко привести к сбоям в работе оборудования, ошибкам и даже повреждению аппаратных средств. В качестве ключевого прибора для испытаний на электромагнитную совместимость (ЭМС) симулятор кольцевой волны Генератор кольцевых волн способен воспроизводить реальные помехи от кольцевых волн в лабораторных условиях. Он проводит испытания на помехоустойчивость в соответствии со стандартами GB/T 17626.12-2023, IEC 61000-4-12 и другими стандартами для оценки помехоустойчивости тестируемого оборудования (EUT), своевременного выявления слабых мест изоляции и дефектов помехоустойчивости цепей, а также обеспечения стабильной работы оборудования в сложных условиях электропитания. LISUN В данной статье, в качестве объекта исследования выбран симулятор кольцевых волн серии RWG61000-12. В работе описывается механизм генерации помех от кольцевых волн, основные функции симулятора, ключевые технические параметры и сценарии применения в различных отраслях промышленности, что позволяет предоставить справочную информацию для практического тестирования электромагнитной совместимости (ЭМС) на помехоустойчивость кольцевых волн.

Введение

Современное электротехническое и электронное оборудование широко применяется в системах промышленного управления, зарядных станциях для возобновляемых источников энергии, медицинском оборудовании, бытовой технике, счетчиках электроэнергии и других областях. В их электропитании присутствуют различные переходные электромагнитные помехи. Кольцевая волна представляет собой неповторяющийся затухающий колебательный переходный импульс, часто встречающийся в низковольтных сетях переменного тока. При срабатывании высоковольтных выключателей в обмотках трансформаторов возникают переходные колебания, в энергосистемах происходят пуски-остановки крупных двигателей или короткие замыкания, а несоответствие импеданса линии вызывает отражение бегущей волны, генерируя резко нарастающие, высокоамплитудные и постепенно затухающие колебательные импульсы частотой 100 кГц, то есть кольцевые помехи.

Подобные помехи проникают в оборудование через силовые и сигнальные кабели и влияют на силовые петли и сигнальные интерфейсы. Многие устройства нормально работают в идеальных лабораторных условиях электропитания, но часто страдают от сбоев в управлении, прерываний связи и функциональных нарушений после подключения к местным электросетям. Большое количество таких отказов связано с помехами от кольцевых волн. Чтобы избежать рисков отказа оборудования, вызванных электромагнитной обстановкой на объекте, продукция должна проходить стандартизированные испытания на помехоустойчивость к кольцевым волнам на этапах НИОКР и сертификации. Симулятор кольцевых волн служит основным аппаратным обеспечением для таких испытаний. Он может воспроизводить стандартизированные формы сигналов кольцевых волн в лабораторных условиях независимо от сложных полевых условий и обеспечивать повторяемую и сопоставимую оценку помехоустойчивости для выявления скрытых конструктивных рисков продукции заранее, что является незаменимым испытательным устройством для проверки электромагнитной совместимости.

1. Принцип работы и основные функции симулятора кольцевой волны

Имитатор кольцевых волн, также известный как генератор кольцевых волн, в основном состоит из высоковольтного накопителя энергии, сети формирования импульсов, модуля усилителя мощности, сети связи-развязки (CDN) и системы управления взаимодействием человека и машины. Стандартные затухающие колебательные сигналы генерируются LC-цепями. После усиления мощности на выходе получаются импульсные сигналы с заданным напряжением и током. Сеть связи-развязки подает помехи на порты тестируемого оборудования, одновременно изолируя внешнее сетевое питание, чтобы предотвратить обратное загрязнение сети тестовыми импульсами и гарантировать безопасность испытаний и точность формы сигнала.

Основная функция симулятора кольцевых волн заключается в имитации помех от кольцевых волн, с которыми сталкивается электрическое и электронное оборудование в реальных условиях. Он воспроизводит затухающие колебательные импульсы, генерируемые работой высоковольтных переключателей, переходными колебаниями обмоток трансформатора, неисправностями в энергосистеме и переключением индуктивной нагрузки. Сигналы помех подаются на испытываемое оборудование (EUT) в соответствии с национальными и международными стандартами для стандартизированных испытаний на помехоустойчивость, чтобы оценить уровень устойчивости EUT к помехам от кольцевых волн. В ходе испытаний можно своевременно выявлять слабые места изоляции оборудования, дефекты силовых контуров и уязвимости защитных цепей интерфейса, что позволяет оптимизировать аппаратное обеспечение и обеспечивать непрерывную и стабильную работу оборудования после развертывания в сложных условиях электроснабжения.

Операторы могут регулировать амплитуду выходного напряжения, выходное сопротивление, полярность импульса и фазу синхронизации с электросетью для имитации помех различной степени серьезности. Наблюдается рабочее состояние испытуемого устройства при воздействии помех. Снижение производительности, функциональные отклонения и повреждение оборудования оцениваются в соответствии с критериями спецификации продукта для оценки уровня помехоустойчивости. LISUN Симулятор кольцевых волн серии RWG61000-12 оснащен сенсорным экраном на базе Android с поддержкой китайского и английского языков для визуальной настройки параметров и автоматической записи процесса тестирования, что позволяет проводить испытания на соответствие требованиям электромагнитной совместимости в различных отраслях промышленности. 

2 Ключевые параметры LISUN Симулятор кольцевой волны серии RWG61000‑12

LISUN Серия кольцевых волновых симуляторов RWG61000‑12 включает четыре модели, охватывающие уровни выходного напряжения 4 кВ и 6 кВ, оснащенные соответственно однофазными и трехфазными пятипроводными сетями связи-развязки, и подходит для однофазных бытовых приборов, счетчиков и трехфазного промышленного оборудования. Данная серия соответствует стандартам GB/T 17626.12‑2023, IEC 61000‑4‑12:2017, EN 61000‑4‑12:2017, GJB151B‑2013 и другим. Основные технические характеристики приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные характеристики симулятора кольцевых волн серии RWG61000‑12.

Как показано в параметрах выше, этот симулятор кольцевых волн обеспечивает две стандартные настройки выходного импеданса: 12 Ом и 30 Ом, соответствующие условиям испытаний с различными импедансами источника, указанными в стандартах. Он поддерживает синхронный запуск по частоте переменного тока от 0° до 360°, что позволяет имитировать сценарии возникновения помех от кольцевых волн при произвольных фазовых углах напряжения промышленной частоты и повышать воспроизводимость испытаний. Версия на 4 кВ подходит для бытовой техники и общего промышленного контрольно-измерительного оборудования, в то время как модели на 6 кВ RWG61000-12A и RWG61000-12AT предназначены для энергетического оборудования и новых энергетических продуктов более высокого уровня сложности. Однофазная CDN подходит для малой бытовой техники и электросчетчиков; трехфазная пятипроводная CDN применяется для преобразователей частоты, трехфазных двигателей и другого промышленного оборудования, охватывая широкий спектр продукции.

RWG61000-12_АЛ

3 промышленных применения симулятора кольцевой волны

Имитаторы кольцевых волн широко используются в исследованиях и разработках продукции, проверке надежности и типовых испытаниях в таких отраслях, как промышленное управление и энергетика, возобновляемая энергетика, бытовая техника, медицинская электроника и другие.

В отраслях промышленного управления и производства энергетического оборудования ПЛК, сервоприводы, промышленные маршрутизаторы, счетчики электроэнергии и устройства релейной защиты должны проходить испытания на устойчивость к воздействию линий электропередачи с помощью имитаторов кольцевых волн, моделирующих затухающие колебания, возникающие при запуске-остановке двигателей и переключении трансформаторов на заводах. Эти испытания позволяют выявлять задержки команд, ошибки связи и сбои в работе реле, а также оценивать изоляционные характеристики, предотвращая перегорание оборудования на месте и обеспечивая безопасную работу производственных линий и систем распределения электроэнергии.

В секторах возобновляемой энергетики и автомобильной электроники входные порты питания и CAN-порты зарядных устройств переменного/постоянного тока нуждаются в испытаниях на устойчивость к кольцевым волнам с использованием имитаторов кольцевых волн для моделирования помех в электросети и внутренних коммутационных помех зарядных устройств, что позволяет проверить наличие прерываний зарядки и сбоев связи. Автомобильные системы управления батареями (BMS) и бортовые зарядные устройства (OBC) также могут использовать имитаторы кольцевых волн для воспроизведения переходных колебательных помех в системах электропитания транспортных средств и обеспечения надежной работы бортовых электронных компонентов.

В бытовой технике и потребительской электронике, таких как холодильники, кондиционеры, стиральные машины, адаптеры питания и интеллектуальные розетки, используются симуляторы кольцевых волн для воспроизведения помех, генерируемых пуском-остановкой компрессора и переключением мощных электроприборов в бытовых электросетях. Проверяется, не произойдет ли сбой или неисправность оборудования, а схемы защиты силовых разъемов оптимизируются заранее для повышения надежности потребительских товаров.

Медицинское электронное оборудование требует высокой эксплуатационной надежности. В мониторах пациента, ультразвуковых устройствах, инфузионных насосах и других медицинских приборах следует использовать симуляторы кольцевых волн для имитации помех от электросети, вызванных переключением крупномасштабного больничного оборудования, такого как КТ и МРТ, проверяя отсутствие смещения данных или ложных срабатываний для обеспечения безопасности диагностики.

4. Практическое значение и заключение

В реальных сетях электроснабжения объективно существует кольцевое волновое воздействие, и многочисленные отказы оборудования на месте эксплуатации происходят из-за его влияния. Симулятор кольцевых волн обеспечивает стандартизированные и воспроизводимые решения для лабораторных испытаний. Без создания сложных условий на месте эксплуатации можно моделировать реальные затухающие колебательные импульсы для оценки помехоустойчивости тестируемого оборудования, выявления слабых мест изоляции и дефектов защитной цепи, а также для оптимизации компоновки печатной платы, проектирования заземления и выбора компонентов защиты от перенапряжений. Вероятность отказа оборудования на месте эксплуатации может быть снижена уже на этапе исследований и разработок.

LISUN Серия RWG61000‑12 симулятор кольцевой волны Полностью соответствует требованиям к форме сигнала национальных, военных и международных стандартов. Многочисленные однофазные и трехфазные конфигурации удовлетворяют требованиям научно-исследовательских лабораторий и сторонних испытательных учреждений. Испытания на помехоустойчивость кольцевых волн являются не только сертификацией соответствия, но и важным подходом к повышению адаптивности к окружающей среде и надежности электрического и электронного оборудования. С непрерывным распространением промышленного оборудования и оборудования для возобновляемой энергетики симуляторы кольцевых волн будут играть все более важную роль в проверке электромагнитной совместимости.