EMC-ydeevnestests design og forbedring for elektroniske spændingsomformere

1 Overblik over EMC-ydeevne af elektroniske spændingsoverførere
1.1 Definition & Krav for EMC

Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) betegner en enheds/systems evne til at fungere uforstyrret i en given elektromagnetisk miljø og undgå at forårsage uacceptable elektromagnetiske støjforstyrrelser til andre enheder. For elektroniske spændingsoverførere kræver EMC stabil målingsydeevne i komplekse miljøer uden at forstyrre andre enheder. Deres EMC-ydeevne skal tages i betragtning og sikres under design og produktion.

1.2 Arbejdsgang

Elektroniske spændingsoverførere benytter elektromagnetisk induktion og højpræcisionelektroniske målinger til at konvertere højsignaler i strømsystemer til lavspændingssignaler. De består typisk af en primær sensor, sekundær konverteringscirkuit og signalbehandlingsenhed: den primære sensor omdanner højsignaler til svage strøm/spændinger proportional med den primære spænding; den sekundære cirkuit konverterer disse yderligere til standard digitale/analoge signaler; behandlingsenheden filtrerer, forstærker og kalibrerer signaler for at forbedre målingsnøjagtighed og stabilitет.

1.3 Analyse af elektromagnetisk støj & følsomhed

Elektroniske spændingsoverførere er udsat for elektromagnetisk støj fra andre elektriske udstyr (fx lynimpulser, kortvarige overspændinger fra skift operations), som nedsætter målingsydeevnen (fx øget fejl, ustabile læsninger).

2 Analyse af elektromagnetisk kompatibilitets prøver for elektroniske spændingsoverførere (EVT)
2.1 Prøveindhold og vurderingskriterier

Prøven på elektromagnetisk kompatibilitetsydeevne for en EVT er et kritisk trin for at sikre dens stabil og præcis drift i reelle arbejdsmiljøer. Prøven fokuserer på at vurdere EVTs modstandsdygtighed mod støjforstyrrelser og dens ydeevne under forskellige elektromagnetiske forstyrrelser. Vurderingskriterier er opdelt i Kategori A og Kategori B baseret på alvorligheden af prøveresultater:

• Kategori A: Opretholder normal ydeevne inden for nøjagtighedsgrænser. Vurderingen kræver, at når EVT er udsat for elektromagnetiske forstyrrelser, skal dens målingsnøjagtighed være inden for de angivne grænser. Dette sikrer, at udgangsspændingssignalet matcher den faktiske værdi og ikke forstyrrer den normale overvågning og kontrol af strømsystemet.

• Kategori B: Tillader midlertidig nedgang i målingsydeevne, der ikke er relateret til beskyttelsesfunktioner. Kriterierne tillader midlertidig nedgang i målingsydeevne under elektromagnetiske forstyrrelser, forudsat at de ikke påvirker den normale drift af beskyttelsesfunktionerne eller forårsager genstart af enheden. Udgangsspændingen skal kontrolleres inden for 500 V for at undgå unødig forstyrrelse eller skade på strømsystemet.

2.2 Overførte forstyrrelsesprøver

Overførte forstyrrelser refererer til elektromagnetiske forstyrrelser, der overføres via ledende veje (fx ledninger, metalrør). For EVTs er overførte forstyrrelser en stor udfordring.

• Elektriske hurtige transiente/burst (EFT/B) prøve: Simulerer transiente forstyrrelser fra induktive laster (fx relæer, kontaktorer) under skift, hvilket typisk har bred frekvensspektrum og kan forstyrre EVT drift. Prøven anvender en række hurtige transiente burst til EVT, observerer stabiliteten og nøjagtigheden af dets udgangsspændingssignal for at vurdere modstandsdygtighed mod forstyrrelser.

• Overspændingsimmunitet prøve: Simulerer kortvarige overspændinger/strøm fra skift operations, lynnedslag osv. Disse begivenheder har høj energi og kort varighed, hvilket alvorligt påvirker EVTs isolering og målingsnøjagtighed. Prøven anvender overspændinger til EVT for at verificere dets evne til at klare forstyrrelser uden skade eller ydeevne nedgang.

2.3 Udsendte forstyrrelsesprøver

• Strømfrekvens magnetfelt immunitet prøve: Vurderer EVTs ydeevne i strømfrekvens magnetfelt miljøer. Ved at anvende et kontrolleret strømfrekvens magnetfelt, observerer prøven stabiliteten og nøjagtigheden af udgangsspændingssignalet for at vurdere modstandsdygtighed mod forstyrrelser.

• Dempede oscillerende magnetfelt immunitet prøve: Simulerer dempede oscillerende magnetfelter, der genereres, når isolationskontakter i høvspændingsunderstations opererer på høvspændingsbusbarer. Disse felter har hurtige nedbrydningsrater og høje frekvenser, potentielt forstyrrende EVTs målingsnøjagtighed. Prøven anvender dempede oscillerende magnetfelter for at tjekke, om EVT opretholder stabil målingsydeevne.

• Puls magnetfelt immunitet prøve: Simulerer puls magnetfelter fra lynnedslag på bygninger eller andre metalstrukturer. Disse felter har hurtige stigningstider og høje topintensiteter, truende for EVTs isolering og målingsnøjagtighed. Prøven anvender puls magnetfelter for at verificere EVTs evne til at klare forstyrrelser uden skade eller ydeevne nedgang.

• Radiofrekvens radiations elektromagnetisk felt immunitet prøve: Vurderer EVTs ydeevne i radiofrekvens (RF) radiation miljøer (fx industrielle elektromagnetiske kilder, radioudsendelser, mobilkommunikationsbasestationer). Ved at anvende kontrollerede RF radiation felter, observerer prøven stabiliteten og nøjagtigheden af udgangsspændingssignalet for at vurdere modstandsdygtighed mod forstyrrelser.

3 Designprincipper for elektromagnetisk kompatibilitet af elektroniske spændingsoverførere
3.1 Kredsløbsdesignprincipper

• Flydende jord design: I kredsløbsdesign bruges flydende jord teknologi til at isolere signallinjer fra chassiet. Dette forhindrer støjstrømme på chassiet i at direkte kupler ind i signal cirkuitet, reducerer støjforstyrrelser og forbedrer signaltal og -stabilitet.

• Rationel ledningslayout: Rigtigt arrangerer strømledninger, jordledninger og forskellige signallinjer - dette er nøgle til at minimere kupling forstyrrelser. I EVT kredsløbsdesign skal der være minimal kupling mellem linjer. Metoder som lagrede ledningsanlæg og ortogonale ruter (for at undgå parallelle løb) reducerer elektromagnetisk induktion og kapacitiv kupling.

• Filter kondensator design: Implementer filter kondensatorer ved strøminde på moduler for at undertrykke forstyrrelses signaler, der indgår via strømforsyningen. Vælg kondensatorer baseret på parametre som kapacitans, spændingsklasse og frekvens karakteristika for effektivt at filtrere højkreds støj og forstyrrelser fra strømforsyningen.

• Lavniveau logik design: Undgå unødvendige høje logik niveauer for at reducere kredsløbs strømforbrug og højkreds forstyrrelser. I EVT kredsløbsdesign prioriterer man lavniveau logik enheder (fx 3.3 V enheder) for at minimere højkreds støj emission og reception.

• Stigning/fald tid kontrol: Vælg den langsomste tilladte stigning og fald tid (inden for kredsløbs funktionsgrænser) for at undgå at generere unødvendige højkreds komponenter. Dette hjælper med at reducere højkreds støj i kredsløbet og forbedre signaltal og -stabilitet.

3.2 Internt strukturdesign principper

• Fuldt lukket skjoldstruktur: Brug et fuldt lukket skjold til chassiet, og sikr at alle overflader har god kontakt og korrekt jordforbindelse. Dette effektivt blokerer eksterne elektromagnetiske felt forstyrrelser, beskytter interne elektroniske kredsløb mod eksterne forstyrrelser.

• Minimer eksponerede ledningslængder: Hold alle eksponerede ledninger inde i chassiet så kort som muligt for at reducere elektromagnetisk stråling og kupling forstyrrelser. I EVT intern design optimerer man komponent layout og placering for at minimere eksponerede ledningslængder.

• Kabelgruppering og -binding: Grupper ledninger efter signaltypen (fx separat digitale og analoge linjer) og fasthold passende afstand mellem grupper. Dette reducerer kryds-tal mellem ledninger, forbedrer signalklarhed og -nøjagtighed.

• Konduktiv lim binding: Brug konduktiv lim ved alle chassi grænseoverflader for at sikre god elektrisk forbindelse og skjold effektivitet. Dette nedbringer kontaktmodstand og forbedrer skjoldets ydeevne.

4 Strategier for at forbedre elektromagnetisk kompatibilitetsydeevne af elektroniske spændingsoverførere
4.1 Støjforstyrrelsesdesign af strømport
4.1.1 Installér strømfilter

Et strømfilter er en effektiv elektromagnetisk forstyrrelses undertrykkelses enhed, der kan filtrere højkreds støj og kortvarige pulser i strømforsyningen, og sikre renhed af strøm input. Når du vælger et strømfilter, vælg det passende filter model og specifikation ifølge den nominerede effekt og arbejdsmiljø for EVT, og sikr at filtret installeres tæt på strøm indgang for bedste filtrerings effekt.

4.1.2 Anvend redundant strømforsyningsdesign

For at forbedre strømforsyningens pålidelighed for EVT anvendes et redundant strømforsyningsdesign, det vil sige, to eller flere strømmodule konfigureres. Når et strømmodule mislykkes, kan andre strømmodule hurtigt overtage strømforsyning opgaven for at sikre den normale drift af EVT. Dette forbedrer ikke kun EVT's modstandsdygtighed mod forstyrrelser, men også dens samlede stabilitet.

4.1.3 Forstærk skjold og jordforbindelse af strømledninger

Strømledninger er en af de vigtige veje for elektromagnetisk forstyrrelses propagation. For at reducere elektromagnetisk forstyrrelser på strømledninger, bruges skjoldede kabler til at omslutte strømledninger i en metal skjoldlag, der reducerer strålingen og kuplingen af elektromagnetiske bølger. Samtidig sikr en god jordforbindelse af strømledninger, der leder forstyrrelsesstrømmer ind i jorden for at undgå skade på EVT.

4.2 Elektrisk statisk udladningsbeskyttelse af signaalports
4.2.1 Installér kortvarige forstyrrelses absorption komponenter

Kortvarige forstyrrelses absorption komponenter, som Transient Voltage Suppressors (TVS) og varistorer, kan hurtigt absorbere udladningsenergien under elektrisk statisk udladning og kontrollere spændingen inden for en sikker niveau, beskytter interne elektroniske komponenter i EVT mod skade. Når du vælger kortvarige forstyrrelses absorption komponenter, vælg den passende komponent model og specifikation ifølge signalkarakteristikker og arbejdsmiljø for EVT.

4.2.2 Anvend differentialsignaltransmissionsmetode

Differentialsignaltransmissionsmetoden kan effektivt modstå fælles-mode forstyrrelser og forbedre signalets modstandsdygtighed mod forstyrrelser. I signaalport designet for EVT anvendes differentialsignaltransmissionsmetoden, hvor signalet opdeles i positive og negative kanaler til transmission. Effektiv information extraheres ved at sammenligne signalforskellen mellem de to kanaler, hvilket ikke blot forbedrer signaltillidskvaliteten, men også reducerer forstyrrelserne fra elektrisk statisk udladning på EVT.

4.3 Optimering af chassiskjold ydeevne
4.3.1 Vælg materialer med høj magnetisk permeabilitet

Valg af materiale til chassiet er afgørende for skjoldeffekten. For at forbedre chassiets magnetfelt skjold evne, vælges materialer med høj magnetisk permeabilitet, som jernplader, der effektivt absorberer og disperger magnetfelt energi og reducerer forstyrrelserne fra magnetfeltet på EVT indersiden. Metalernes relative magnetiske permeabilitet vises i tabel 1.

4.3.2 Optimer chassistrukturdesign

Chassistrukturdesignet er også en vigtig faktor, der påvirker skjoldeffekten. I EVT chassidesign anvendes en fuldt lukket skjoldstruktur for at sikre god kontakt og jordforbindelse mellem de forskellige overflader.

4.3.3 Forstærk chassi jordforbindelse behandling

Jordforbindelse behandlingen af chassiet er afgørende for skjoldeffekten. I EVT chassidesign er det nødvendigt at sikre en god jordforbindelse mellem chassiet og jorden, der leder forstyrrelsesstrømmer ind i jorden.

De emitterer også forstyrrelser som højkreds harmonier og elektromagnetisk stråling, der påvirker andre enheder. Deres design kræver, at disse forstyrrelser og følsomhed udfordringer håndteres med undertrykkelses- og beskyttelsesforanstaltninger.

5 Konklusion

Denne artikel foretager en dybdegående forskning og design af elektromagnetisk kompatibilitetsydeevne for elektroniske spændingsoverførere. En række foranstaltninger foreslås, herunder kredsløbsdesign principper, interne strukturdesign principper og strategier for at forbedre elektromagnetisk kompatibilitetsydeevne. Målet er at forbedre EVTs modstandsdygtighed mod forstyrrelser og stabilitet i komplekse elektromagnetiske miljøer, sikre, at den præcist og pålideligt kan måle spændingssignaler i strømsystemer, og give en stærk garanti for sikker og stabil drift af strømsystemer.