Pengujian Kinerja EMC Desain dan Peningkatan untuk Trafo Tegangan Elektronik

1 Tinjauan Umum Kinerja EMC dari Transformer Tegangan Elektronik
1.1 Definisi & Persyaratan EMC

Kompatibilitas Elektromagnetik (EMC) menunjukkan kemampuan perangkat/sistem untuk beroperasi tanpa gangguan dalam lingkungan elektromagnetik tertentu dan menghindari mengganggu entitas lain dengan interferensi elektromagnetik yang tidak dapat diterima. Untuk transformer tegangan elektronik, EMC menuntut kinerja pengukuran yang stabil dalam kondisi yang kompleks, tanpa mengganggu perangkat lain. Kinerja EMC mereka harus dipertimbangkan dan dijamin selama desain dan manufaktur.

1.2 Prinsip Kerja

Transformer tegangan elektronik memanfaatkan induksi elektromagnetik dan pengukuran elektronik presisi tinggi untuk mengubah sinyal tegangan tinggi dalam sistem tenaga menjadi sinyal tegangan rendah. Biasanya terdiri dari sensor primer, rangkaian konversi sekunder, dan unit pemrosesan sinyal: sensor primer mengubah sinyal tegangan tinggi menjadi arus/tegangan lemah yang proporsional dengan tegangan primer; rangkaian sekunder lebih lanjut mengubah ini menjadi sinyal digital/analog standar; unit pemrosesan menyaring, memperkuat, dan kalibrasi sinyal untuk meningkatkan akurasi dan stabilitas pengukuran. Mereka dapat mengukur tegangan, arus, dan daya dari satu sirkuit (seperti ditunjukkan pada Gambar 1), atau tegangan/arus dari satu/beberapa sirkuit.

1.3 Analisis Interferensi Elektromagnetik & Sensitivitas

Transformer tegangan elektronik rentan terhadap interferensi elektromagnetik dari peralatan listrik lainnya (misalnya, impuls petir, overvoltage transien dari operasi saklar), yang dapat menurunkan kinerja pengukuran (misalnya, peningkatan kesalahan, pembacaan tidak stabil).

2 Analisis Uji Kinerja Kompatibilitas Elektromagnetik untuk Transformer Tegangan Elektronik (EVT)
2.1 Isi Uji dan Kriteria Evaluasi

Uji kinerja kompatibilitas elektromagnetik EVT adalah langkah penting untuk memastikan operasinya yang stabil dan akurat dalam lingkungan kerja sebenarnya. Uji ini fokus pada evaluasi kemampuan anti-interferensi EVT dan kinerjanya di bawah berbagai gangguan elektromagnetik. Kriteria evaluasi dibagi menjadi Kelas A dan Kelas B berdasarkan tingkat keparahan hasil uji:

• Kelas A: Menjaga kinerja normal dalam batas spesifikasi akurasi. Evaluasi memerlukan bahwa ketika EVT terekspos gangguan elektromagnetik, akurasi pengukurannya harus tetap dalam batas yang ditentukan. Ini memastikan sinyal tegangan keluaran sesuai dengan nilai sebenarnya dan tidak mengganggu pemantauan dan kontrol normal sistem tenaga.

• Kelas B: Memungkinkan penurunan sementara kinerja pengukuran yang tidak berkaitan dengan fungsi perlindungan. Kriteria memperbolehkan penurunan sementara kinerja pengukuran di bawah gangguan elektromagnetik, asalkan tidak mempengaruhi operasi normal fungsi perlindungan atau menyebabkan reset/ulang perangkat. Tegangan keluaran harus dikendalikan dalam 500 V untuk menghindari gangguan atau kerusakan yang tidak perlu pada sistem tenaga.

2.2 Uji Interferensi Konduktif

Interferensi konduktif merujuk pada gangguan elektromagnetik yang ditransmisikan melalui jalur konduktif (misalnya, kabel, pipa logam). Untuk EVT, interferensi konduktif adalah tantangan utama.

• Uji Transien Cepat Listrik/Burst (EFT/B): Mensimulasikan gangguan transien dari beban induktif (misalnya, relai, kontaktor) selama penukaran, yang biasanya memiliki spektrum frekuensi yang luas dan dapat mengganggu operasi EVT. Uji ini menerapkan serangkaian burst transien cepat ke EVT, mengamati stabilitas dan akurasi sinyal tegangan keluaran untuk menilai kemampuan anti-interferensi.

• Uji Ketahanan Terhadap Lonjakan (Impuls): Mensimulasikan overvoltage/overcurrent transien dari operasi saklar, sambaran petir, dll. Peristiwa ini membawa energi tinggi dan durasi singkat, sangat mempengaruhi isolasi dan akurasi pengukuran EVT. Uji ini menerapkan tegangan lonjakan ke EVT untuk memverifikasi kemampuannya untuk menahan gangguan tanpa kerusakan atau penurunan kinerja.

2.3 Uji Interferensi Radiatif

• Uji Ketahanan Terhadap Medan Magnet Frekuensi Daya: Menilai kinerja EVT dalam lingkungan medan magnet frekuensi daya. Dengan menerapkan medan magnet frekuensi daya yang terkontrol, uji ini mengamati stabilitas dan akurasi sinyal tegangan keluaran untuk menilai kemampuan anti-interferensi.

• Uji Ketahanan Terhadap Medan Magnet Oskilasi Amortisasi: Mensimulasikan medan magnet oskilasi amortisasi yang dihasilkan saat sakelar isolasi di stasiun tegangan tinggi beroperasi pada bus tegangan tinggi. Medan ini memiliki laju penurunan cepat dan frekuensi tinggi, potensial mengganggu akurasi pengukuran EVT. Uji ini menerapkan medan magnet oskilasi amortisasi untuk memeriksa apakah EVT tetap menjaga kinerja pengukuran yang stabil.

• Uji Ketahanan Terhadap Medan Magnet Impuls: Mensimulasikan medan magnet impuls dari sambaran petir pada bangunan atau struktur logam lainnya. Medan ini memiliki waktu naik cepat dan intensitas puncak tinggi, mengancam isolasi dan akurasi pengukuran EVT. Uji ini menerapkan medan magnet impuls untuk memverifikasi kemampuan EVT untuk menahan gangguan tanpa kerusakan atau penurunan kinerja.

• Uji Ketahanan Terhadap Medan Elektromagnetik Radiasi Frekuensi Radio: Menilai kinerja EVT dalam lingkungan radiasi frekuensi radio (RF) (misalnya, sumber elektromagnetik industri, siaran radio, stasiun pangkalan komunikasi seluler). Dengan menerapkan medan radiasi RF yang terkontrol, uji ini mengamati stabilitas dan akurasi sinyal tegangan keluaran untuk menilai kemampuan anti-interferensi.

3 Prinsip Desain untuk Kompatibilitas Elektromagnetik Transformer Tegangan Elektronik
3.1 Prinsip Desain Rangkaian

• Desain Ground Mengambang: Dalam desain rangkaian, gunakan teknologi ground mengambang untuk mengisolasi garis sinyal dari rangka. Ini mencegah arus interferensi pada rangka secara langsung terkuplikasi ke dalam rangkaian sinyal, mengurangi gangguan noise dan meningkatkan akurasi dan stabilitas sinyal.

• Penataan Kabel yang Rasional: Susunlah garis daya, ground, dan berbagai garis sinyal dengan tepat—ini adalah kunci untuk meminimalkan interferensi kupon. Dalam desain rangkaian EVT, pastikan kupon antar garis minimal. Metode seperti penataan lapisan dan routing ortogonal (untuk menghindari jalur paralel) mengurangi induksi elektromagnetik dan kupon kapasitif.

• Desain Kapasitor Filter: Implementasikan kapasitor filter di input daya modul untuk menekan sinyal interferensi yang masuk melalui pasokan daya. Pilih kapasitor berdasarkan parameter seperti kapasitansi, rating tegangan, dan karakteristik frekuensi untuk efektif menyaring noise dan interferensi frekuensi tinggi dari sumber daya.

• Desain Logika Level Rendah: Hindari level logika tinggi yang tidak perlu untuk mengurangi konsumsi daya sirkuit dan interferensi frekuensi tinggi. Dalam desain rangkaian EVT, prioritaskan perangkat logika level rendah (misalnya, perangkat 3.3 V) untuk meminimalkan emisi dan penerimaan noise frekuensi tinggi.

• Kontrol Waktu Naik/Turun: Pilih waktu naik dan turun terlama yang diperbolehkan (dalam batas fungsi rangkaian) untuk menghindari pembentukan komponen frekuensi tinggi yang tidak perlu. Ini membantu mengurangi noise frekuensi tinggi dalam sirkuit dan meningkatkan stabilitas dan akurasi sinyal.

3.2 Prinsip Desain Struktur Internal

• Struktur Shielding Tertutup Penuh: Gunakan shield tertutup penuh untuk rangka, memastikan kontak baik antara semua permukaan dan grounding yang tepat. Ini secara efektif memblokir interferensi medan elektromagnetik eksternal, melindungi rangkaian elektronik internal dari gangguan eksternal.

• Minimalkan Panjang Kabel Terbuka: Jaga agar semua kabel terbuka di dalam rangka seminimal mungkin untuk mengurangi radiasi elektromagnetik dan interferensi kupon. Dalam desain internal EVT, optimalkan tata letak komponen untuk meminimalkan panjang kabel terbuka.

• Pengelompokan dan Pengikatan Kabel: Kelompokkan kabel berdasarkan jenis sinyal (misalnya, pisahkan garis digital dan analog) dan jaga jarak yang tepat antar kelompok. Ini mengurangi crosstalk antar kabel, meningkatkan kejelasan dan akurasi sinyal.

• Perekatan Adhesif Konduktif: Gunakan adhesif konduktif di semua sambungan antarmuka rangka untuk memastikan koneksi listrik yang baik dan efektivitas shielding. Ini menurunkan resistansi kontak dan meningkatkan kinerja shield.

4 Strategi untuk Meningkatkan Kinerja Kompatibilitas Elektromagnetik Transformer Tegangan Elektronik
4.1 Desain Anti-Interferensi Port Daya
4.1.1 Pasang Filter Daya

Filter daya adalah perangkat supresi interferensi elektromagnetik yang efektif yang dapat menyaring noise frekuensi tinggi dan pulsa transien dalam pasokan daya, memastikan kebersihan input daya. Saat memilih filter daya, pilih model dan spesifikasi filter yang sesuai berdasarkan daya nominal dan lingkungan kerja EVT, dan pastikan filter dipasang dekat dengan inlet daya untuk mendapatkan efek penyaringan terbaik.

4.1.2 Adopsi Desain Pasokan Daya Redundan

Untuk meningkatkan keandalan pasokan daya EVT, desain pasokan daya redundan diadopsi, yaitu, dua atau lebih modul daya dikonfigurasikan. Ketika satu modul daya gagal, modul daya lainnya dapat dengan cepat mengambil alih tugas pasokan daya untuk memastikan operasi normal EVT. Ini tidak hanya meningkatkan kemampuan anti-interferensi EVT tetapi juga meningkatkan stabilitas keseluruhan.

4.1.3 Perkuat Shielding dan Grounding Garis Daya

Garis daya adalah salah satu jalur penting untuk propagasi interferensi elektromagnetik. Untuk mengurangi interferensi elektromagnetik pada garis daya, kabel berlapis pelindung digunakan untuk membungkus garis daya dalam lapisan pelindung logam, mengurangi radiasi dan kupon gelombang elektromagnetik. Sementara itu, pastikan grounding garis daya yang baik, mengarahkan arus interferensi ke tanah untuk menghindari kerusakan pada EVT.

4.2 Perlindungan Discharge Statis pada Port Sinyal
4.2.1 Pasang Komponen Penyerap Gangguan Transien

Komponen penyerap gangguan transien, seperti Transient Voltage Suppressors (TVS) dan varistor, dapat dengan cepat menyerap energi discharge selama discharge statis dan mengontrol tegangan dalam tingkat aman, melindungi komponen elektronik internal EVT dari kerusakan. Saat memilih komponen penyerap gangguan transien, pilih model dan spesifikasi komponen yang sesuai berdasarkan karakteristik sinyal dan lingkungan kerja EVT.

4.2.2 Adopsi Metode Transmisi Sinyal Diferensial

Metode transmisi sinyal diferensial dapat secara efektif menahan interferensi mode umum dan meningkatkan kemampuan anti-interferensi sinyal. Dalam desain port sinyal EVT, metode transmisi sinyal diferensial diadopsi, membagi sinyal menjadi saluran positif dan negatif untuk transmisi. Informasi efektif diekstrak dengan membandingkan perbedaan sinyal antara kedua saluran, yang tidak hanya meningkatkan kualitas transmisi sinyal tetapi juga mengurangi interferensi discharge statis pada EVT.

4.3 Optimalisasi Kinerja Shielding Rangka
4.3.1 Pilih Material dengan Permeabilitas Magnetik Tinggi

Pemilihan material rangka sangat penting untuk efek shielding. Untuk meningkatkan kemampuan shielding medan magnet rangka, material dengan permeabilitas magnetik tinggi, seperti pelat besi, dipilih, yang dapat secara efektif menyerap dan mendispersikan energi medan magnet dan mengurangi gangguan medan magnet pada bagian dalam EVT. Permeabilitas magnetik relatif logam ditunjukkan dalam Tabel 1.

4.3.2 Optimalisasi Desain Struktur Rangka

Desain struktur rangka juga merupakan faktor penting yang mempengaruhi efek shielding. Dalam desain rangka EVT, struktur shielding tertutup penuh diadopsi untuk memastikan kontak dan grounding yang baik antara berbagai permukaan.

4.3.3 Perkuat Perlakuan Grounding Rangka

Perlakuan grounding rangka sangat penting untuk efek shielding. Dalam desain rangka EVT, perlu memastikan koneksi grounding yang baik antara rangka dan tanah, mengarahkan arus interferensi ke tanah.

Mereka juga mengeluarkan interferensi seperti harmonisa frekuensi tinggi dan radiasi elektromagnetik, mempengaruhi perangkat lain. Mendesain mereka memerlukan penanganan tantangan interferensi dan sensitivitas ini dengan tindakan supresi dan perlindungan.

5 Kesimpulan

Makalah ini melakukan penelitian dan desain mendalam tentang kinerja kompatibilitas elektromagnetik transformer tegangan elektronik. Serangkaian tindakan diajukan, termasuk prinsip desain rangkaian, prinsip desain struktur internal, dan strategi peningkatan kinerja kompatibilitas elektromagnetik. Tujuannya adalah untuk meningkatkan kemampuan anti-interferensi dan stabilitas EVT dalam lingkungan elektromagnetik yang kompleks, memastikan bahwa ia dapat mengukur sinyal tegangan secara akurat dan andal dalam sistem tenaga, dan memberikan jaminan kuat untuk operasi aman dan stabil sistem tenaga.