Изработка и подобрување на тестови за електромагнетна сопротивност за електронски трансформатори на напон

1 Преглед на ЕМС Performances на електронските волтметри
1.1 Дефиниција & Барања за ЕМС

Електромагнетната компатибилност (ЕМС) означува способноста на уред/систем да работи непрекинато во дадена електромагнетна околина и да избегне несфатливо електромагнетно пречење на други субјекти. За електронските волтметри, ЕМС бара стабилна мерна работа во комплексни услови, без да пречи на други уреди. Нивната ЕМС Performance мора да се земе предвид и да се осигура при дизајнирањето и производството.

1.2 Принцип на Функционирање

Електронските волтметри користат електромагнетна индукција и високопрецизно електронско мерење за конверзија на високоволтни сигнали во системите за енергија во низковолтни. Обично се состојат од основен сензор, вторична конверсиона кола и јединица за обработка на сигнал: основниот сензор трансформира високоволтни сигнали во слаби стројмилки/волтажи пропорционални на основната волтаж; вторичната кола дополнително ги конвертира овие во стандардни дигитални/аналогни сигнали; јединицата за обработка филтрира, амплифицира и калибрира сигнали за подобрување на прецизноста и стабилноста на мерењето. Можат да мери волтаж, стројмила и моќ на една кола (како што е прикажано на Слика 1), или волтаж/стројмила на една/повеќе коли.

1.3 Анализа на Електромагнетното Пречење & Осетливост

Електронските волтметри се подложни на електромагнетно пречење од друга електрична опрема (напр. импулси од молнии, трасиентни прекомерни напони од операции со превключувачи), кои го намалуваат перформансот на мерењето (напр. зголемени грешки, нестабилни читања).

2 Анализа на Тести за Електромагнетна Компатибилност на Електронските Волтметри (EVT)
2.1 Содржина на Тестовите и Критерии за Оценка

Тестот за електромагнетна компатибилност на EVT е критичен чекор за осигурување на негово стабилно и точно функционирање во реални работни околини. Тестот се фокусира на оценка на способноста на EVT за противупречење и неговата работа под различни електромагнетни пречења. Критериите за оценка се делат на Категорија А и Категорија Б според тешкотијата на резултатите од тестовите:

• Категорија А: Подржува нормална работа внатре во границите на спецификацијата за прецизност. Оценката бара дека кога EVT е подложено на електромагнетни пречења, неговата мерна прецизност мора да остане внатре во поставените граници. Ова гарантира дека излезниот сигнал на напонот одговара на вистинската вредност и не пречи на нормалното надзорување и контрола на системот за енергија.

• Категорија Б: Дозволува временска деградација на мерна работа неповрзана со функции за заштита. Критериите дозволуваат временски пад на мерна работа под електромагнетни пречења, доколку тоа не влијае на нормалната работа на функциите за заштита или не причинува рестарт/рестарт на уредот. Излезниот напон мора да се контролира внатре во 500 V за да се избегне непотребно пречење или повреда на системот за енергија.

2.2 Тести за Кондуктивно Пречење

Кондуктивното пречење се односи до електромагнетни пречења пренесени преку проводни патеки (напр. жице, метални цеви). За EVT, кондуктивното пречење е голем предизвик.

• Електричко Брзо Транзиентно/Избучување (EFT/B) Тест: Симулира транзиентни пречења од индуктивни терени (напр. реле, контактни превключувачи) при превклучување, кои типично имаат широки фреквенцијски спектри и можат да пречат на функционирањето на EVT. Тестот применува серија на брзи транзиентни избучувања на EVT, набљудувајќи стабилноста и прецизноста на излезниот сигнал на напон за оценка на способноста за противупречење.

• Тест за ИмуниТЕ на Импулси (Удар): Симулира трасиентни прекомерни напони/стројмилки од операции со превключувачи, удари од молнии итн. Овие настани носат висока енергија и кратки траења, тешко влијајќи на изолацијата и мерната прецизност на EVT. Тестот применува ударни напони на EVT за верификација на неговата способност да издразни пречењата без повреда или пад на перформансата.

2.3 Тести за Радирано Пречење

• Тест за ИмуниТЕ на Магнетно Поле на Честота на Системот: Оценува перформансата на EVT во околина на магнетно поле на честота на системот. Со применување на контролирано магнетно поле на честота на системот, тестот набљудува стабилноста и прецизноста на излезниот сигнал на напон за оценка на способноста за противупречење.

• Тест за ИмуниТЕ на Загаснување на Осцилаторско Магнетно Поле: Симулира загаснување на осцилаторски магнетни полиња генерираани кога изолациони превключувачи во високонапонски подстанции функционираат на високонапонски главни линии. Овие полиња имаат брз темп на загаснување и високи фреквенции, потенцијално пречеејќи на мерната прецизност на EVT. Тестот применува загаснување на осцилаторски магнетни полиња за проверка дали EVT подржува стабилна мерна работа.

• Тест за ИмуниТЕ на Пулс Магнетно Поле: Симулира пулс магнетни полиња од удари на молнии на згради или други метални структури. Овие полиња имаат брз подиг на време и високи врхунски интензитети, запризоројувајќи изолацијата и мерната прецизност на EVT. Тестот применува пулс магнетни полиња за верификација на способноста на EVT да издразни пречењата без повреда или пад на перформансата.

• Тест за ИмуниТЕ на Електромагнетно Поле на Радиочестота: Оценува перформансата на EVT во околина на радиочестотно (RF) радијање (напр. индустриски електромагнетни извори, радиодифузии, базни станции за мобилна комуникација). Со применување на контролирано RF радијање, тестот набљудува стабилноста и прецизноста на излезниот сигнал на напон за оценка на способноста за противупречење.

3 Принципи на Дизајн за Електромагнетна Компатибилност на Електронските Волтметри
3.1 Принципи на Дизајн на Коли

• Дизајн со Плавајуващ Мас: Во дизајнот на коли, користете технологија со плавајуващ мас за изолација на сигналните линии од каркаса. Ова го предотвратува директното куплирање на интерферентни стројмили од каркасот во сигналната кола, намалувајќи шумот и подобрувајќи точноста и стабилноста на сигналот.

• Рационален Лежиште на Жици: Правилно распоредете линиите за хомеостаза, маса и различните сигнални линии - ова е клучно за минимизирање на куплирањето. Во дизајнот на коли на EVT, осигурете минимално куплирање помеѓу линиите. Методи како слојно лежиште на жици и правокутна маршрутизација (за избегнување на паралелни течења) намалуваат електромагнетната индукција и капацитивното куплирање.

• Дизајн на Филтери-Кондензатори: Реализирајте филтери-кондензатори на входот на хомеостаза на модулите за подавање на интерферентни сигнали. Одберете кондензатори според параметри како капацитет, напонска класа и карактеристики на фреквенција за ефективно филтрирање на високочестотен шум и пречења од изворот на хомеостаза.

• Нискониво Логички Дизајн: Избегнувајте непотребни високи логички нива за намалување на потрошуването на мощност и високочестотното пречење. Во дизајнот на коли на EVT, дадете приоритет на нискониво логички уреди (напр. 3.3 V уреди) за минимизирање на емисијата и приемот на високочестотен шум.

• Контрола на Времетраење на Возрастање/Опаднување: Изберете најспорото дозволено времетраење на возрастање и опаднување (внатре во ограничувањата на функцијата на колата) за избегнување на генерирање на непотребни високочестотни компоненти. Ова помага за намалување на високочестотниот шум во колата и подобрува стабилноста и прецизноста на сигналот.

3.2 Принципи на Дизајн на Интерна Структура

• Полнополна Штитна Структура: Користете полнополен штит за каркасот, осигурете добро контактирање меѓу сите површини и правилно землење. Ова ефективно блокира екстерналното електромагнетно поле пречење, заштитувајќи ги интерните електронски коли од екстернални пречења.

• Минимизирање на Должината на Изложени Жици: Држете ги сите изложени жици внатре во каркасот колку што е можно кратки за намалување на електромагнетното радирање и куплирање. Во интерниот дизајн на EVT, оптимизирајте распоредот и положбата на компонентите за намалување на должината на изложени жици.

• Групирање и Врзување на Жици: Групирајте жиците според типот на сигнал (напр. одделете дигитални и аналогни линии) и задржете одговарачки размак помеѓу групите. Ова намалува крос-ток помеѓу жиците, подобрувајќи јасноста и точноста на сигналот.

• Лепило со Кондуктивни Особини: Користете лепило со кондуктивни особини на сите интерфејсни заедници на каркасот за осигурување на добар електричен контакт и ефикасност на штитот. Ова намалува контактната отпорност и подобрува перформансата на штитот.

4 Стратегии за Подобрување на Електромагнетната Компатибилност на Електронските Волтметри
4.1 Анти-пречење Дизајн на Портот за Хомеостаза
4.1.1 Инсталација на Филтери за Хомеостаза

Филтерот за хомеостаза е ефективен уред за подавање на електромагнетно пречење кој може да филтрира високочестотен шум и трасиентни импулси во изворот на хомеостаза, осигурувајќи чистотата на входот на хомеостаза. При избор на филтер за хомеостаза, изберете одговарачки модел и спецификации според номиналната мощност и работната околина на EVT, и осигурете дека филтерот е инсталиран близу до входот на хомеостаза за најдобар ефект на филтрирање.

4.1.2 Примена на Редундантен Дизајн на Хомеостаза

За подобрување на надежноста на хомеостазата на EVT, примени се редундантен дизајн на хомеостаза, т.е. се конфигурираат две или повеќе модули за хомеостаза. Кога еден модул за хомеостаза се повреди, другите модули можат брзо да превземат задачата за хомеостаза за осигурување на нормалната работа на EVT. Ова не само подобрува способноста на противупречење на EVT, туку и го подобрува неговата целокупна стабилност.

4.1.3 Подобрување на Штитот и Землењето на Линиите за Хомеостаза

Линиите за хомеостаза се еден од важните патеки за пренесување на електромагнетно пречење. За намалување на електромагнетното пречење на линиите за хомеостаза, се користат штитни кабели за обвивка на линиите за хомеостаза во метална штитна слоја, намалувајќи радирањето и куплирањето на електромагнетни бранови. Во исто време, осигурете добро землење на линиите за хомеостаза, водејќи ги интерферентните стројмили во земјата за избегнување на повреда на EVT.

4.2 Защита од Електростатичко Разрядување на Порти за Сигнали
4.2.1 Инсталација на Компоненти за Апсорбиране на Трасиентни Пречења

Компонентите за апсорбиране на трасиентни пречења, како што се TVS (Transient Voltage Suppressors) и варијатори, можат брзо да апсорбираат енергијата на разрядување во време на електростатичко разрядување и да ја контролираат напонот во безопасна граница, заштитувајќи ги интерните електронски компоненти на EVT од повреда. При избор на компоненти за апсорбиране на трасиентни пречења, изберете одговарачки модел и спецификации според карактеристиките на сигналот и работната околина на EVT.

4.2.2 Примена на Метод на Диференцијално Трансмисија на Сигнали

Методот на диференцијална трансмисија на сигнали може ефективно да се противстави на заедничко-модално пречење и да подобри способноста за противупречење на сигналот. Во дизајнот на портот за сигнали на EVT, се применува методот на диференцијална трансмисија, делејќи го сигналот на позитивна и негативна канална трансмисија. Ефективната информација се извлекува со споредба на разликите во сигналите помеѓу двата канали, што не само подобрува качеството на трансмисијата на сигнали, туку и намалува пречењето на електростатичкото разрядување на EVT.

4.3 Оптимизација на Перформансата на Штитот на Каркасот
4.3.1 Избор на Материал со Висок Магнетен Проникливост

Изборот на материјал за каркасот е критичен за ефектот на штитот. За подобрување на способноста на штитот на каркасот за магнетно поле, се избираат материјали со висока магнетна проникливост, како што се железни плочи, кои можат ефективно да апсорбираат и да ги диспергираат енергијата на магнетното поле и да намалат пречењето на магнетното поле внатре во EVT. Относната магнетна проникливост на метали е приказана во Табела 1.

4.3.2 Оптимизација на Дизајнот на Структурата на Каркасот

Структурниот дизајн на каркасот исто така е важен фактор за ефектот на штитот. Во дизајнот на каркасот на EVT, се применува полнополна штитна структура за осигурување на добро контактирање и землење помеѓу различните површини.

4.3.3 Подобрување на Землењето на Каркасот

Землењето на каркасот е критично за ефектот на штитот. Во дизајнот на каркасот на EVT, потребно е да се осигура добро землење на каркасот, водејќи ги интерферентните стројмили во земјата.

Тие исто така испуштаат пречење како високочестотни хармоници и електромагнетно радирање, влијајќи на други уреди. Дизајнирањето на нив бара да се справи со овие предизвици од пречење и осетливост со мерки за подавање и заштита.

5 Заклучок

Овој труд провежува детална истражување и дизајн на електромагнетната компатибилност на електронските волтметри. Предложени се серија мерки, вклучувајќи принципи на дизајн на коли, принципи на дизајн на интерна структура и стратегии за подобрување на електромагнетната компатибилност. Целта е да се подобри способноста за противупречење и стабилноста на EVT во комплексни електромагнетни околини, да се осигура дека може точно и надежно да мери сигналите на напон во системите за енергија, и да пружи силна гаранција за безбедна и стабилна работа на системите за енергија.