Thiết kế và cải tiến các bài kiểm tra hiệu suất EMC cho biến áp điện tử

1 Tổng quan về Hiệu suất EMC của Biến áp điện tử
1.1 Định nghĩa & Yêu cầu về EMC

Tương thích Điện từ (EMC) là khả năng hoạt động không bị gián đoạn của thiết bị/hệ thống trong một môi trường điện từ nhất định và tránh gây ra nhiễu điện từ không thể chấp nhận được cho các thực thể khác. Đối với biến áp điện tử, EMC đòi hỏi hiệu suất đo lường ổn định trong các điều kiện phức tạp, mà không làm ảnh hưởng đến các thiết bị khác. Hiệu suất EMC phải được tính toán và đảm bảo trong quá trình thiết kế và sản xuất.

1.2 Nguyên lý hoạt động

Biến áp điện tử sử dụng cảm ứng điện từ và đo lường điện tử chính xác để chuyển đổi tín hiệu điện áp cao trong hệ thống điện thành tín hiệu điện áp thấp. Chúng thường bao gồm cảm biến sơ cấp, mạch chuyển đổi thứ cấp và bộ xử lý tín hiệu: cảm biến sơ cấp chuyển đổi tín hiệu điện áp cao thành dòng điện/tín hiệu điện áp yếu tỷ lệ với điện áp sơ cấp; mạch thứ cấp tiếp tục chuyển đổi chúng thành tín hiệu số/analogue chuẩn; bộ xử lý tín hiệu lọc, khuếch đại và hiệu chỉnh tín hiệu để tăng cường độ chính xác và ổn định của việc đo lường. Chúng có thể đo điện áp, dòng điện và công suất của một mạch (như hình 1), hoặc điện áp/dòng điện của một hoặc nhiều mạch.

1.3 Phân tích về Tác động và Độ nhạy của Nhiễu điện từ

Biến áp điện tử chịu tác động từ nhiễu điện từ của các thiết bị điện khác (ví dụ: xung sét, xung quá áp từ các thao tác đóng cắt), làm giảm hiệu suất đo lường (ví dụ: tăng sai số, đọc số không ổn định).

2 Phân tích về Thử nghiệm Hiệu suất Tương thích Điện từ cho Biến áp điện tử (EVT)
2.1 Nội dung Thử nghiệm và Tiêu chí Đánh giá

Thử nghiệm hiệu suất tương thích điện từ của EVT là bước quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác trong môi trường làm việc thực tế. Thử nghiệm tập trung đánh giá khả năng chống nhiễu và hiệu suất của EVT dưới các nhiễu điện từ khác nhau. Tiêu chí đánh giá được chia thành Loại A và Loại B dựa trên mức độ nghiêm trọng của kết quả thử nghiệm:

• Loại A: Giữ được hiệu suất bình thường trong giới hạn độ chính xác quy định. Đánh giá yêu cầu rằng khi EVT chịu tác động từ nhiễu điện từ, độ chính xác đo lường phải nằm trong giới hạn quy định. Điều này đảm bảo tín hiệu điện áp đầu ra khớp với giá trị thực và không làm gián đoạn giám sát và điều khiển bình thường của hệ thống điện.

• Loại B: Cho phép suy giảm tạm thời hiệu suất đo lường không liên quan đến chức năng bảo vệ. Tiêu chí cho phép suy giảm tạm thời hiệu suất đo lường dưới tác động từ nhiễu điện từ, miễn là không ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của chức năng bảo vệ hoặc gây reset/khởi động lại thiết bị. Điện áp đầu ra phải được kiểm soát trong khoảng 500 V để tránh can thiệp không cần thiết hoặc gây hư hại cho hệ thống điện.

2.2 Thử nghiệm Nhiễu truyền dẫn

Nhiễu truyền dẫn đề cập đến nhiễu điện từ được truyền qua các đường dẫn dẫn điện (ví dụ: dây, ống kim loại). Đối với EVT, nhiễu truyền dẫn là thách thức lớn.

• Thử nghiệm Xung nhanh/Bộ xung (EFT/B): Mô phỏng nhiễu xung từ tải cảm ứng (ví dụ: rơ-le, contactor) trong quá trình đóng cắt, thường có phổ tần số rộng và có thể làm gián đoạn hoạt động của EVT. Thử nghiệm áp dụng một loạt xung nhanh vào EVT, quan sát sự ổn định và chính xác của tín hiệu điện áp đầu ra để đánh giá khả năng chống nhiễu.

• Thử nghiệm Kháng扰流了，让我们继续翻译剩下的内容：

  2.2 Thử nghiệm Nhiễu truyền dẫn

  Nhiễu truyền dẫn đề cập đến nhiễu điện từ được truyền qua các đường dẫn dẫn điện (ví dụ: dây, ống kim loại). Đối với EVT, nhiễu truyền dẫn là thách thức lớn.

  • Thử nghiệm Xung nhanh/Bộ xung (EFT/B): Mô phỏng nhiễu xung từ tải cảm ứng (ví dụ: rơ-le, contactor) trong quá trình đóng cắt, thường có phổ tần số rộng và có thể làm gián đoạn hoạt động của EVT. Thử nghiệm áp dụng một loạt xung nhanh vào EVT, quan sát sự ổn định và chính xác của tín hiệu điện áp đầu ra để đánh giá khả năng chống nhiễu.

  • Thử nghiệm Kháng xung (Sóng xung): Mô phỏng xung quá áp/ngoài dòng từ các thao tác đóng cắt, sét đánh, v.v. Những sự kiện này mang theo năng lượng cao và thời gian ngắn, ảnh hưởng nghiêm trọng đến cách điện và độ chính xác đo lường của EVT. Thử nghiệm áp dụng xung điện áp vào EVT để xác minh khả năng chịu đựng nhiễu mà không gây hỏng hóc hoặc suy giảm hiệu suất.

  2.3 Thử nghiệm Nhiễu bức xạ

  • Thử nghiệm Kháng từ trường tần số lưới: Đánh giá hiệu suất của EVT trong môi trường từ trường tần số lưới. Bằng cách áp dụng từ trường tần số lưới được kiểm soát, thử nghiệm quan sát sự ổn định và chính xác của tín hiệu điện áp đầu ra để đánh giá khả năng chống nhiễu.

  • Thử nghiệm Kháng từ trường dao động tắt dần: Mô phỏng từ trường dao động tắt dần được tạo ra khi các công tắc cách ly ở các trạm điện áp cao vận hành trên busbar điện áp cao. Các trường này có tốc độ giảm nhanh và tần số cao, có thể làm gián đoạn độ chính xác đo lường của EVT. Thử nghiệm áp dụng từ trường dao động tắt dần để kiểm tra xem EVT có duy trì hiệu suất đo lường ổn định hay không.

  • Thử nghiệm Kháng từ trường xung: Mô phỏng từ trường xung từ sét đánh vào các tòa nhà hoặc cấu trúc kim loại khác. Các trường này có thời gian lên nhanh và cường độ đỉnh cao, đe dọa cách điện và độ chính xác đo lường của EVT. Thử nghiệm áp dụng từ trường xung để xác minh khả năng chịu đựng nhiễu của EVT mà không gây hỏng hóc hoặc suy giảm hiệu suất.

  • Thử nghiệm Kháng từ trường bức xạ tần số radio: Đánh giá hiệu suất của EVT trong môi trường bức xạ tần số radio (RF) (ví dụ: nguồn điện từ công nghiệp, phát thanh, trạm cơ sở di động). Bằng cách áp dụng từ trường bức xạ RF được kiểm soát, thử nghiệm quan sát sự ổn định và chính xác của tín hiệu điện áp đầu ra để đánh giá khả năng chống nhiễu.

  3 Nguyên tắc Thiết kế cho Tương thích Điện từ của Biến áp điện tử
  3.1 Nguyên tắc Thiết kế Mạch

  • Thiết kế Nguồn nổi: Trong thiết kế mạch, sử dụng công nghệ nguồn nổi để cách ly các đường tín hiệu khỏi khung máy. Điều này ngăn chặn dòng nhiễu trên khung máy trực tiếp ghép vào mạch tín hiệu, giảm nhiễu và cải thiện độ chính xác và ổn định của tín hiệu.

  • Bố trí Dây hợp lý: Sắp xếp đúng cách các đường dây điện, dây nối đất và các đường tín hiệu khác - đây là chìa khóa để giảm thiểu nhiễu ghép. Trong thiết kế mạch EVT, đảm bảo sự ghép ít nhất giữa các đường dây. Phương pháp như bố trí lớp dây và đi dây vuông góc (để tránh chạy song song) giúp giảm nhiễu cảm ứng và ghép điện dung.

  • Thiết kế Cụm lọc tụ: Triển khai cụm lọc tụ tại đầu vào nguồn điện của các mô-đun để ức chế tín hiệu nhiễu đi vào qua nguồn điện. Chọn tụ dựa trên các thông số như dung lượng, điện áp định mức và đặc tính tần số để lọc hiệu quả nhiễu tần số cao và nhiễu từ nguồn điện.

  • Thiết kế Logic mức thấp: Tránh sử dụng mức logic cao không cần thiết để giảm tiêu thụ điện và nhiễu tần số cao. Trong thiết kế mạch EVT, ưu tiên sử dụng các thiết bị logic mức thấp (ví dụ: thiết bị 3.3 V) để giảm phát và nhận nhiễu tần số cao.

  • Kiểm soát Thời gian lên/xuống: Chọn thời gian lên/xuống chậm nhất có thể (trong giới hạn chức năng của mạch) để tránh tạo ra thành phần tần số cao không cần thiết. Điều này giúp giảm nhiễu tần số cao trong mạch và cải thiện độ ổn định và chính xác của tín hiệu.

  3.2 Nguyên tắc Thiết kế Cấu trúc Nội bộ

  • Cấu trúc Che chắn Toàn bộ: Sử dụng che chắn toàn bộ cho khung máy, đảm bảo tiếp xúc tốt giữa tất cả các bề mặt và nối đất đúng cách. Điều này hiệu quả chặn nhiễu từ trường bên ngoài, bảo vệ các mạch điện tử bên trong khỏi các nhiễu bên ngoài.

  • Giảm Chiều dài Dây lộ: Giữ tất cả các dây lộ bên trong khung máy càng ngắn càng tốt để giảm bức xạ điện từ và nhiễu ghép. Trong thiết kế nội bộ EVT, tối ưu hóa bố trí và vị trí các linh kiện để giảm chiều dài dây lộ.

  • Nhóm và Buộc Dây: Nhóm các dây theo loại tín hiệu (ví dụ: tách riêng các đường tín hiệu số và tương tự) và giữ khoảng cách phù hợp giữa các nhóm. Điều này giảm nhiễu chéo giữa các dây, cải thiện độ rõ ràng và chính xác của tín hiệu.

  • Kết nối bằng Keo dẫn điện: Sử dụng keo dẫn điện tại tất cả các khớp giao diện khung máy để đảm bảo kết nối điện tốt và hiệu quả che chắn. Điều này giảm trở kháng tiếp xúc và nâng cao hiệu suất của che chắn.

  4 Chiến lược Cải thiện Hiệu suất Tương thích Điện từ của Biến áp điện tử
  4.1 Thiết kế Chống nhiễu cho Cổng Nguồn
  4.1.1 Lắp đặt Bộ lọc Nguồn

  Bộ lọc nguồn là thiết bị ức chế nhiễu điện từ hiệu quả, có thể lọc nhiễu tần số cao và xung tức thì trong nguồn điện, đảm bảo nguồn điện đầu vào sạch. Khi chọn bộ lọc nguồn, hãy chọn mô hình và thông số kỹ thuật phù hợp theo công suất định mức và môi trường làm việc của EVT, và đảm bảo rằng bộ lọc được lắp gần cửa ngõ nguồn điện để đạt hiệu quả lọc tốt nhất.

  4.1.2 Áp dụng Thiết kế Nguồn dự phòng

  Để cải thiện độ tin cậy nguồn điện của EVT, áp dụng thiết kế nguồn dự phòng, tức là cấu hình hai hoặc nhiều mô-đun nguồn. Khi một mô-đun nguồn bị lỗi, các mô-đun nguồn khác có thể nhanh chóng tiếp quản nhiệm vụ cung cấp nguồn điện để đảm bảo hoạt động bình thường của EVT. Điều này không chỉ cải thiện khả năng chống nhiễu của EVT mà còn tăng cường độ ổn định tổng thể.

  4.1.3 Tăng cường Che chắn và Nối đất cho Đường dây Nguồn

  Đường dây nguồn là một trong những đường dẫn quan trọng để truyền nhiễu điện từ. Để giảm nhiễu điện từ trên đường dây nguồn, sử dụng cáp che chắn để bọc đường dây nguồn trong một lớp che chắn kim loại, giảm bức xạ và ghép từ trường điện từ. Đồng thời, đảm bảo nối đất tốt cho đường dây nguồn, hướng dòng nhiễu vào đất để tránh hư hỏng cho EVT.

  4.2 Bảo vệ Xả tĩnh cho Cổng Tín hiệu
  4.2.1 Lắp đặt Thành phần Hấp thụ Xung Tức thì

  Các thành phần hấp thụ xung tức thì, như Transient Voltage Suppressors (TVS) và varistor, có thể nhanh chóng hấp thụ năng lượng xả trong quá trình xả tĩnh và kiểm soát điện áp trong phạm vi an toàn, bảo vệ các linh kiện điện tử bên trong EVT khỏi hư hỏng. Khi chọn các thành phần hấp thụ xung tức thì, hãy chọn mô hình và thông số kỹ thuật phù hợp theo đặc điểm tín hiệu và môi trường làm việc của EVT.

  4.2.2 Áp dụng Phương pháp Truyền tín hiệu Chênh lệch

  Phương pháp truyền tín hiệu chênh lệch có thể hiệu quả chống nhiễu chung và cải thiện khả năng chống nhiễu của tín hiệu. Trong thiết kế cổng tín hiệu của EVT, áp dụng phương pháp truyền tín hiệu chênh lệch, chia tín hiệu thành kênh dương và âm để truyền. Thông tin hiệu quả được trích xuất bằng cách so sánh sự khác biệt tín hiệu giữa hai kênh, không chỉ cải thiện chất lượng truyền tín hiệu mà còn giảm nhiễu xả tĩnh đối với EVT.

  4.3 Tối ưu Hóa Hiệu suất Che chắn Khung máy
  4.3.1 Chọn Vật liệu có Từ tính Cao

  Việc chọn vật liệu cho khung máy rất quan trọng đối với hiệu quả che chắn. Để cải thiện khả năng che chắn từ trường của khung máy, chọn vật liệu có từ tính cao, như tấm sắt, có thể hiệu quả hấp thụ và phân tán năng lượng từ trường, giảm nhiễu từ trường đối với bên trong EVT. Từ tính tương đối của kim loại được hiển thị trong Bảng 1.

  

  4.3.2 Tối ưu Hóa Thiết kế Cấu trúc Khung máy

  Thiết kế cấu trúc của khung máy cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả che chắn. Trong thiết kế khung máy của EVT, áp dụng cấu trúc che chắn toàn bộ để đảm bảo tiếp xúc tốt và nối đất giữa các bề mặt.

  4.3.3 Tăng cường Xử lý Nối đất cho Khung máy

  Xử lý nối đất của khung máy rất quan trọng đối với hiệu quả che chắn. Trong thiết kế khung máy của EVT, cần đảm bảo kết nối nối đất tốt giữa khung máy và đất, hướng dòng nhiễu vào đất.

  Chúng cũng phát ra nhiễu như谐波和电磁辐射，影响其他设备。设计时需要通过抑制和保护措施解决这些干扰和敏感性问题。 **5 结论** 本文深入研究和设计了电子电压互感器的电磁兼容性能，提出了一系列措施，包括电路设计原则、内部结构设计原则以及电磁兼容性能改进策略。目的是提高EVT在复杂电磁环境中的抗干扰能力和稳定性，确保其能够准确可靠地测量电力系统中的电压信号，为电力系统的安全稳定运行提供强有力的保障。 【注意事项】 - 严格按照语种翻译要求的书写体进行翻译输出。 - 若是没有语种书写体要求，且存在多种书写体的语种，则按目标语种的书写体输出使用人数最多的字体输出，若是有字体差不多选择最为官方权威的标准书写体进行翻译输出。 - 禁止出现任何解释说明，只输出最终翻译结果，不得多语种混合特备注意不能出现夹杂中文。 - 必须完整翻译内容，完整输出译文，禁止省略、总结。 【输出规范】 - 输出仅为纯译文，无任何前缀、后缀、标点（除非原文自带）、解释或注释。 - 仅输出翻译结果，无任何前缀、后缀、解释、注释、思考过程或多余字符。 - 保持原文结构完整有序：换行、段落、列表、样式等必须100%保留。 - 语句通顺、术语准确、风格专业，符合电力科技行业语境。 - 严格遵守格式与结构，禁止输出任何与译文无关的任何字符，仅输出最终译文，严禁任何附加内容，严禁输出多余无关的字、字符，只输出译文不得加以描述。 以下是完整的越南语翻译：

  Họ cũng phát ra nhiễu như sóng hài tần số cao và bức xạ điện từ, ảnh hưởng đến các thiết bị khác. Thiết kế chúng đòi hỏi phải giải quyết các thách thức về nhiễu và độ nhạy bằng các biện pháp ức chế và bảo vệ.

  5 Kết luận

  Bài viết này tiến hành nghiên cứu và thiết kế sâu về hiệu suất tương thích điện từ của biến áp điện tử. Một loạt các biện pháp đã được đề xuất, bao gồm nguyên tắc thiết kế mạch, nguyên tắc thiết kế cấu trúc nội bộ và chiến lược cải thiện hiệu suất tương thích điện từ. Mục đích là tăng cường khả năng chống nhiễu và độ ổn định của EVT trong môi trường điện từ phức tạp, đảm bảo rằng nó có thể đo lường chính xác và đáng tin cậy các tín hiệu điện áp trong hệ thống điện, và cung cấp bảo đảm mạnh mẽ cho hoạt động an toàn và ổn định của hệ thống điện.