Med den hurtige udvikling af kraftsystemer, er elektroniske spændingsomformere (EVTs), som nøglemåleenheder i kraftsystemer, afgørende for sikker og stabil drift af kraftsystemer. Deres elektromagnetiske kompatibilitet (EMC) ydeevne, som en af de kerneyndikatorer for EVTs, har direkte forbindelse til enhedens evne til at fungere normalt i komplekse elektromagnetiske miljøer og om det vil forårsage elektromagnetisk støj til andre enheder. At foretage dybdegående forskning og design på EMC-ydeevnen af EVTs er af stor betydning for at forbedre den overordnede stabilitet og sikkerhed af kraftsystemer.
1 Oversigt over elektromagnetisk kompatibilitetsydeevne for elektroniske spændingsomformere
1.1 Definition og krav til elektromagnetisk kompatibilitet
Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) refererer til en enheds eller systems evne til at fungere normalt uden forstyrrelser i et specifikt elektromagnetisk miljø og ikke forårsage uudholdelig elektromagnetisk hærværk til andre ting i miljøet. For EVTs skal de opretholde stabil måleydeevne i komplekse elektromagnetiske miljøer og ikke forårsage elektromagnetisk støj til andre enheder. Derfor skal EMC-ydeevnen tages i betragtning under design- og produktionsfasen af EVTs, og der skal formuleres tilsvarende beskyttelsesforanstaltninger.
1.2 Arbejdss princip for elektroniske spændingsomformere
EVTs anvender princippet om elektromagnetisk induktion og højpræcis elektronisk måleteknologi til at konvertere høvspændings signaler i kraftsystemer til lavspændings signaler. De består typisk af en primær sensor, en sekundær konverteringssirkuit og en signalbehandlingsenhed. Den primære sensor er ansvarlig for at konvertere høvspændings signaler til svage strøm/spændings signaler, der er proportional med den primære spænding; den sekundære konverteringssirkuit konverterer derefter de svage signaler yderligere til standard digitale/analoge signaler; signalbehandlingsenheden forbedrer præcisionen og stabiliteten af målingen gennem operationer som filtrering, forstærkning og justering. EVTs kan dække forskellige former, såsom elektroniske spændingsomformere til måling af enkeltkanal/flerkanals spændinger, elektroniske strømsoformere til måling af enkeltkanal/flerkanals strømme, eller integrerede omformere, som vist på figur 1, der måler ensrettede spændinger, strømme og tilhørende effekt samtidig.
1.3 Analyse af elektromagnetisk hærværk og elektromagnetisk følsomhed
EVTs er sårbar over for ekstern elektromagnetisk hærværk i elektromagnetiske miljøer, som f.eks. lynnedslag og kortvarige overspændinger fra skiftoperationer, hvilket kan forårsage problemer som øget målefejl og ustabil data; samtidig kan de højfrekvente harmonier og elektromagnetiske stråling, der genereres af EVTs selv, også forstyrre andre elektriske anlæg. Derfor skal spørgsmål om elektromagnetisk hærværk og elektromagnetisk følsomhed fuldt ud tages i betragtning, når EVTs designes, og undertrykkelses- og beskyttelsesforanstaltninger bør træffes.
EMC-ydeevnetest af EVTs er en nøgleslut i at sikre deres stabilitet og præcision i den faktiske drift. Det fokuserer på modstandsdygtighed over for forstyrrelser og inddeles i klasse A og klasse B i henhold til alvorligheden af testresultaterne:
2 Analyse af elektromagnetisk kompatibilitetsydeevne-tester for elektroniske spændingsomformere
2.1 Testindhold og vurderingsstandarder
Klasse A: Det kræves, at når EVTs udsættes for elektromagnetisk hærværk, bliver målepræcisionen inden for specifikationsgrænser, og udgangsspændings signalet er konsekvent med den faktiske værdi uden at påvirke overvågningen og kontrol af kraftsystemet.
Klasse B: Det tillader en midlertidig nedgang i måleydeevnen (den del, der ikke relaterer sig til beskyttelse) af EVTs, men det må ikke påvirke udførelsen af beskyttelsesfunktioner, og udstyret behøver ikke nulstilles/genstartes; udgangsspændingen skal kontrolleres inden for 500V for at undgå forstyrrelser i kraftsystemet.
2.2 Konduktive forstyrrelses tester
Konduktiv forstyrrelse spreder sig gennem ledningsveje som ledninger og metalrør og er en af de hovedtyper af elektromagnetisk hærværk, som EVTs står over for. Det inkluderer to typer af tester:
Hurtig transitor/burst test: Simulerer den transiente forstyrrelse (med bred frekvensspektrum) ved afkobling af induktive laster som relæer og kontaktorer. Anvender en hurtig burst-transient på EVT, observerer stabiliteten og præcisionen af udgangsspændings signalet, og vurderer modstandsdygtighed over for forstyrrelser.
Overvoltage (påvirkning) immunitet test: Simulerer kortvarige overspændinger/overspændelser forårsaget af skiftoperationer og lynnedslag (med stor energi og kort varighed). Anvender en overvoltage med en bestemt amplitud på EVT for at teste udstyrets udmattelseskapacitet og ydeevnestabilitet.
2.3 Strålt forstyrrelses tester
Det inkluderer fire typer af tester for at simulere forstyrrelser i forskellige elektromagnetiske miljøer:
Netfrekvens magnetfelt immunitet test: Anvender et netfrekvens magnetfelt med en bestemt intensitet på EVT, observerer stabiliteten og præcisionen af udgangsspændings signalet, og vurderer modstandsdygtighed over for forstyrrelser i netfrekvens magnetfelt miljø.
Dempet oscillerende magnetfelt immunitet test: Simulerer det dempet oscillerende magnetfelt (med hurtig afkobling og høj frekvens), der genereres, når disconnector i en højspændings understation skifter bus. Anvender det tilsvarende magnetfelt på EVT for at teste stabiliteten af måleydeevnen.
Puls magnetfelt immunitet test: Simulerer det puls magnetfelt (med hurtig stigning og høj topværdi), der genereres ved lynnedslag på metalkomponenter. Anvender et puls magnetfelt på EVT for at verificere, om udstyrets isoleringsydeevne og målepræcision påvirkes.
Radiofrekvens strålt elektromagnetisk felt immunitet test: Simulerer parasit stråling fra industrielle elektromagnetiske kilder, radioudsendelser/mobil kommunikations basestationer osv. Anvender et radiofrekvens elektromagnetisk felt med en bestemt intensitet på EVT, observerer stabiliteten af udgangssignalet, og vurderer modstandsdygtighed over for forstyrrelser.
3 Design principper for elektromagnetisk kompatibilitet af elektroniske spændingsomformere
3.1 Kredsløbsdesign principper
Flydende jord design: Brug flydende jord teknologi til at isolere kredsløbs signallinjer fra chassiet, blokér kopling af forstyrrelsesstrømme på chassiet til signalkredsløbet, reducér støj, og forbedr signalydeevne og stabilitet.
Rationelt ledningslayout: Optimer layoutet af strømforsyninger, jorder og signallinjer. Reducér parallelle distribution af linjer og minimér kopling forstyrrelser mellem linjer gennem metoder som lagdelte ledninger og ortogonale ledninger.
Filter kondensator design: Konfigurer filter kondensatorer ved inputenden af modulstrømforsyningen. Vælg kondensatorerne baseret på faktorer som kapacitetsværdi, spændingsmodstand og frekvensegenskaber for at filtrere højfrekvent støj og forstyrrelser introduceret af strømforsyningen.
Lav-niveau logik design: Giv prioritet til lav-niveau logik enheder (som 3.3V niveau enheder) for at undgå unødvendige høje logik niveauer, reducér kredsløbs strømforbrug og frembringelse af højfrekvent forstyrrelser.
Stigning/fald tid kontrol: Vælg den langsomste stigning/fald tid, som kredsløbs funktionen tillader, for at undertrykke unødvendige højfrekvente komponenter, reducér højfrekvent støj i kredsløbet, og forbedr signalydeevne og stabilitet.
3.2 Internt struktur design principper
Helhedskapslingsskilt design: Chassiet skal bruge et helhedskapslingsskilt design for at sikre god kontakt og jordning af hver flade, effektivt blokere ekstern elektromagnetisk felt forstyrrelse, og beskytte de interne elektroniske kredsløb.
Minimer eksponeret ledning: Forkort længden af eksponeret ledning i chassiet ved at optimere layoutet og rationelt arrangere komponenter for at reducere elektromagnetisk stråling og kopling forstyrrelser.
Grupper bundling af ledninger: Bundled ledninger ifølge signaltyper (adskil digitale signaler og analoge signaler), og behold en vis afstand for at reducere gensidig påvirkning mellem ledninger og forbedre signalklarhed og præcision.
Ledende lim binding: Brug ledende lim til binding ved chassi grænsefladen for at sikre elektrisk forbindelse og skildningseffekt, reducér kontaktmodstand, og forbedr skildningseffektivitet.
4 Strategier for at forbedre elektromagnetisk kompatibilitetsydeevne af elektroniske spændingsomformere
4.1 Modstandsdygtighed design af strømport
Installér strømfilter: Vælg passende strømfilter i henhold til den nominerede effekt og arbejdsmiljøet for EVT, og installér dem nær strøminlet for at filtrere højfrekvent støj og kortvarige pulser og sikre ren strøm.
Brug redundante strømforsyning design: Konfigurer flere strømforsyning moduler. Når en enkelt module mislykkes, overtager de resterende moduler hurtigt strømforsyningen, forbedrer strømforsyningens pålidelighed, modstandsdygtighed over for forstyrrelser, og den overordnede stabilitet af EVT.
Forstærk skilding og jordning af strømlinjer: Brug skildede kabler til at omslutte strømlinjer for at reducere elektromagnetisk stråling og kopling; sikre god jordning af linjerne, indfør forstyrrelsescurrenter i jorden, og undgå at skade EVT.
4.2 Elektrisk ladning beskyttelse af signalport
Installér transiente forstyrrelse absorberende enheder: Vælg passende transiente spændings undertrykkelsedioder (TVS), varistorer og andre enheder. Disse enheder kan hurtigt absorbere energi under elektrisk ladning, kontrollere spændingen inden for en sikker grænse, og beskytte interne elektroniske komponenter.
Brug differential signal transmission metode: Opdel signalet i positive og negative kanaler for differential transmission. Brug signalforskellen mellem kanalerne til at extrahere effektiv information, modstå almindelig mode forstyrrelser, forbedre signastransmissionskvaliteten, og reducér forstyrrelser fra elektrisk ladning.
4.3 Optimering af chassi skilding ydeevne
Vælg materialer med høj permeabilitet: Giv prioritet til materialer med høj magnetisk permeabilitet som jernplader til at lave chassiet, forbedr magnetfelt skilding evne, absorber og spred magnetfelt energi, og reducér forstyrrelser til EVT's indeni (metallerne relative magnetiske permeabilitet er vist i tabel 1).
Optimer chassi struktur design: Brug et helhedskapslingsskilt design for at sikre god kontakt og jordning af hver flade af chassiet og forbedr skildingseffekten.
Forstærk chassi jordning behandling: Sikre en pålidelig jordning forbindelse mellem chassiet og jorden, indfør forstyrrelsescurrenter i jorden, og forbedr skildingseffektivitet.
5 Konklusion
Denne artikel foretager en dybdegående undersøgelse af EMC-ydeevnen for EVTs, foreslår principper fra aspekter som kredsløbsdesign og intern struktur design, og formulerer strategier som modstandsdygtighed design af strømport, elektrisk ladning beskyttelse af signalport, og optimering af chassi skilding. Målet er at forbedre modstandsdygtighed over for forstyrrelser og stabilitet for EVTs i komplekse elektromagnetiske miljøer, sikre deres præcise og pålidelige måling af spændingssignal i kraftsystemer, og lægge en solid grund for sikker og stabil drift af kraftsystemer.
