Elektrisüsteemide kiire arenemisega on elektronilised napetusevahetajad (EVT-d) saanud võrgusüsteemides oluliste mõõtmise seadmetena. Nende stabiilsus ja usaldusväärsus on kriitiliselt tähtsad võrgusüsteemide ohutu ja stabiilseks tööks. Elektromagnetiline ühilduvus (EMÜ), mis on üks EVTs tuhiindikaatoridest, seostub otse seadme võimega töötada keerukates elektromagnetilistes keskkondades ning selle võimendamisega teistele seadmetele elektromagnetilist häirivat toimida. EVTs EMÜ omaduste sügavale uurimisele ja disainile pööramine on väga oluline võrgusüsteemide üldise stabiilsuse ja ohutuse parandamiseks.
1 Elektroniliste napetusevahetajate elektromagnetilise ühilduvuse ülevaade
1.1 Elektromagnetilise ühilduvuse määratlus ja nõuded
Elektromagnetiline ühilduvus (EMÜ) viitab seadme või süsteemi võimele töötada normaalselt konkreetsetes elektromagnetilistes keskkondades ilma häirivata muud asjaolud ja mitte põhjustama neile kestmatavat elektromagnetilist häirivust. EVTs puhul on vaja, et need säilitaksid stabiilsete mõõtmisomadusi keerukates elektromagnetilistes keskkondades ega põhjustaks elektromagnetilist häirivust muudele seadmetele. Seetõttu tuleb EVTs disaini- ja tootmismeetodites arvestada nende EMÜ omadustega ning vastavaid turvalisusmeetmeid välja töötada.
1.2 Elektroniliste napetusevahetajate töötamise printsiip
EVT-d kasutavad elektromagnetilise induktsiooni ja kõrge täpsusega elektroonilise mõõtmistehte põhimõtet, et teisendada võrgusüsteemides olevaid kõrge napetuse signaale madalampateks signaalideks. Nad koosnevad tavaliselt esimesest sensorist, teisendusküivist ja signaalitöötlusühikust. Esimene sensor vastutab kõrge napetuse signaalide teisendamise eest esialgse napetusega proportsionaalseks nõrga voolu/volti signaaliks; teisendusküiv jätkab nõrga signaali teisendamist standardseteks digitaalseteks/analoogseteks signaalideks; signaalitöötlusühik suurendab mõõtmise täpsust ja stabiilsust filtreerimise, tugevdamise ja kalibreerimise operatsioonide abil. EVT-d hõlmavad erinevat tüüpi, nagu ühekanalilised/mitmekanalilised napetuse mõõtmiseks mõeldud elektronilised napetusevahetajad, ühekanalilised/mitmekanalilised voolu mõõtmiseks mõeldud elektronilised vooluvahetajad või integreeritud vahetajad, mis mõõdavad korraga ühesuunalist napetust, voolu ja vastavat võimsust, nagu näha joonis 1-s.
1.3 Elektromagnetilise häirivuse ja elektromagnetilise tundlikkuse analüüs
EVT-d on tundlikud välisele elektromagnetilisele häirivusele, nagu äikeselangemine ja lülitite käivitamisel tekkinud ajutised üleenegid, mis võivad põhjustada probleeme, nagu suurenenud mõõtmisvead ja andmete ebastabiilsus; samal ajal võivad nad ise genereerida kõrgeteedelist harmonikat ja elektromagnetilist radiatsiooni, mis häirivad ka muud elektriseadmed. Seetõttu on EVT-de disainimisel vaja täielikult arvesse võtta elektromagnetilise häirivuse ja tundlikkuse küsimusi ning rakendada vastavaid takistamise- ja kaitsemeetmeid.
EVT-de EMÜ omaduste testimine on oluline samm nende stabiilsuse ja täpsuse tagamisel tegeliku töö käigus. Testid keskenduvad vastupanulisusele häirivuse vastu ja hindamisstandardid klassifitseeritakse A-ks ja B-ks vastavalt testitulemuste raskusastmega:
2 Elektroniliste napetusevahetajate elektromagnetilise ühilduvuse omaduste testimise analüüs
2.1 Testisisu ja hindamisstandardid
Klass A: See nõuab, et kui EVT-d häirivad elektromagnetilised häired, jääb mõõtmistäpsus spetsifikatsioonide piiridesse ja väljundvoltide signaal vastab tegelikule väärtusele, mitte mõjutades võrgusüsteemi jälgimist ja juhtimist.
Klass B: Lubab ajutise languse EVT-de mõõtmisomadustes (osa, mis ei ole seotud kaitsega), kuid see ei tohi mõjutada kaitsefunktsioonide täitmist, ja seadme ei pea taasalustama/restartima; väljundnapetust tuleb kontrollida 500V piires, et vältida võrgusüsteemi häirimist.
2.2 Jooned läbivad häirivustestid
Jooned läbiv häirivus levib vedelike ja metallipütte kaudu ning on üks peamisi elektromagnetilisi häirivusi, millega EVT-d silmitseda peavad. Selle hulka kuuluvad kaks tüüpi teste:
Elektriline kiirväljakutsumine/puur: Simuleerib induktiivsete laadide, nagu releed ja kontaktorid, lahutamisel tekkinud ajutist häirivust (laia sagedusspektri). Kärbib EVT-le kiirväljakutsumise puur, vaatab väljundvoltide signaali stabiilsust ja täpsust ning hinnab vastupanulisust häirivuse vastu.
Põrutuse (lähingute) immuunsustest: Simuleerib lülitite käivitamise ja äikeselangemise (suure energiaga ja lühikese kestusega) põhjustatud ajutisi üleenegi/ülevoolu. Kärbib EVT-le kindla amplituudiga põrutusnapetuse, et testida seadme kannatlikkust ja töö stabiilsust.
2.3 Leviv häirivustestid
See hõlmab nelja tüübi testi, et simuleerida erinevates elektromagnetilistes keskkondades esinevat häirivust:
Võrgusageduse magneettväli immuunsustest: Kärbib EVT-le kindla intensiivsusega võrgusageduse magneettväli, vaatab väljundvoltide signaali stabiilsust ja täpsust ning hinnab vastupanulisust võrgusageduse magneettväli keskkonnas.
Dempdunud heituminev magneettväli immuunsustest: Simuleerib kõrgepinge alamvõrgu lülitamisel tekkinud dempdunud heituminevat magneettvälja (kiirelt dempedit ja kõrge sagedusega). Kärbib vastava magneettvälja EVT-le, et testida mõõtmisomaduste stabiilsust.
Pulsimagneettväli immuunsustest: Simuleerib äikeselangemise poolt metallkomponentidel tekkinud pulsiväljakutsumise (kiire tõus ja kõrge tipphöögi). Kärbib EVT-le pulsiväljakutsumise, et kontrollida, kas seadme isoleerimisomadused ja mõõtmistäpsus on mõjutatud.
Lõngemaagiliste elektromagnetiliste väljakutsumeid leviv immuunsustest: Simuleerib tööstuslike elektromagnetiliste allikate, raadiokatel/telefonimastide poolt tekkinud parasitäärset radiaatio. Kärbib EVT-le kindla intensiivsusega lõngemaagilise elektromagnetilise väljakutsumise, vaatab väljundsignaali stabiilsust ja hinnab vastupanulisust häirivuse vastu.
3 Elektroniliste napetusevahetajate elektromagnetilise ühilduvuse disainiprinsiplid
3.1 Ringidiisainiprinsiplid
Ujuva maapinna disain: Kasuta ujuvat maapinda, et eraldada ringisignaalid korpusest, blokeeri häirivuse voolu korpusest signaaliringisse, vähenda müra ja suurenda signaali täpsust ja stabiilsust.
Rationaalne vedete paigutus: Optimeeri alampinna, maapinna ja signaalide vedete paigutust. Vähenda vedete paralleelseid liikumisi ja vähenda vedete vahelist koppelhäirivust mitmesuguste vedete tasandite ja ristkülikuvedete abil.
Filtrimiskondensaatorite disain: Paiguta filtrimiskondensaatoreid mooduli alampinna sisendsel. Vali kondensaatorid kapatsuse, pingekindluse ja sagedusomaduste alusel, et välja filtreerida kõrgeteedelist müra ja häirivust, mille alampinne toob kaasa.
Madalpinna loogika disain: Eelistage madalpinna loogikaseadmeid (nt 3.3V pinna seadmed), et vältida tarbetuid kõrgepinna loogikat, vähendada ringi energiatarbimist ja kõrgeteedelist häirivust.
Tõusu/lasku aja kontroll: Vali lubatud kõige aeglane tõusu/lasku aeg, et takistada tarbetuid kõrgeteedelist komponente, vähendada kõrgeteedelist müra ringis ja parandada signaali stabiilsust ja täpsust.
3.2 Sisemise struktuuri disainiprinsiplid
Täisülinate kaitsestruktuur: Korpuse kaelus kasutatakse täisülinate kaitsestruktuuri, et tagada iga pinnaga hea kontakt ja maapanek, efektiivselt blokeerida väliseid elektromagnetilisi väljakutsumeid ja kaitsta sisekorpuse elektronringeid.
Nähtavaid vedete minimeerimine: Lühenda korpuses nähtavaid vedete pikkust optimeeritud paigutuse ja osade raskekontrolli kaudu, et vähendada elektromagnetilist radiatsiooni ja koppelhäirivust.
Vedete gruppide sidumine: Sidu vedete vastavalt signaalitüübile (eralda digitaalsed signaalid analoogsetest) ja hoida mingit vahemaad, et vähendada vedete vahelist mõju ja parandada signaali selgust ja täpsust.
Joonekandev liim: Kasuta joonekandevat liimi korpuse liidesepindadel, et tagada elektriline ühendus ja kaitseefekt, vähendada kontaktreeglit ja parandada kaitseefektiivsust.
4 Strategiad elektroniliste napetusevahetajate elektromagnetilise ühilduvuse omaduste parandamiseks
4.1 Alampinna portide vastuhäirivusdisain
Paiguta alampinna filtrid: Vali sobivad alampinna filtrid EVT-i nimina ja töökeskkonna alusel, ja paiguta need lähedal alampinna sisseviidule, et filtreerida kõrgeteedelist müra ja ajutisi puureid ning tagada alampinna puhtus.
Kasuta reserveeritud alampinna disaini: Konfigureeri mitme alampinna moodulit. Kui üks moodul läheb katke, võtavad ülejäänud moodulid kiiresti alampinna üle, parandades EVT-i alampinna usaldusväärsust, vastuhäirivust ja üldist stabiilsust.
Tugehda alampinnavete kaitset ja maapanekut: Kasuta kaitstud kaabeid, et katta alampinnavete, vähendada elektromagnetilist radiatsiooni ja koppelhäirivust; taga vete hea maapanek, juhta häirivuse voolu maasse ja välti EVT-d kahjustada.
4.2 Signaaliportide elektrostaatilise laengutuse kaitse
Paiguta ajutise häirivuse absorbeerimise seadmed: Vali sobivad ajutise pingehoidjate dioodid (TVS), varistrid ja muud seadmed. Need seadmed suudavad kiiresti absorbereerida energia elektrostaatilise laengutuse ajal, kontrollida pinget ohutu piirides ja kaitsta sisekorpuse elektronseadmeid.
Kasuta diferentsiaalse signaalite edastamise meetodi: Jagage signaal positiivsele ja negatiivsele kanalele diferentsiaalseks edastamiseks. Kasutage kanalite vahelist signaalierinevust, et tuletada välja tõhus informatsioon, vastusta ühishäirivusele, parandada signaali edastamise kvaliteeti ja vähendada elektrostaatilise laengutuse häirivust.
4.3 Korpuse kaitseparameetrite optimeerimine
Vali kõrge permeabilitusega materjalid: Eelistage kõrge magneetpermeabilitusega materjale, nagu raudplaat, korpuse valmistamiseks, tugehda magneettväli kaitset, absorbeerida ja segregerida magneettvälienergia, vähendada EVT-i sisekorpuse häirivust (metallide suhteline magneetpermeabilitus on näidatud tabelis 1).
Optimeeri korpuse struktuuri disaini: Kasuta täisülinate kaitsestruktuuri, et tagada iga pinnaga korpuses hea kontakt ja maapanek ning tugehda kaitseefekti.
Tugehda korpuse maapanekut: Taga korpuse ja maapinna vahel kindel maapanek, juhta häirivuse voolu maasse ja paranda kaitseefektiivsust.
5 Kokkuvõte
See artikkel uurib sügavalt EVT-de EMÜ omadusi, esitab disainiprinsipeele ringidisaini ja sisekorpuse disaini alusel, ja väljendab strategiate nagu alampinna portide vastuhäirivusdisain, signaaliportide elektrostaatilise laengutuse kaitse ja korpuse kaitseparameetrite optimeerimine. Eesmärk on parandada EVT-de vastuhäirivust ja stabiilsust keerukates elektromagnetilistes keskkondades, tagada nende täpne ja usaldusväärne napetuse signaalide mõõtmine võrgusüsteemides, ja luua kindel alus võrgusüsteemide ohutule ja stabiilsele tööle.
