עם התפתחותה המהירה של מערכות החשמל, טרנספורטורי הזרם האלקטרוניים (EVTs), כמכשירי מדידה מרכזיים במערכות חשמל, יציבות הביצועים והאמינות שלהם קריטית עבור הפעלה בטוחה ויציבה של מערכות החשמל. ביצועי התאימות האלקטרומגנטיים (EMC), כאחד מהמדדים העיקריים של EVTs, קשורים ישירות באפשרות של המכשיר לעבוד בצורה תקינה בסביבות אלקטרומגנטיות מורכבות ולא לגרום לשבירת אלקטרומגנטית למכשירים אחרים. ביצוע מחקר מעמיק ועיצוב של ביצועי EMC של EVTs הוא חשוב מאוד לשיפור יציבות כללית ובטיחות של מערכות החשמל.
1 סקירה של ביצועי התאימות האלקטרומגנטית של טרנספורטורי הזרם האלקטרוניים
1.1 הגדרה ודרישות של התאימות האלקטרומגנטית
תאימות אלקטרומגנטית (EMC) מתייחסת לאפשרות של מכשיר או מערכת לעבוד ללא הפרעה בסביבה אלקטרומגנטית מסוימת ולא לגרום להפרעה אלקטרומגנטית בלתי נסבלת לדברים אחרים בסביבה. עבור EVTs, עליהם לשמור על יציבות ביצועי המדידה בסביבות אלקטרומגנטיות מורכבות ולא לגרום להפרעה אלקטרומגנטית למכשירים אחרים. לכן, בשלבים של העיצוב והיצור של EVTs, על ביצועי EMC להיות בניהם, ועל לקבוע אמצעי הגנה מתאימים.
1.2 עקרון הפעולה של טרנספורטורי הזרם האלקטרוניים
EVTs משתמשים בעקרון האינדוקציה האלקטרומגנטית ובטכנולוגיית מדידה אלקטרונית בעלת דיוק גבוה כדי להמיר אותות מתח גבוהים במערכות החשמל לאותות מתח נמוכים. הם בדרך כלל כוללים חיישן ראשי, מעגל המרה משני ויחידה לעיבוד אותות. החיישן הראשי אחראי להמיר אותות מתח גבוהים לאותות זרם/מתח רכים פרופורציונליים למתח הראשי; המעגל המשני ממיר את האותות הרכים לאותות דיגיטליים/אנלוגיים סטנדרטיים; יחידת עיבוד האותות משפרת את הדיוק והיציבות של המדידה באמצעות פעולות כגון מסננות, ההגברת ותקנון. EVTs יכולים להכסות צורות שונות, כגון טרנספורטורי מתח אלקטרוניים למדידת מתחים חד-ערוץ/רב-ערוצי, טרנספורטורי זרם אלקטרוניים למדידת זרמים חד-ערוץ/רב-ערוצי, או טרנספורטורים משולבים כמו המוצג בתמונה 1 שמדדו מתח, זרם ומתח המתאים להם בו זמנית.
1.3 ניתוח של הפרעות אלקטרומגנטיות והạyת אלקטרומגנטית
EVTs פגיעים להפרעות אלקטרומגנטיות חיצוניות בסביבה אלקטרומגנטית, כגון פגיעות ברק וכוחות חשמל זמניים מפעולות סוויטצ'ינג, שיכולות לגרום לבעיות כגון עלייה בשגיאות מדידה ונתונים בלתי יציבים; באותו הזמן, ההרמוניות בתדר גבוה והקרינה אלקטרומגנטית שנוצרות על ידי EVTs עצמם יכולים גם להפריע לציוד חשמלי אחר. לכן, בעת העיצוב של EVTs, יש לשקול את בעיות ההפרעות האלקטרומגנטיות והרגישות האלקטרומגנטית באופן מלא ולנקוט בצעדי דיכוי והגנה.
בדיקות ביצועי EMC של EVTs הן מקטע מפתח להבטיח יציבות ודויוקות בפועל. הן מתמקדות ביכולת התנגדות להפרעות ומייצגות את תקני הערכה לפי חומרת תוצאות הבדיקות לסוג A ו-B:
2 ניתוח של בדיקות ביצועי התאימות האלקטרומגנטית של טרנספורטורי הזרם האלקטרוניים
2.1 תוכן הבדיקה וסטנדרטים הערכה
סוג A: דורש כי כאשר EVTs חשופים להפרעות אלקטרומגנטיות, הדיוק של המדידה נשאר בגבולות הספק, והאות מתח המוצא הוא תואם לערך האמיתי מבלי להשפיע על הניטור והבקרה של מערכת החשמל.
סוג B: מאפשר ירידת זמנית בביצועי המדידה (החלק שאינו קשור להגנה) של EVTs, אך אסור שזה ישפיע על ביצוע פונקציות הגנה, והציוד אינו צריך להיפסק/להתחיל מחדש; המתח המוצא חייב להיות בשליטה עד 500V כדי למנוע הפרעה למערכת החשמל.
2.2 בדיקות הפרעות מוליכות
הפרעות מוליכות מתפשטות דרך נתיבים מוליכים כגון כבלים וצינורות מתכת והן אחת מהסוגים העיקריים של הפרעות אלקטרומגנטיות ש-EVTs מתמודדים איתן. כולל שני סוגים של בדיקות:
בדיקת פלאש מהיר/פרץ: מחקה הפרעה זמנית (עם רוחב פס תדר רחב) כאשר מטענים אינדוקטיביים כגון רלאים וקטקים מנותקים. מפעיל פרץ מהיר-זמני ל-EVT, צופה ביציבות ובדיוק של אות המתח המוצא, ומעריך את יכולת ההתנגדות להפרעות.
בדיקת עמידות לתנודות (השפעה): מחקה מתחים זמניים/זרמים מעלים עקב פעולות סוויטצ'ינג ופגיעות ברק (עם אנרגיה גדולה וזמן קצר). מפעיל מתח תנודה עם אמפליטודה מסוימת ל-EVT כדי לבדוק את יכולת החזקה והיציבות של הביצועים של הציוד.
2.3 בדיקות הפרעות מוקרנות
כולל ארבעה סוגים של בדיקות כדי לחוות הפרעות בסביבות אלקטרומגנטיות שונות:
בדיקת עמידות לשדה מגנטי בתדר הספק: מפעיל שדה מגנטי בתדר הספק עם עצמת מסוימת ל-EVT, צופה ביציבות ובדיוק של אות המתח המוצא, ומעריך את יכולת ההתנגדות להפרעות בשדה מגנטי בתדר הספק.
בדיקת עמידות לשדה מגנטי מוזנח אוסילטורי: מחקה שדה מגנטי מוזנח אוסילטורי (עם דעיכה מהירה ותדר גבוה) שנוצר כאשר מפסק בתחנת תת-לחץ גבוה מחליף בין מחלקים שונים. מפעיל השדה המתאים ל-EVT כדי לבדוק את יציבות ביצועי המדידה.
בדיקת עמידות לשדה מגנטי פולס: מחקה שדה מגנטי פולס (עם עלייה מהירה וערך פיאק גבוה) שנוצר על ידי פגיעות ברק על מרכיבים מתכתיים. מפעיל שדה מגנטי פולס ל-EVT כדי לוודא אם ביצועי המבודקות והדיוק של הציוד מושפעים.
בדיקת עמידות לשדה אלקטרומגנטי מוקרן בתדר רדיו: מחקה קרינה פארזית מקורות אלקטרומגנטיים תעשייתיים, תחנות רדיו/בסיסי תקשורת ניידים, וכו'. מפעיל שדה אלקטרומגנטי בתדר רדיו עם עצמה מסוימת ל-EVT, צופה ביציבות של אות המוצא, ומעריך את יכולת ההתנגדות להפרעות.
3 עקרונות עיצוב לתאימות אלקטרומגנטית של טרנספורטורי הזרם האלקטרוניים
3.1 עקרונות עיצוב מעגלי
עיצוב קרקע צף: מאמץ טכנולוגיה של קרקע צפה כדי להפריד בין קווי אות המạch למכסה, לחסום את הצימוד של זרמי הפרעה על המכסה לקווי האות, להפחית רעש ולהגביר דיוק ויציבות של האות.
הצבת קווי תבריג סבירה: מעדכן את הצבת מקורות המתח, קרקעות וקווים של אותות. מפחית את הפיזור המקבילי של הקווים ומפחית את הצימוד ההפרעות בין הקווים באמצעות שיטות כגון תבריג שכבות ותבריג אורתוגונלי.
עיצוב קבל מסנן: מגדיר קבל מסנן בכניסה למקור המתח של המודול. בוחר את הקבלים בהתאם לגורמים כגון ערך הקיבול, עמידות למתח ומאפיינים תדריים כדי למסנן רעש בתדר גבוה והפרעות המובאות על ידי מקור המתח.
עיצוב לוגיקה נמוכה: נותן עדיפות למכשירי לוגיקה נמוכה (כמו מכשירי רמת 3.3V) כדי להימנע מרמות לוגיקה גבוהות מיותרות, להפחית צריכת מתח במעגל ולהפחית את יצירה של הפרעות בתדר גבוה.
שליטה בזמן עלייה/ירידה: בוחר את זמן העלייה/ירידה האיטי ביותר המותר על ידי פונקציית המעגל כדי לדכא חלקים בתדר גבוה מיותר, להפחית רעש בתדר גבוה במעגל ולהגביר יציבות ודיוק של האות.
3.2 עקרונות עיצוב מבנה פנימי
מינימיזציה של תחומי כבלים חשופים: מקצר את אורך הכבלים החשופים במכלית באמצעות אופטימיזציה של הצבת והצבת רכיבים באופן סביר כדי להפחית הקרינה אלקטרומגנטית והתפרעות צימוד.
קיבוץ קבוצתי של כבלים: קובץ את הכבלים לפי סוגי אותות (מפריד בין אותות דיגיטליים ואנלוגיים), ושומר על מרחק מסוים כדי להפחית את ההשפעה הדדית בין הכבלים ולהגביר את הבהירות והדיוק של האותות.
דבקת חיבור מולכת: משתמש בדבק מולכת לחיבור בממשק המכסה כדי להבטיח חיבור חשמלי ואפקט מגן, להפחית את 저ومة הקשר ולהגביר את יעילות המגן.
4 אסטרטגיות לשיפור ביצועי התאימות האלקטרומגנטית של טרנספורטורי הזרם האלקטרוניים
4.1 עיצוב אנטי-הפרעות של נקודות מתח
התקנת מסנני מתח: בוחר מסנני מתח מתאימים בהתאם לכוח המ kWh והסביבה בה עובד ה-EVT, ומחבר אותם קרוב לכניסת המתח כדי למסנן רעש בתדר גבוה ופולסים זמניים להבטיח טוהר המתח.
אימוץ עיצוב מתח גיבוי: מגדיר מספר מודולי מתח. כאשר מודול אחד נכשל, המודולים האחרים מחליפים אותו במהירות, משפרים את אמינות המתח, יכולת ההתנגדות להפרעות ואת יציבותו הכללית של ה-EVT.
הngthening of power line shielding and grounding: Use shielded cables to wrap power lines to reduce electromagnetic radiation and coupling; ensure good grounding of the lines, introduce interference currents into the ground, and avoid damaging the EVT.
4.2 Static discharge protection of signal ports
Install transient harassment absorption devices: Select suitable transient voltage suppression diodes (TVS), varistors, and other devices. These devices can quickly absorb energy during electrostatic discharge, control the voltage within a safe range, and protect internal electronic components.
Adopt differential signal transmission method: Divide the signal into positive and negative channels for differential transmission. Use the signal difference between channels to extract effective information, resist common-mode interference, improve signal transmission quality, and reduce the interference of electrostatic discharge.
4.3 Optimization of chassis shielding performance
Select high-permeability materials: Give priority to materials with high magnetic permeability such as iron plates to make the chassis, enhance the magnetic field shielding ability, absorb and disperse magnetic field energy, and reduce interference to the inside of the EVT (the relative magnetic permeability of metals is shown in Table 1).
Optimize chassis structure design: Adopt a fully enclosed shielding structure to ensure good contact and grounding of each surface of the chassis and enhance the shielding effect.
Strengthen chassis grounding treatment: Ensure a reliable grounding connection between the chassis and the ground, introduce interference currents into the ground, and improve shielding efficiency.
5 Conclusion
This paper conducts in-depth research on the EMC performance of EVTs, proposes principles from the aspects of circuit design and internal structure design, and formulates strategies such as anti-interference design of power ports, electrostatic protection of signal ports, and optimization of chassis shielding. The aim is to improve the anti-interference ability and stability of EVTs in complex electromagnetic environments, ensure their accurate and reliable measurement of voltage signals in power systems, and lay a solid foundation for the safe and stable operation of power systems.
