A villamos rendszerek gyors fejlődésével az elektronikus feszültségátváltók (EVT-k), mint a villamos rendszerek kulcsfontosságú mérőeszközei, teljesítményük stabilitása és megbízhatósága alapvető fontosságú a villamos rendszerek biztonságos és stabil működéséhez. Az elektromágneses kompatibilitás (EMK) teljesítménye, mint az EVT-k egyik legfontosabb mutatója, közvetlenül kapcsolódik az eszköz képességéhez, hogy normálisan működjön összetett elektromágneses környezetben, és hogy ne okozzon elektromágneses zavarást más eszközöknek. Az EVT-k EMK teljesítményére vonatkozó mélyreható kutatások és tervezés nagy jelentőséggel bír a villamos rendszerek általános stabilitásának és biztonságának javítása szempontjából.
1. Elektronikus feszültségátváltók elektromágneses kompatibilitásának áttekintése
1.1. Az elektromágneses kompatibilitás definíciója és követelményei
Az elektromágneses kompatibilitás (EMK) egy eszköz vagy rendszer képességét jelenti, hogy normálisan működjön adott elektromágneses környezetben, anélkül, hogy elfogadhatatlan elektromágneses zavarást okozna a környezet más elemeinek. Az EVT-k esetében ez azt jelenti, hogy stabil mérési teljesítményt kell fenntartaniuk összetett elektromágneses környezetekben, és nem szabad, hogy elektromágneses zavarást okozzanak más eszközöknek. Ezért az EVT-k tervezési és gyártási fázisaiban figyelembe kell venni az EMK teljesítményt, és megfelelő védelmi intézkedéseket kell meghatározni.
1.2. Elektronikus feszültségátváltók működési elve
Az EVT-k az elektromágneses indukció és a nagy pontosságú elektronikus mérési technológia elvén alapulnak, amelyek a villamos rendszerekben lévő magasfeszültségi jeleket alacsonyfeszültségi jelekbe alakítják. Általában egy elsődleges érzékelőből, egy másodlagos átalakító áramkörből és egy jelkezelő egységből állnak. Az elsődleges érzékelő felelős a magasfeszültségi jelek konvertálásáért arányosan az elsődleges feszülthöz viszonyuló gyenge áramerősségi/feszültségi jelekbe; a másodlagos átalakító áramkör további átalakítja ezt a gyenge jelet szabványos digitális/analóg jelekbe; a jelkezelő egység a szűrés, erősítés és kalibrálás segítségével javítja a mérés pontosságát és stabilitását. Az EVT-k különböző formákat vehetnek fel, például egyetlen csatornát/multi-csatornát mérő elektronikus feszültségátváltók, egyetlen csatornát/multi-csatornát mérő elektronikus áramerősségi átváltók, vagy integrált átváltók, amelyek egyszerre mérnek egyirányú feszültséget, áramerősséget és a hozzájuk tartozó teljesítményt, ahogy az ábra 1-ben látható.
1.3. Az elektromágneses zavarás és elektromágneses érzékenység elemzése
Az EVT-k sebezhetőek a környezeti elektromágneses zavarásokkal, például a villámütők és a kapcsolók működése során fellépő rövid idejű túlfeszültségekkel, amelyek növelhetik a mérési hibákat és instabilíthetik az adatokat; ugyanakkor az EVT-k által generált magasfrekvenciás harmonikusok és elektromágneses sugárzás is zavarhat más villamos berendezéseket. Ezért az EVT-k tervezésekor teljes körűen figyelembe kell venni az elektromágneses zavarásokat és érzékenységet, valamint be kell vezetni a korlátozó és védelmi intézkedéseket.
Az EVT-k EMK teljesítményének tesztelése kulcsfontosságú szempont a stabil és pontos működés biztosítása szempontjából. Fókusz a zavarásellenállásra, és a teszt eredmények súlyosságától függően osztályozza a kiértékelési szabványokat A és B osztályba:
2. Elektronikus feszültségátváltók elektromágneses kompatibilitásának teljesítménytesztjeinek elemzése
2.1. Teszt tartalom és kiértékelési szabványok
A osztály: Az EVT-k elektromágneses zavarás hatására a mérési pontosság a specifikációk határain belül marad, és a kimeneti feszültségi jel megegyezik a tényleges értékkel, anélkül, hogy befolyásolná a villamos rendszer monitorozását és irányítását.
B osztály: Rövid távon leengedheti a mérési teljesítményt (a védelemmel nem kapcsolatos részét) az EVT-k, de nem szabad, hogy befolyásolja a védelmi funkciók végrehajtását, és a berendezésnek nem kell újraindítást vagy újraindítást igényelnie; a kimeneti feszültség 500V-n belül kell, hogy maradjon, hogy ne zavarja a villamos rendszert.
2.2. Vezetési zavarás tesztek
A vezetési zavarás vezetések, fémcsövek és hasonló vezetékes utakon terjed, és az EVT-k által elért fő típusú elektromágneses zavarások egyike. Két típusú tesztet tartalmaz:
Gyors tranzienst/robbanás teszt: Szimulálja a relék és kontaktorok leválasztása során fellépő tranzientes zavarást (széles frekvenciaspektrummal). Gyors tranzienst robbanást alkalmaz az EVT-re, megfigyeli a kimeneti feszültségi jel stabilitását és pontosságát, és kiértékeli a zavarásellenállást.
Szimulálja a kapcsolók működése és a villámütés során fellépő tranzientes túlfeszültségeket/túlerőt (nagy energiával és rövid időtartammal). Egy adott amplitúdójú impulzus feszültséget alkalmaz az EVT-re, hogy tesztelje a berendezés kivitelét és a teljesítmény stabilitását.
2.3. Sugárzott zavarás tesztek
Négy típusú tesztet tartalmaz, hogy szimulálja a különböző elektromágneses környezetekben fellépő zavarásokat:
Háttértávfeszültség imunitás teszt: Egy adott intenzitású háttértávfeszültséget alkalmaz az EVT-re, megfigyeli a kimeneti feszültségi jel stabilitását és pontosságát, és kiértékeli a háttértávfeszültség környezetben a zavarásellenállást.
Csillapított rezgőmágneses mező imunitás teszt: Szimulálja a nagy feszültségű átalakítóban a buszkapcsoló működése során generált csillapított rezgőmágneses mezőt (gyors csillapodással és magas frekvenciával). A megfelelő mágneses mezőt alkalmazza az EVT-re, hogy tesztelje a mérési teljesítmény stabilitását.
Impulzmágneses mező imunitás teszt: Szimulálja a villámütés során a fémalkatrészekben generált impulzmágneses mezőt (gyors emelkedéssel és magas csúcsponttal). Impulzmágneses mezőt alkalmaz az EVT-re, hogy ellenőrizze, hogy a berendezés izolációs teljesítménye és mérési pontossága befolyásolva van-e.
Rádiófrekvenciás sugárzott elektromágneses mező imunitás teszt: Szimulálja a gyári elektromágneses források, rádióüzemek/mobil kommunikációs bázisállomások stb. parasit sugárzását. Egy adott intenzitású rádiófrekvenciás elektromágneses mezőt alkalmaz az EVT-re, megfigyeli a kimeneti jel stabilitását, és kiértékeli a zavarásellenállást.
3. Elektronikus feszültségátváltók elektromágneses kompatibilitásának tervezési elvei
3.1. Áramkörtervezési elvek
Lebegő földtervezés: Használjon lebegő földtechnológiát, hogy elszigetelje az áramkör jelvezeteket a fedelemtől, blokkolja a zavarásáramok fedelről a jeláramkörre történő kapcsolódását, csökkentse a zajt, és javítsa a jel pontosságát és stabilitását.
Megfelelő vezetékrendezés: Optimalizálja az ellátóáram, a föld, és a jelvezetek elhelyezését. Csökkentse a vezetékek párhuzamos eloszlását, és minimalizálja a vezetékek közötti kapcsolódó zavarást rétegzett vezetékhelyezéssel és merőleges vezetékhelyezéssel.
Szűrő kondenzátor tervezése: Állítsa be a modul ellátóáramának bemeneti végén szűrőkondenzátort. Válassza ki a kondenzátort a kapacitás, a feszültségviselés, és a frekvencia jellemzők alapján, hogy szűrje a magasfrekvenciás zajt és zavarást, amelyet az ellátóáram bevezet.
Alacsony szintű logika tervezése: Adjon előrangot alacsony szintű logika berendezéseknek (pl. 3.3V szintű berendezések), hogy kerülje a felesleges magas logikai szinteket, csökkentse az áramkör fogyasztását, és a magasfrekvenciás zavarás kialakulását.
Emelkedési/csökkenési idő ellenőrzése: Válassza a lehető leglassabb emelkedési/csökkenési időt, amelyet az áramkör funkciója enged, hogy elnyomja a felesleges magasfrekvenciás összetevőket, csökkentse a magasfrekvenciás zajt az áramkörben, és javítsa a jel stabilitását és pontosságát.
3.2. Belső szerkezeti tervezési elvek
Teljesen bezárt védelmi szerkezet: A fedel teljesen bezárt védelmi tervezést alkalmaz, hogy biztosítsa minden felület jó kapcsolódását és földelését, hatékonyan blokkolja a külső elektromágneses mezők zavarását, és védje a belső elektronikus áramköröket.
Feltárult vezetékek minimalizálása: Rövidítse a feltárult vezetékek hosszát a fedelen a helyezés optimalizálásával és a komponensek megfelelő elhelyezésével, hogy csökkentse az elektromágneses sugárzást és a kapcsolódó zavarást.
Vezetékcsoportok összefogása: Csoportosítsa a vezetékeket a jel típusa szerint (külön digitalizált jeleket és analóg jeleket), és tartson meg egy bizonyos távolságot, hogy csökkentse a vezetékek közötti kölcsönös hatást, és javítsa a jel világosságát és pontosságát.
Vezetőragacs illesztése: Használjon vezetőragacsot a fedel illesztési felületein, hogy biztosítja az elektromos kapcsolatot és a védelmi hatást, csökkentse a kapcsolódási ellenállást, és javítsa a védelmi hatékonyságot.
4. Strategiák az elektronikus feszültségátváltók elektromágneses kompatibilitásának javítására
4.1. Ellátóáram portok zavarásellenálló tervezése
Ellátóáram szűrő telepítése: Válasszon megfelelő ellátóáram szűrőt az EVT nominális teljesítménye és munkakörnyezete alapján, és telepítse közel az ellátóáram beviteli pontra, hogy szűrje a magasfrekvenciás zajt és a tranzientes impulzusokat, és biztosítsa az ellátóáram tisztaságát.
Redundáns ellátóáram tervezés alkalmazása: Konfiguráljon több ellátóáram modult. Ha egyetlen modul meghibásodik, a maradék modulok gyorsan átveszik az ellátóáramot, javítva az ellátóáram megbízhatóságát, a zavarásellenállást és az EVT általános stabilitását.
Ellátóáram vezetékek védelmi és földelési megerősítése: Használjon védelmi vezetéket az ellátóáram vezetékek köré, hogy csökkentse az elektromágneses sugárzást és a kapcsolódó zavarást; biztosítsa a vezetékek jó földelését, hogy a zavarásáramokat a földre irányítsa, és elkerülje az EVT károsodását.
4.2. Jelportok statikus töltés védelme
Tranzientes zavarás absorber berendezések telepítése: Válasszon megfelelő tranzientes feszültség szupprezió diódákat (TVS), varisztorokat és hasonló berendezéseket. Ezek a berendezések gyorsan felvehetik az energiát a statikus töltés során, irányíthatják a feszültséget biztonságos tartományba, és védhetik a belső elektronikus komponenseket.
Differenciális jelátviteli módszer alkalmazása: Ossza fel a jelet pozitív és negatív csatornákra differenciális átvitelre. Használja a csatornák közötti jelkülönbséget, hogy kinyerje a hatékony információt, ellenálljon a közös módú zavarásnak, javítsa a jelátviteli minőséget, és csökkentse a statikus töltés zavarását.
4.3. Fedelvédelmi teljesítmény optimalizálása
Magas permeabilitású anyagok kiválasztása: Adjon előrangot magas permeabilitású anyagoknak, mint például a vaslapoknak a fedel készítéséhez, hogy megerősítse a mágneses mező védelmi képességét, abszorbálja és szórja a mágneses mező energiát, és csökkentse a zavarást az EVT belső részeire (a fémek relatív permeabilitása a 1. táblázatban látható).
Fedel szerkezeti tervezés optimalizálása: Alkalmazzon teljesen bezárt védelmi szerkezetet, hogy biztosítsa a fedel minden felületének jó kapcsolódását és földelését, és erősítse a védelmi hatást.
Fedel földelési kezelés megerősítése: Biztosítsa a fedel és a föld közötti megbízható kapcsolódást, hogy a zavarásáramokat a földre irányítsa, és javítsa a védelmi hatékonyságot.
5. Következtetés
Ez a tanulmány mélyrehatóan vizsgálja az EVT-k EMK teljesítményét, elveket javasol az áramkör- és belső szerkezeti tervezés szempontjából, és stratégiákat készít az ellátóáram portok zavarásellenálló tervezésére, a jelportok statikus töltés védelmére, valamint a fedel védelmi hatásának optimalizálására. A cél a zavarásellenálló képesség és a stabilitás javítása az EVT-k számára összetett elektromágneses környezetekben, hogy biztosítsák a feszültségjel mérésének pontos és megbízható működését a villamos rendszerekben, és alapját adják a villamos rendszerek biztonságos és stabil működésének.
