Электр жүйелердің тез дамуымен, электрондық напрямдама трансформаторлары (EVT) электр жүйелеріндегі маңызды өлшемдер құрылғылары ретінде, олардың иістік сапасы мен ыңғайлауы электр жүйелерінің қауіпсіз және стабильді қызмет етуі үшін маңызды. Электромагниттік сәйкестіктің (EMC) сапасы, EVT-лердің негізгі көрсеткіштерінің бірі, құрылғының түрлі электромагниттік аймақтарда нормалды қызмет ету қабілеті мен басқа құрылғыларға электромагниттік ауырсыну тудыру мүмкіндігімен байланысты. EVT-лердің EMC сапасына қатысты терең зерттеу және өнімді өнеркәсібін жүргізу, электр жүйелерінің жалпы иістік сапасы мен қауіпсіздігін жақсарту үшін өте маңызды.
1. Электрондық напрямдама трансформаторларының электромагниттік сәйкестік сапасының жалпы ерекшеліктері
1.1 Электромагниттік сәйкестіктің анықтамасы және талаптары
Электромагниттік сәйкестік (EMC) - құрылғы немесе жүйенің белгілі бір электромагниттік аймақта ауырсыну арқылы нормалды қызмет ету қабілеті және аймақтағы басқа нәрселерге қабылдана алмайтын электромагниттік ауырсыну тудыру. EVT-лер үшін, олар түрлі электромагниттік аймақтарда өлшемдер сапасын стабильді ұстауы және басқа құрылғыларға электромагниттік ауырсыну тудыруы керек. Сондықтан, EVT-лерді өнімді өнеркәсібі және өндіру кезінде, EMC сапасы қарастырылуы керек, және сәйкес қорғау шешімдері қабылдануы керек.
1.2 Электрондық напрямдама трансформаторларының іске қосылу принципі
EVT-лер электромагниттік индукция принципін және жоғары деңгейлі электрондық өлшемдер технологиясын пайдаланып, электр жүйелеріндегі жоғары напрямдама сигналдарын төмен напрямдама сигналдарына айналдырады. Олар адатта бірінші сенсор, екінші конвертациялық контур және сигнал өңдеу модулінен тұрады. Бірінші сенсор жоғары напрямдама сигналдарын бірінші напрямдамаға пропорционалды түрде төмен ағым/напрямдама сигналдарына айналдыратын; екінші конвертациялық контур төмен сигналдарды стандартты цифрлық/аналог сигналдарға айналдыратын; сигнал өңдеу модулі фильтрация, үлкейту және калибрация сияқты операциялар арқылы өлшемдер сапасын және стабильділікті жақсартады. EVT-лер бір каналды/көптеген каналдарды өлшеген электрондық напрямдама трансформаторлар, бір каналды/көптеген каналдарды өлшеген электрондық ағым трансформаторлар немесе бір бағыттағы напрямдама, ағым және сәйкес энергияны бір уақытта өлшеген интегралдық трансформаторлар сияқты түрлерде болуы мүмкін, мысалы, 1-суретте көрсетілгендей.
1.3 Электромагниттік ауырсыну және электромагниттік ұшыртау анализі
EVT-лер электромагниттік аймақта, мисалы, жарық жолдары және күю комутаторларының кезекті өсуі сияқты, сыртқы электромагниттік ауырсынуға ұшырауы мүмкін, бұл өлшемдер қателіктерін арттыру және деректердің стабильдігін жоюға әкеледі; сондай-ақ, EVT-лердің өздерінің жоғары дауысты гармоникалары және электромагниттік радиациясы басқа электр құрылғыларына ауырсыну тудыруы мүмкін. Сондықтан, EVT-лерді өнімді өнеркәсібі кезінде, электромагниттік ауырсыну және электромагниттік ұшыртау мәселелері толық қарастырылуы керек, және басу және қорғау шешімдері қабылдануы керек.
EVT-лердің EMC сапасын тексеру, олардың нақты қызмет ету кезінде стабильділік және дәлдіктерін қамтамасыз ету үшін маңызды бөлік. Ол ауырсынуға қарсы қабілетін ұстанады және тест жинақталған нәтижелеріне қарай A және B классына бөлінеді:
2. Электрондық напрямдама трансформаторларының электромагниттік сәйкестік сапасының тесттері анализі
2.1 Тест мазмұны және бағалау стандарттары
A классы: EVT-лер электромагниттік ауырсынуға ұшырай кезде, өлшемдер дәлдігі техникалық ұсыныстардың шектерінде қалуы, шығыс напрямдама сигналы нақты мәнмен сәйкес болуы және электр жүйелерінің мониторингі мен басқаруына әсер етуі керек.
B классы: EVT-лердің өлшемдер сапасының (қорғауға байланысты емес) кезекті төмендетуіне рұқсат етіледі, бірақ бұл қорғау функцияларын қолдануға әсер етуі керек емес, құрылғын басқару/қайта басқару қажет емес; шығыс напрямдаманы 500V-ға дейін ұстау керек, электр жүйесіне ауырсыну тудыруын басу үшін.
2.2 Кондуктивті ауырсыну тесттері
Кондуктивті ауырсыну проводка, металл борыту және сияқты кондуктивті жолдар арқылы өту арқылы жүзеге асырылады, бұл EVT-лер үшін кездесетін негізгі электромагниттік ауырсыну түрлерінің бірі. Бұл екі түрдегі тесттерден тұрады:
Электрикалық тез өзгерістер/қозғалыс тесті: Реле және контакттор сияқты индуктивті жүктердің ауыстырылуы кезінде пайда болатын өзгерістер (ең жоғары спектрмен) симуляцияланады. EVT-ке тез өзгерістер қозғалысы қолданылады, шығыс напрямдама сигналының стабильдігі мен дәлдігі ұстанады, ауырсынуға қарсы қабілет бағаланады.
Толқын (дарын) иммунитет тесті: Күю комутаторлары және жарық жолдары сияқты (ең жоғары энергиямен және қысқа уақытта) пайда болатын өзгерістер симуляцияланады. EVT-ке белгілі бір амплитудадағы толқын напрямдамасы қолданылады, құрылғының ұстау қабілеті мен иістік сапасы ұстанады.
2.3 Радиационы ауырсыну тесттері
Бұл төрт түрдегі тесттер арқылы әр түрлі электромагниттік аймақтардағы ауырсынулар симуляцияланады:
Жылдамдық магниттық аймақ иммунитет тесті: EVT-ке белгілі бір интенсивтегі жылдамдық магниттық аймақ қолданылады, шығыс напрямдама сигналының стабильдігі мен дәлдігі ұстанады, жылдамдық магниттық аймақ аймағындағы ауырсынуға қарсы қабілет бағаланады.
Сындыру осцилляторлық магниттық аймақ иммунитет тесті: Жоғары напрямдама подстанцияларында автотрансформаторлар басқаруы кезінде пайда болатын сындыру осцилляторлық магниттық аймақ (тез сындыру және жоғары дауысты) симуляцияланады. Соответствующий магнитное поле применяется к EVT для проверки стабильности измерительных характеристик.
Импульсный магнитное поле испытание: Моделирование импульсного магнитного поля (быстрый подъем и высокое значение пика), генерируемого ударом молнии по металлическим компонентам. Применяется импульсное магнитное поле к EVT для проверки, влияют ли изоляционные характеристики и точность измерений оборудования.
Радиочастотное излучаемое электромагнитное поле испытание: Моделирование паразитного излучения от промышленных источников электромагнитного излучения, радиовещательных станций/базовых станций мобильной связи и т.д. Применяется радиочастотное электромагнитное поле определенной интенсивности к EVT, наблюдается стабильность выходного сигнала, оценивается способность противостоять помехам.
3. Принципы проектирования электромагнитной совместимости электронных вольтметровых трансформаторов
3.1 Принципы проектирования цепей
Дизайн плавающего заземления: Использование технологии плавающего заземления для изоляции линий сигнала цепи от корпуса, блокировки сопряжения помеховых токов на корпусе с цепью сигнала, снижения шума и повышения точности и стабильности сигнала.
Рациональная разводка проводов: Оптимизация расположения источников питания, заземления и линий сигнала. Снижение параллельного распределения линий и минимизация сопряженных помех между линиями через методы, такие как многослойная разводка и ортогональная разводка.
Дизайн фильтрующих конденсаторов: Установка фильтрующих конденсаторов на входе модульного источника питания. Выбор конденсаторов на основе таких факторов, как емкость, напряжение и частотные характеристики, для фильтрации высокочастотных шумов и помех, вносимых источником питания.
Проектирование низкоуровневой логики: Приоритетное использование низкоуровневых логических устройств (например, 3.3В уровневые устройства) для избежания ненужных высоких логических уровней, снижения потребления мощности цепи и генерации высокочастотных помех.
Управление временем нарастания/спада: Выбор самого медленного времени нарастания/спада, допустимого функциональностью цепи, для подавления ненужных высокочастотных компонентов, снижения высокочастотного шума в цепи и повышения стабильности и точности сигнала.
3.2 Принципы проектирования внутренней структуры
Полностью закрытая экранирующая конструкция: Корпус имеет полностью закрытую экранирующую конструкцию, чтобы обеспечить хорошее прилегание и заземление каждой поверхности, эффективно блокировать внешние электромагнитные поля и защищать внутренние электронные цепи.
Минимизация открытых проводов: Сокращение длины открытых проводов внутри корпуса путем оптимизации размещения и рационального расположения компонентов для уменьшения электромагнитного излучения и сопряженных помех.
Группировка проводов: Группировка проводов по типам сигналов (отделение цифровых сигналов от аналоговых), сохранение определенного расстояния для уменьшения взаимного влияния проводов и улучшения четкости и точности сигнала.
Применение проводящего клея: Использование проводящего клея для склеивания на интерфейсе корпуса, чтобы обеспечить электрическое соединение и экранирующий эффект, уменьшить контактное сопротивление и повысить эффективность экранирования.
4. Стратегии улучшения электромагнитной совместимости электронных вольтметровых трансформаторов
4.1 Анти-помеховое проектирование портов питания
Установка фильтров питания: Выбор подходящих фильтров питания в зависимости от номинальной мощности и рабочей среды EVT, установка их близко к входу питания для фильтрации высокочастотных шумов и переходных импульсов, обеспечения чистоты питания.
Использование резервного дизайна питания: Конфигурация нескольких модулей питания. В случае отказа одного модуля, остальные модули быстро берут на себя питание, повышая надежность, устойчивость к помехам и общую стабильность EVT.
Усиление экранирования и заземления линий питания: Использование экранированных кабелей для обмотки линий питания, чтобы уменьшить электромагнитное излучение и сопряжение; обеспечение хорошего заземления линий, введение помеховых токов в землю, предотвращение повреждения EVT.
4.2 Защита от электростатического разряда портов сигнала
Установка устройств поглощения переходных помех: Выбор подходящих диодов подавления переходных напряжений (TVS), варисторов и других устройств. Эти устройства могут быстро поглощать энергию во время электростатического разряда, контролировать напряжение в безопасном диапазоне и защищать внутренние электронные компоненты.
Использование дифференциального метода передачи сигнала: Разделение сигнала на положительный и отрицательный каналы для дифференциальной передачи. Использование разности сигналов между каналами для извлечения полезной информации, сопротивления общемодовым помехам, улучшения качества передачи сигнала и уменьшения воздействия электростатического разряда.
4.3 Оптимизация экранирующей производительности корпуса
Выбор материалов с высокой магнитной проницаемостью: Предпочтение отдается материалам с высокой магнитной проницаемостью, таким как железные пластины, для изготовления корпуса, усиливая способность экранирования магнитного поля, поглощая и рассеивая энергию магнитного поля, уменьшая помехи внутри EVT (относительная магнитная проницаемость металлов показана в таблице 1).
Оптимизация конструкции корпуса: Использование полностью закрытой экранирующей конструкции, чтобы обеспечить хорошее прилегание и заземление каждой поверхности корпуса, усилить экранирующий эффект.
Усиление заземления корпуса: Обеспечение надежного соединения между корпусом и землей, введение помеховых токов в землю, повышение эффективности экранирования.
5. Заключение
В данной работе проведено глубокое исследование EMC-характеристик EVT, предложены принципы проектирования схем и внутренней структуры, а также разработаны стратегии, такие как анти-помеховое проектирование портов питания, защита от электростатического разряда портов сигнала и оптимизация экранирования корпуса. Цель состоит в том, чтобы улучшить устойчивость к помехам и стабильность EVT в сложных электромагнитных условиях, обеспечить точное и надежное измерение напряжения в электросистемах, создать прочную основу для безопасной и стабильной работы электросистем.
