Со брзото развивање на системите за енергија, електронските трансформатори за напон (EVTs), како клучни мерни уреди во системите за енергија, нивната стабилност и надежност се од важна значај за безбедно и стабилно функционирање на системите за енергија. Електромагнетната компатибилност (EMC), како еден од основните индикатори на EVTs, е директно поврзана со способноста на уредот да работи нормално во комплексни електромагнетни околини и дали ќе предизвика електромагнетна интерференција на други уреди. Подоблабо истражување и дизајн на EMC перформансите на EVTs има голема значај за подобрување на целокупната стабилност и безбедност на системите за енергија.
1 Преглед на електромагнетната компатибилност на електронските трансформатори за напон
1.1 Дефиниција и барања за електромагнетна компатибилност
Електромагнетната компатибилност (EMC) се однесува на способноста на уред или систем да работи нормално без интерференција во специфична електромагнетна околина и да не предизвика неприфатлива електромагнетна харасмент на други ствари во околината. За EVTs, потребно е да ги одржуваат стабилните мерни перформанси во комплексни електромагнетни околини и да не предизвикаат електромагнетна интерференција на други уреди. Затоа, во фазите на дизајн и производство на EVTs, мора да се разгледа EMC перформансата и да се формират соодветни заштитни мерки.
1.2 Принцип на работа на електронските трансформатори за напон
EVTs користат принципот на електромагнетна индукција и високо-преточна електронска мерна технологија за превртување на сигналите со висок напон во системите за енергија во сигналите со нисок напон. Обично се состојат од првичен сензор, вторична конверзија на кружници и единица за обработка на сигналите. Првичниот сензор е одговорен за превртување на сигналите со висок напон во слаби стројни/напонски сигнални пропорционални на првичниот напон; вторичната конверзија на кружниците дополнително ги превртува слабите сигнали во стандардни цифрови/аналогни сигнали; единицата за обработка на сигналите го подобрува точноста и стабилноста на мерката преку операции како филтрирање, зголемување и калибрација. EVTs можат да ги покријат различни форми, како електронски трансформатори за напон за мерење на едноканални/многуканални напони, електронски трансформатори за ток за мерење на едноканални/многуканални токови, или интегрирани трансформатори како што е прикажано на Слика 1 кои истовремено мери еднодиречен напон, ток и соодветна моќ.
1.3 Анализа на електромагнетната харасмент и електромагнетна осетливост
EVTs се лесно подложени на сполна електромагнетна харасмент во електромагнетната околина, како што се грмежи и транизентни прекомерни напони од операциите на преклопувачите, што може да предизвика проблеми како зголемена мерна грешка и нестабилни податоци; истовремено, високочестотните хармоници и електромагнетната радијација генерирани од EVTs сами можат да предизвикаат интерференција на други електрични опреми. Затоа, при дизајнот на EVTs, потребно е да се разгледаат проблемите на електромагнетна харасмент и електромагнетна осетливост, и да се применат мерки за потиснување и заштита.
Тестот на EMC перформансите на EVTs е клучен дел за осигурување на нивната стабилност и точност во реалната работа. Фокусира се на противинтерферентната способност и класифицира стандардите за евалуација во Класа А и Класа Б според тешкотијата на резултатите од тестот:
2 Анализа на тестовите за електромагнетна компатибилност на електронските трансформатори за напон
2.1 Содржина на тестовите и стандарди за евалуација
Класа А: Бара се дека кога EVTs се подложени на електромагнетна харасмент, мерната точност останува внатре во границите на спецификацијата, а излезниот напонски сигнал е согласен со вистинската вредност без да влијае на мониторингот и контролата на системот за енергија.
Класа Б: Дозволува временско намалување на мерните перформанси (делото не сврzan со заштита) на EVTs, но не смее да влијае на извршувањето на функциите за заштита, и опремата не треба да се ресетира/рестартира; излезниот напон мора да се контролира внатре во 500V за да се избегне интерференција со системот за енергија.
2.2 Тести за проводна интерференција
Проводната интерференција се ширече преку проводни патеки како жице и метални цеви и е еден од главните видови на електромагнетна харасмент со кои се соочуваат EVTs. Вклучува две вида тестови:
Тест за брз транзитивен/буст: Симулира транзитивна харасмент (со широк спектар на честоти) кога индуктивните нагласни како релеи и контактори се исклучуваат. Применува брз-транзитивен буст на EVT, набљудува стабилноста и точноста на излезниот напонски сигнал, и евалуира противинтерферентната способност.
Тест за имунитет на удар (импулс): Симулира транизентни прекомерни напони/токови причинети од операциите на преклопувачите и грмежите (со голема енергија и краток период). Применува ударен напон од одредена амплитуда на EVT за тестiranje на издржливоста и стабилноста на перформансите на опремата.
2.3 Тести за радирана интерференција
Вклучува четири вида тестови за симулирање на интерференции во различни електромагнетни околини:
Тест за имунитет на магнетно поле на рабоча честота: Применува магнетно поле на рабоча честота од одредена интензитет на EVT, набљудува стабилноста и точноста на излезниот напонски сигнал, и евалуира противинтерферентната способност во околина на магнетно поле на рабоча честота.
Тест за имунитет на затихнување на осцилативно магнетно поле: Симулира затихнување на осцилативно магнетно поле (со брзо затихнување и висока честота) генерирано кога дисконекторот во високонапонска подстанција превклучува автобус. Применува соодветното магнетно поле на EVT за тестiranje на стабилноста на мерните перформанси.
Тест за имунитет на пулсна магнетна поле: Симулира пулсна магнетна поле (со брзо зголемување и висок врвни вредности) генерирана од грмежи на метални компоненти. Применува пулсна магнетна поле на EVT за верификација дали изолационите перформанси и мерната точност на опремата се повлијани.
Тест за имунитет на радио честотна радијација на електромагнетно поле: Симулира паразитна радијација од индустриски електромагнетни извори, радио емисии/мобилни комуникациски базни станции, итн. Применува радио честотна електромагнетна поле од одредена интензитет на EVT, набљудува стабилноста на излезниот сигнал, и евалуира противинтерферентната способност.
3 Принципи на дизајн за електромагнетна компатибилност на електронските трансформатори за напон
3.1 Принципи на дизајн на кружница
Дизајн со пловечка земја: Прифатете технологија со пловечка земја за изолација на кружничките сигнални линии од шасијата, блокирајте куплаџата на интерферентните токови на шасијата до сигналната кружница, намалете шумот, и подобрите точноста и стабилноста на сигналот.
Разумна распоредба на линии: Оптимизирајте распоредбата на напонски извори, земји и сигнални линии. Намалете паралелната дистрибуција на линии и минимизирајте куплаџата на интерференција помеѓу линиите преку методи како слојна распоредба и ортогонална распоредба.
Дизајн на филтерска капацитет: Конфигурирајте филтерски капацитети на входната страна на модулскиот напонски извор. Изберете капацитетите според фактори како вредност на капацитет, отпорност на напон и карактеристики на честота за филтрирање на високочестотни шумови и интерференција воведени од напонскиот извор.
Дизајн на ниско-ниво логика: Дајте првенство на уреди со ниско-ниво логика (како уреди со 3.3V ниво) за да се избегнат неопходни високи логички нива, намалете потрошувачката мощност на кружницата и генерирањето на високочестотна интерференција.
Контрола на времетраење на зголемување/намалување: Изберете најспорото времетраење на зголемување/намалување дозволено од функцијата на кружницата за потиснување на неопходни високочестотни компоненти, намалете високочестотниот шум во кружницата, и подобрите стабилноста и точноста на сигналот.
3.2 Принципи на дизајн на внатрешна структура
Полнозатворена шилдна структура: Шасијата користи полно затворен дизајн на шилд за да се осигура добра контакт и земја на секоја површина, ефективно блокира сполна електромагнетна поле интерференција, и заштитува внатрешните електронски кружници.
Минимизација на изложени линии: Намалете должината на изложените линии во шасијата со оптимизација на распоредбата и разумна распоредба на компоненти за да се намали електромагнетната радијација и куплаџата на интерференција.
Групно врзување на линии: Врзете линии според типови на сигнал (сецирајте дигитални сигнали и аналогни сигнали), и задржете одредено растојание за да се намали мутилуалниот влијание помеѓу линиите и подобрите ясноста и точноста на сигналот.
Врзување со проводлив адхезив: Користете проводлив адхезив за врзување на интерфејса на шасијата за да се осигура електрична врска и ефект на шилд, намалете контактот на отпор, и подобрите ефикасноста на шилд.
4 Стратегии за подобрување на електромагнетната компатибилност на електронските трансформатори за напон
4.1 Дизајн на противинтерференција на напонски порти
Инсталирајте напонски филтри: Изберете соодветни напонски филтри според номиналната моќ и работна околина на EVT, и ги инсталирајте близу до напонскиот вход за да се филтрираат високочестотни шумови и транизентни импулси и да се осигура чистота на напонот.
Адоптирајте дизајн со резервна напонска опрема: Конфигурирајте многу напонски модули. Кога еден модул се повреди, преостанатите модули брзо превземаат напонската достава, подобрувајќи надежноста, противинтерферентната способност, и целокупната стабилност на EVT.
Подобрете шилд и земја на напонските линии: Користете шилдирани кабели за обвивање на напонските линии за да се намали електромагнетната радијација и куплаџата; осигурете добро земја на линиите, внесете интерферентни токови во земјата, и избегнете повредувањето на EVT.
4.2 Защита од електростатички дејствување на сигналните порти
Инсталирајте уреди за апсорбирање на транизентна харасмент: Изберете соодветни диоди за подавање на транизентни напони (TVS), варистири, и други уреди. Овие уреди можат брзо да апсорбират енергија во моментот на електростатичко дејствување, контролираат напонот во безопасен опсег, и ги заштитуваат внатрешните електронски компоненти.
Адоптирајте метод на диференцијална трансмисија на сигнал: Разделете сигналот на позитивен и негативен канал за диференцијална трансмисија. Користете разликата на сигналот помеѓу каналите за да се извлече ефективна информација, одбијте заедничка-модна интерференција, подобрите качеството на трансмисија на сигнал, и намалете интерференцијата од електростатичко дејствување.
4.3 Оптимизација на перформансите на шилд на шасијата
Изберете материјали со висок пермеабилитет: Дајте првенство на материјали со висок магнетен пермеабилитет како железни плочи за правење на шасијата, подобрите способноста за шилд на магнетно поле, апсорбирајте и дисперсирајте енергијата на магнетното поле, и намалете интерференцијата во внатрешноста на EVT (релативниот магнетен пермеабилитет на метали е прикажан во Табела 1).
Оптимизирајте дизајнот на структурата на шасијата: Адоптирајте полно затворен дизајн на шилд за да се осигура добра контакт и земја на секоја површина на шасијата и подобрите ефектот на шилд.
Подобрете третман на земја на шасијата: Осигурете надежна врска на земја помеѓу шасијата и земјата, внесете интерферентни токови во земјата, и подобрите ефикасноста на шилд.
5 Заклучок
Овој труд глубоко истражува EMC перформансите на EVTs, предлага принципи од аспекти на дизајн на кружница и дизајн на внатрешна структура, и формулира стратегии како дизајн на противинтерференција на напонски порти, електростатичка заштита на сигналните порти, и оптимизација на шилд на шасијата. Целта е да се подобри противинтерферентната способност и стабилноста на EVTs во комплексни електромагнетни околини, да се осигура нивната точна и надежна мерна функција на напонските сигнални во системите за енергија, и да се постави тврд фундамент за безбедно и стабилно функционирање на системите за енергија.
