Dengan perkembangan pesat sistem tenaga, transformer voltan elektronik (EVTs), sebagai peranti pengukuran utama dalam sistem tenaga, kestabilan dan kebolehpercayaan prestasi mereka sangat penting bagi operasi selamat dan stabil sistem tenaga. Prestasi keserasian elektromagnetik (EMC), sebagai salah satu penunjuk teras EVTs, berkait langsung dengan kemampuan peranti untuk berfungsi normal dalam persekitaran elektromagnetik yang kompleks dan sama ada ia akan menyebabkan gangguan elektromagnetik kepada peranti lain. Melakukan penyelidikan dan reka bentuk mendalam tentang prestasi EMC EVTs mempunyai makna besar bagi meningkatkan kestabilan dan keselamatan keseluruhan sistem tenaga.
1 Gambaran Umum Prestasi Keserasian Elektromagnetik Transformer Voltan Elektronik
1.1 Definisi dan Keperluan Keserasian Elektromagnetik
Keserasian elektromagnetik (EMC) merujuk kepada kemampuan peranti atau sistem untuk berfungsi normal tanpa gangguan dalam persekitaran elektromagnetik tertentu dan tidak menyebabkan gangguan elektromagnetik yang tidak dapat ditanggung kepada benda-benda lain dalam persekitaran tersebut. Untuk EVTs, mereka perlu mengekalkan prestasi pengukuran yang stabil dalam persekitaran elektromagnetik yang kompleks dan tidak menyebabkan gangguan elektromagnetik kepada peranti lain. Oleh itu, semasa peringkat reka bentuk dan pembuatan EVTs, prestasi EMC mesti dipertimbangkan, dan langkah-langkah perlindungan yang sesuai mesti dirancang.
1.2 Prinsip Kerja Transformer Voltan Elektronik
EVTs menggunakan prinsip induksi elektromagnetik dan teknologi pengukuran elektronik tinggi presisi untuk menukar isyarat voltan tinggi dalam sistem tenaga menjadi isyarat voltan rendah. Mereka biasanya terdiri daripada sensor primer, litar penukaran sekunder, dan unit pemprosesan isyarat. Sensor primer bertanggungjawab untuk menukar isyarat voltan tinggi menjadi isyarat arus/voltan lemah yang berkadar dengan voltan primer; litar penukaran sekunder lebih lanjut menukar isyarat-isyarat lemah menjadi isyarat digital/analog piawai; unit pemprosesan isyarat meningkatkan ketepatan dan kestabilan pengukuran melalui operasi seperti penapisan, pengamplifikan, dan kalibrasi. EVTs boleh mencakupi pelbagai bentuk, seperti transformer voltan elektronik untuk mengukur voltan saluran tunggal/saluran berganda, transformer arus elektronik untuk mengukur arus saluran tunggal/saluran berganda, atau transformer terpadu seperti yang ditunjukkan dalam Gambaraj 1 yang mengukur voltan, arus, dan kuasa searah secara serentak.
1.3 Analisis Gangguan Elektromagnetik dan Sensitiviti Elektromagnetik
EVTs mudah terdedah kepada gangguan elektromagnetik luaran dalam persekitaran elektromagnetik, seperti sambaran petir dan tegangan sementara dari operasi switch, yang boleh menyebabkan masalah seperti peningkatan ralat pengukuran dan data yang tidak stabil; pada masa yang sama, harmonik frekuensi tinggi dan radiasi elektromagnetik yang dihasilkan oleh EVTs sendiri juga boleh mengganggu peralatan elektrik lain. Oleh itu, semasa merancang EVTs, isu-isu gangguan elektromagnetik dan sensitiviti elektromagnetik perlu dipertimbangkan sepenuhnya, dan langkah-langkah pemadam dan perlindungan harus diambil.
Ujian prestasi EMC EVTs adalah tautan kunci untuk memastikan kestabilan dan ketepatan mereka dalam operasi sebenar. Ia fokus pada keupayaan anti-gangguan dan mengklasifikasikan standard penilaian ke dalam Kelas A dan Kelas B berdasarkan keparahan hasil ujian:
2 Analisis Ujian Prestasi Keserasian Elektromagnetik Transformer Voltan Elektronik
2.1 Kandungan Ujian dan Standard Penilaian
Kelas A: Ia memerlukan bahawa apabila EVTs dikenakan gangguan elektromagnetik, ketepatan pengukuran tetap dalam had spesifikasi, dan isyarat voltan keluaran konsisten dengan nilai sebenar tanpa mempengaruhi pemantauan dan kawalan sistem tenaga.
Kelas B: Ia membenarkan penurunan sementara dalam prestasi pengukuran (bahagian yang tidak berkaitan dengan perlindungan) EVTs, tetapi ia tidak boleh mempengaruhi pelaksanaan fungsi perlindungan, dan peralatan tidak perlu direset/dimulakan semula; voltan keluaran mesti dikawal dalam 500V untuk mengelakkan gangguan sistem tenaga.
2.2 Ujian Gangguan Terkonduksi
Gangguan terkonduksi tersebar melalui laluan konduktif seperti wayar dan paip logam dan merupakan salah satu jenis utama gangguan elektromagnetik yang dihadapi oleh EVTs. Ia termasuk dua jenis ujian:
Ujian Transien Pantas/Burst: Meniru gangguan transien (dengan spektrum frekuensi yang luas) apabila beban induktif seperti relai dan kontaktor diputuskan. Menggunakan burst transien pantas pada EVT, mengamati kestabilan dan ketepatan isyarat voltan keluaran, dan menilai keupayaan anti-gangguan.
Ujian Imuniti Gelombang (Impak): Meniru tegangan sementara/arus sementara yang disebabkan oleh operasi switch dan sambaran petir (dengan tenaga besar dan tempoh pendek). Menggunakan gelombang tegangan dengan amplitudo tertentu pada EVT untuk menguji daya tahan dan kestabilan prestasi peralatan.
2.3 Ujian Gangguan Diradiasi
Ia termasuk empat jenis ujian untuk meniru gangguan dalam persekitaran elektromagnetik yang berbeza:
Ujian Imuniti Medan Magnet Frekuensi Kuasa: Menggunakan medan magnet frekuensi kuasa dengan intensiti tertentu pada EVT, mengamati kestabilan dan ketepatan isyarat voltan keluaran, dan menilai keupayaan anti-gangguan dalam persekitaran medan magnet frekuensi kuasa.
Ujian Imuniti Medan Magnet Osilasi Redaman: Meniru medan magnet osilasi redaman (dengan redaman cepat dan frekuensi tinggi) yang dihasilkan apabila disconnector di substation tekanan tinggi memindahkan bus. Menggunakan medan magnet yang sesuai pada EVT untuk menguji kestabilan prestasi pengukuran.
Ujian Imuniti Medan Magnet Pulsa: Meniru medan magnet pulsa (dengan peningkatan cepat dan nilai puncak tinggi) yang dihasilkan oleh sambaran petir pada komponen logam. Menggunakan medan magnet pulsa pada EVT untuk mengesahkan sama ada prestasi insulasi dan ketepatan pengukuran peralatan terpengaruh.
Ujian Imuniti Medan Elektromagnetik Radiasi Frekuensi Radio: Meniru radiasi parasit dari sumber elektromagnetik industri, siaran radio/stesen asas komunikasi mudah alih, dll. Menggunakan medan elektromagnetik frekuensi radio dengan intensiti tertentu pada EVT, mengamati kestabilan isyarat keluaran, dan menilai keupayaan anti-gangguan.
3 Prinsip Reka Bentuk Keserasian Elektromagnetik Transformer Voltan Elektronik
3.1 Prinsip Reka Bentuk Litar
Reka Bentuk Tanah Mengapung: Menggunakan teknologi tanah mengapung untuk mengasingkan laluan isyarat litar dari rangka, menghalang penghubungan arus gangguan pada rangka ke litar isyarat, mengurangkan bunyi, dan meningkatkan ketepatan dan kestabilan isyarat.
Penyusunan Kawat yang Masuk Akal: Mengoptimumkan susunan bekalan kuasa, tanah, dan laluan isyarat. Mengurangkan taburan paralel laluan dan mengurangkan gangguan penghubungan antara laluan melalui kaedah seperti penyusunan lapisan dan penyusunan ortogonal.
Reka Bentuk Kapasitor Penapis: Memasang kapasitor penapis pada hujung input bekalan kuasa modul. Memilih kapasitor berdasarkan faktor-faktor seperti nilai kapasitansi, ketahanan voltan, dan ciri-ciri frekuensi untuk menapis bunyi frekuensi tinggi dan gangguan yang diperkenalkan oleh bekalan kuasa.
Reka Bentuk Logik Tahap Rendah: Memberi keutamaan kepada peranti logik tahap rendah (seperti peranti tahap 3.3V) untuk mengelakkan tahap logik tinggi yang tidak perlu, mengurangkan penggunaan kuasa litar dan penjanaan gangguan frekuensi tinggi.
Kawalan Masa Naik/Turun: Memilih masa naik/turun yang paling lambat yang dibenarkan oleh fungsi litar untuk menekan komponen frekuensi tinggi yang tidak perlu, mengurangkan bunyi frekuensi tinggi dalam litar, dan meningkatkan kestabilan dan ketepatan isyarat.
3.2 Prinsip Reka Bentuk Struktur Dalaman
Struktur Perisai Tertutup Penuh: Cangkerang rangka menggunakan reka bentuk perisai tertutup penuh untuk memastikan kontak dan grounding yang baik setiap permukaan, secara efektif menghalang gangguan medan elektromagnetik luaran, dan melindungi litar elektronik dalaman.
Pengurangan Kawat Terdedah: Memendekkan panjang kawat terdedah dalam rangka dengan mengoptimumkan susunan dan mengatur komponen dengan sewajarnya untuk mengurangkan radiasi elektromagnetik dan gangguan penghubungan.
Pengikatan Berkumpulan Kawat: Mengikat kawat mengikut jenis isyarat (memisahkan isyarat digital dan analog), dan menjaga jarak tertentu untuk mengurangkan pengaruh saling antara kawat dan meningkatkan kejelasan dan ketepatan isyarat.
Pengikatan Adhesif Konduktif: Menggunakan adhesif konduktif untuk pengikatan di antara muka rangka untuk memastikan sambungan elektrik dan kesan perisai, mengurangkan rintangan kontak, dan meningkatkan kecekapan perisai.
4 Strategi untuk Meningkatkan Prestasi Keserasian Elektromagnetik Transformer Voltan Elektronik
4.1 Reka Bentuk Anti-gangguan Port Kuasa
Pasang Penapis Kuasa: Memilih penapis kuasa yang sesuai berdasarkan kuasa dinilai dan persekitaran kerja EVT, dan memasangnya dekat dengan inlet kuasa untuk menapis bunyi frekuensi tinggi dan puls sementara serta memastikan kebersihan kuasa.
Adopsi Reka Bentuk Kuasa Berlebihan: Mengkonfigurasikan beberapa modul kuasa. Apabila modul tunggal gagal, modul-modul yang tinggal dengan cepat mengambil alih bekalan kuasa, meningkatkan kebolehpercayaan bekalan kuasa, keupayaan anti-gangguan, dan kestabilan keseluruhan EVT.
Penguatan Perisai dan Grounding Jalur Kuasa: Menggunakan kabel berperisai untuk membungkus jalur kuasa untuk mengurangkan radiasi elektromagnetik dan penghubungan; memastikan grounding yang baik pada jalur, memperkenalkan arus gangguan ke tanah, dan mengelakkan kerusakan pada EVT.
4.2 Perlindungan Pelepasan Elektrostatik Port Isyarat
Pasang Peranti Penyerapan Gangguan Sementara: Memilih dioda penekan tegangan sementara (TVS), varistor, dan peranti lain yang sesuai. Peranti-peranti ini boleh dengan cepat menyerap tenaga semasa pelepasan elektrostatik, mengawal tegangan dalam lingkungan yang selamat, dan melindungi komponen elektronik dalaman.
Adopsi Kaedah Penghantaran Isyarat Diferensial: Membahagikan isyarat ke dalam saluran positif dan negatif untuk penghantaran diferensial. Menggunakan perbezaan isyarat antara saluran untuk mengekstrak maklumat yang berkesan, menolak gangguan mod bersama, meningkatkan kualiti penghantaran isyarat, dan mengurangkan gangguan pelepasan elektrostatik.
4.3 Optimasi Prestasi Perisai Rangka
Pilih Bahan Permeabiliti Tinggi: Memberi keutamaan kepada bahan dengan permeabiliti magnetik tinggi seperti plat besi untuk membuat rangka, meningkatkan keupayaan perisai medan magnet, menyerap dan menyebarkan tenaga medan magnet, dan mengurangkan gangguan ke dalam EVT (permeabiliti magnetik relatif logam ditunjukkan dalam Jadual 1).

Optimasi Reka Bentuk Struktur Rangka: Mengadopsi struktur perisai tertutup penuh untuk memastikan kontak dan grounding yang baik setiap permukaan rangka dan meningkatkan kesan perisai.
Penguatan Perlakuan Grounding Rangka: Memastikan sambungan grounding yang boleh dipercayai antara rangka dan tanah, memperkenalkan arus gangguan ke tanah, dan meningkatkan kecekapan perisai.
5 Kesimpulan
Makalah ini melakukan penyelidikan mendalam tentang prestasi EMC EVTs, mengemukakan prinsip dari aspek reka bentuk litar dan reka bentuk struktur dalaman, dan merumuskan strategi seperti reka bentuk anti-gangguan port kuasa, perlindungan pelepasan elektrostatik port isyarat, dan optimasi perisai rangka. Tujuannya adalah untuk meningkatkan keupayaan anti-gangguan dan kestabilan EVTs dalam persekitaran elektromagnetik yang kompleks, memastikan pengukuran voltan isyarat yang tepat dan boleh dipercayai dalam sistem tenaga, dan meletakkan asas yang kukuh untuk operasi selamat dan stabil sistem tenaga.