Abordando o ruído EMC desde o início: harmônicos IEC, flutuações/cintilação de tensão e ruído de alta frequência
Introdução
Os produtos elétricos devem passar por testes de harmônicas e de oscilação/oscilação de tensão para avaliar as emissões de baixa frequência (EMC) relacionadas à qualidade da energia (descritas nas normas IEC). Nos últimos anos, o ruído de alta frequência foi reconhecido como um problema não apenas para inversores industriais, mas também para produtos acionados por inversores residenciais.
Esta nota de aplicação apresenta a medição de emissões de baixa frequência em conformidade com IEC, especificamente harmônicos e flutuação/oscilação de tensão usando o Power Analyzer PW8001. O artigo descreverá a análise de ruído através da medição de ruído de alta frequência com este analisador de potência.
Por que testar harmônicos e flutuação/oscilação de tensão
Nos testes de harmônicos, a medição é realizada nos componentes de distorção das formas de onda de consumo de corrente do equipamento. Como a corrente harmônica causa aumento do risco de mau funcionamento e falha do equipamento e maior potência reativa nos sistemas de energia, os padrões estipulam que testes sejam feitos para mantê-los abaixo dos valores definidos.
Como as luzes bruxuleantes podem ser prejudiciais à saúde e também causar muito desconforto, os padrões descrevem os testes das causas da oscilação. Flutuações na corrente de alimentação resultantes de variações no consumo de corrente de vários produtos elétricos causam flutuações de tensão. Essas flutuações de tensão, por sua vez, fazem com que as luzes pisquem. É por isso que, no teste de cintilação, a flutuação de tensão é testada contra um limite prescrito.
Padrões IEC que regem testes de oscilação/flutuação de tensão e harmônicos
As condições de teste e os limites de valores máximos foram definidos para diferentes tipos de equipamentos e dispositivos. Antes de projetar um regime de testes, os padrões de testes mais recentes devem ser referenciados. Além disso, as especificações exigidas para o equipamento de medição apropriado do teste mudam com base no padrão específico que está sendo observado. O Power Analyzer PW8001 está em conformidade com os padrões usados para testes IEC para harmônicos e flutuação/oscilação de tensão.
Padrões de teste de harmônicos suportados pelo Power Analyzer PW8001
- CEI 61000-3-2
- Teste de equipamentos com corrente nominal de 16 A ou menos por fase
- CEI 610003-12
- Teste de equipamentos com corrente nominal superior a 16 A e não superior a 75 A por fase
- (As especificações de um instrumento de medição que pode ser usado para ambos os testes padrão acima são especificadas na norma IEC 61000-4-7:2002. O PW8001 atende aos requisitos de especificação descritos nesta norma para ordens harmônicas de 0 a 200 e ordens inter-harmônicas 0,5 a 200,5.)
Padrões de teste de oscilação e flutuação de tensão suportados pelo Power Analyzer PW8001
- CEI 61000-3-3
- Teste de equipamentos com corrente nominal de 16 A ou menos por fase
- CEI 610003-12
- Teste de equipamentos com corrente nominal superior a 16 A e não superior a 75 A por fase
- (As especificações de um instrumento de medição que pode ser usado para ambos os testes padrão acima são especificadas na norma IEC 61000-4-15:2010. O PW8001 atende aos requisitos de especificação descritos nesta norma (precisão: Pst ±5% [Pst = 0,2 a 5]; dc, dmax: ±4% [quando dmax = 4%])
Sistema de teste para harmônicos e teste de flutuação/cintilação de tensão
A Figura 1 fornece um diagrama de blocos de um sistema de teste para testes de harmônicos e flutuação de tensão/oscilação. Os padrões IEC para testes de harmônicos e flutuação de tensão/oscilação exigem um sistema com uma fonte de alimentação CA e uma rede de impedância de referência (RIN). O analisador de potência mede a tensão e a corrente fornecidas ao equipamento em teste e, em seguida, emite os resultados da medição de acordo com o padrão de medição. A corrente é medida por um sensor de corrente. Como não há necessidade de conexão direta para medição de corrente, os efeitos da fiação e da perda do instrumento podem ser reduzidos, permitindo que a medição seja realizada em condições que melhor se assemelhem ao ambiente operacional real.
Fig. 1: Diagrama de blocos de um sistema de teste de oscilação/oscilação de harmônicas e de tensão
Problemas com ruído da fonte de alimentação
O teste de oscilação/oscilação de tensão e harmônicas é um tipo de teste de emissões de baixa frequência. No entanto, em casos extremamente raros, o ruído de comutação de equipamentos acionados por inversor pode exceder os níveis previstos e causar mau funcionamento de equipamentos próximos*. Para evitar atrasos no desenvolvimento, é importante verificar problemas causados pelo ruído da fonte de alimentação e, ao mesmo tempo, abordar harmônicos e flutuações de tensão no início do processo de desenvolvimento do equipamento.
- * K. Nishijima, “Estudo sobre ruído EMI de condução para filtro EMC montado em fonte de alimentação chaveada”, Journal of the Japan Institute of Power Electronics, vol. 45, pp. 106-112, junho de 2020.
Solução de medição Hioki
O firmware mais recente para o Power Analyzer PW8001 da Hioki (versão 2.0) adiciona a funcionalidade Power Spectrum Analysis (PSA), bem como harmônicos IEC e medição de flutuação/oscilação de tensão.
Com uma configuração de teste conforme ilustrada na Figura 1, o PW8001 pode ser usado para verificar harmônicos e flutuações de tensão para testes definidos pelo padrão IEC que avaliam limites. Esses testes são mais úteis ao avaliar hardware no início do desenvolvimento, permitindo avaliar tendências e abordá-las desde o início. Por exemplo, digamos que você descubra que alterações no projeto de um circuito de fonte de alimentação resultaram em aumento da corrente harmônica. Nesse caso, deduzindo que a corrente harmônica excederia o limite aplicável nos testes de EMC, você poderá tomar contramedidas de redução de ruído antecipadamente para evitar a solução complicada de problemas posteriormente.
Tela de configurações do modo de medição harmônica IEC (esquerda) e tela de configurações do modo de teste de oscilação/flutuação de tensão (direita)
Função de Análise de Espectro de Potência (PSA)
A função Power Spectrum Analysis, que pode realizar análises FFT de tensão, corrente e potência, permite analisar ruído em frequências mais altas (até 6 MHz) do que é possível com a análise harmônica tradicional. Isso permite que você verifique visualmente se há ruído que não seria detectado na medição de harmônicos IEC ou de flutuação de tensão/oscilação. O próprio PW8001 apresenta precisão garantida na medição de energia de alta frequência (até 1 MHz), tornando-o extremamente confiável na avaliação de ruído condutivo de alta frequência causado por inversores e fontes de alimentação chaveadas.
Seis tipos de configurações automáticas fornecidas pelo mecanismo de análise de potência de última geração da Hioki
O PW8001 realiza medições precisas de potência juntamente com todos os cálculos (incluindo análise de harmônicos e análise de espectro de potência) simultaneamente e em paralelo. Além disso, o PW8001 utiliza um mecanismo de análise de potência de última geração (Power Analysis Engine III) que otimiza automaticamente configurações como faixas de medição e características de filtro. Isso garante que a magnitude e a frequência das formas de onda de entrada sejam otimizadas para medições precisas durante um único ciclo de medição, permitindo verificação multifacetada. (Todas essas seis configurações são ilustradas na figura abaixo com as letras vermelhas “AUTO”.).
Exemplo de configuração de produto
O Power Analyzer PW8001 suporta dois tipos de módulos de entrada que podem ser escolhidos com base na aplicação de medição. Além disso, Hioki oferece uma ampla seleção de sensores de corrente com classificações de corrente que variam de 2 A a 2.000 A. Os dois tipos de módulos de entrada podem ser misturados e combinados (máx. 8 canais), dependendo de fatores como precisão de medição necessária e frequência de medição. banda.
Precisão quando combinada com sensores de corrente Hioki
Hioki é o único fabricante do setor que desenvolve e fabrica seus próprios sensores de corrente e analisadores de potência de alto desempenho. Isso resulta em uma das vantagens da Hioki em relação aos concorrentes na forma de precisão excepcional. Resumindo, Hioki pode personalizar os instrumentos de medição para neutralizar a perda de precisão resultante do erro de fase que notoriamente assombra a medição de alta frequência com sensores CT. Além disso, conforme mostrado na Tabela 1, os sensores de corrente da Hioki apresentam precisão definida não apenas em 50/60 Hz, mas também em altas frequências. Isso também contribui para que sejam escolhas extremamente eficazes para uso em análises harmônicas e de ruído.
Sensor de corrente CA/CC CT6873 (200 A)
Tabela 1: exemplos de precisão de combinação para o PW8001 e sensor de corrente (CT6873)
| Combinação de instrumentos | Frequência: ±% da faixa |
|---|---|
| PW8001 + U7001 + sensor de corrente (CT6873) |
|
| PW8001 + U7005 + sensor de corrente (CT6873) |
|
- * A classificação atual do sensor é levada em consideração ao calcular o erro de fundo de escala. Consulte o manual de instruções para obter a precisão de outras frequências.
Visão geral das especificações dos modos de medição
A Tabela 2 fornece uma visão geral das especificações de medição para o modo harmônico IEC do PW8001. O display é intuitivo e de fácil leitura porque divide as ordens harmônicas entre números pares e ímpares. As Tabelas 3 e 4 fornecem uma visão geral das especificações de medição de cintilação e análise de espectro de potência (potência FFT), respectivamente.
Tabela 2: visão geral das especificações de medição para o modo harmônicos IEC do PW8001
| Item | Especificações |
|---|---|
| Método de medição | Compatível com IEC 61000-4-7:2002; sem lacunas ou sobreposições |
| Configurações de frequência de medição | 50 Hz, 60 Hz |
| Faixa de frequência síncrona |
|
| Taxa de atualização de dados | Fixado em aprox. 200 ms (50 Hz: 10 ciclos; 60 Hz: 12 ciclos) |
| Pedidos de análise |
|
| Número de ondas de janela | 50 Hz: 10 ciclos; 60 Hz: 12 ciclos |
| Número de pontos FFT | 8192 pontos |
| Precisão da medição | Adicione ±0,04% da faixa a cada uma das precisões básicas do módulo em uso (tensão, corrente, potência e fase). Para uma frequência de 10 kHz ou mais, adicione mais ±0,04% da faixa. (A precisão só é garantida para análise harmônica quando a frequência fundamental está dentro da faixa de frequência síncrona.) |
Tabela 3: Visão geral das especificações de medição de cintilação
| Item | Especificações |
|---|---|
| Canais de medição | Máx. 8 |
| Método de medição | Compatível com IEC 61000-4-15:2010 Ed 2.0 Flickermeter Classe F2 |
| Itens de medição de cintilação |
|
| Frequências de medição | 50 Hz, 60 Hz (mensurável somente no modo de medição IEC) |
| Faixa de medição | Pst e Plt: 0,0001 PU a 6.400 PU (divisão logarítmica de 1.400 vias) |
| Filtro de cintilação | Lâmpada de 230 V, lâmpada de 120 V |
| Precisão da medição |
|
Tabela 4: Visão geral das especificações da função Power Spectrum Analysis (PSA)
| Item | Especificações |
|---|---|
| Canais de medição |
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| Tipo de cálculo |
|
| Número de pontos FFT possíveis | 1,000/5,000/10,000/50,000/100,000/500,000/1,000,000/5,000,000 |
| Anti-aliasing | O filtro digital é aplicado automaticamente |
| Função de janela | Retangular, martelado, topo plano |
| Frequência máxima de análise |
|
Conclusão
O PW8001 pode medir harmônicos e flutuações/cintilação de tensão de acordo com os padrões IEC. Ao usar a Análise de Espectro de Potência (PSA) no início do desenvolvimento, os desenvolvedores podem evitar atrasos na descoberta posterior e na necessidade de corrigir ruído excessivo na fonte de alimentação ou ruído de comutação.
Para obter detalhes abrangentes sobre o Power Analyzer PW8001, visite a página do produto. Para perguntas como cotações, demonstrações e uso experimental, use o formulário de contato da Hioki para obter uma resposta personalizada do representante Hioki mais próximo ou mais apropriado. Estamos aqui para ajudar a adaptar soluções às suas necessidades.
