การจัดการกับสัญญาณรบกวน EMC ตั้งแต่เนิ่นๆ: ฮาร์มอนิกของ IEC, ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า/การสั่นไหว และสัญญาณรบกวนความถี่สูง
บทนำ
ผลิตภัณฑ์เครื่องใช้ไฟฟ้าต้องผ่านการทดสอบฮาร์มอนิกและแรงดันไฟฟ้า-ความผันผวน/การสั่นไหว เพื่อประเมินการปล่อยความถี่ต่ำ (EMC) ที่เกี่ยวข้องกับคุณภาพไฟฟ้า (ตามที่ระบุไว้ในมาตรฐาน IEC) ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา สัญญาณรบกวนความถี่สูงได้รับการยอมรับว่าเป็นปัญหาไม่เพียงแต่สำหรับอินเวอร์เตอร์ในอุตสาหกรรมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงผลิตภัณฑ์ที่ขับเคลื่อนด้วยอินเวอร์เตอร์สำหรับที่อยู่อาศัยด้วย
หมายเหตุการใช้งานนี้แนะนำการวัดการปล่อยความถี่ต่ำตามมาตรฐาน IEC โดยเฉพาะฮาร์โมนิคและความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า/การสั่นไหวโดยใช้เครื่องวิเคราะห์กำลัง PW8001 บทความนี้จะอธิบายการวิเคราะห์สัญญาณรบกวนผ่านการวัดสัญญาณรบกวนความถี่สูงด้วยเครื่องวิเคราะห์กำลังนี้
เหตุใดจึงต้องทดสอบฮาร์โมนิคและความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า/การสั่นไหว
ในการทดสอบฮาร์โมนิค การวัดจะดำเนินการกับองค์ประกอบการบิดเบือนของรูปคลื่นการใช้กระแสไฟฟ้าของอุปกรณ์ เนื่องจากกระแสฮาร์มอนิกทำให้ความเสี่ยงเพิ่มขึ้นที่อุปกรณ์ทำงานผิดปกติและล้มเหลว และมีกำลังรีแอกทีฟในระบบไฟฟ้าสูงขึ้น การทดสอบที่กำหนดให้เป็นมาตรฐานจึงทำได้เพื่อรักษาให้ต่ำกว่าค่าที่ตั้งไว้
เนื่องจากไฟกะพริบอาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพและยังทำให้เกิดความรู้สึกไม่สบายอย่างมาก มาตรฐานจึงสรุปการทดสอบสาเหตุของการกะพริบ ความผันผวนของกระแสไฟจ่ายซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงในการใช้กระแสไฟของผลิตภัณฑ์เครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ ทำให้เกิดความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าเหล่านี้ส่งผลให้ไฟกะพริบ ด้วยเหตุนี้ ในการทดสอบการสั่นไหว ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าจึงได้รับการทดสอบตามขีดจำกัดที่กำหนด
มาตรฐาน IEC ที่ควบคุมการทดสอบฮาร์มอนิกและแรงดันไฟฟ้า-ความผันผวน/การสั่นไหว
มีการกำหนดเงื่อนไขการทดสอบและขีดจำกัดมูลค่าสูงสุดสำหรับอุปกรณ์และอุปกรณ์ประเภทต่างๆ ก่อนที่จะออกแบบระบบการทดสอบ ควรอ้างอิงมาตรฐานการทดสอบล่าสุด นอกจากนี้ ข้อกำหนดเฉพาะที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์ตรวจวัดที่เหมาะสมของการทดสอบจะเปลี่ยนแปลงไปตามมาตรฐานเฉพาะที่กำลังสังเกตอยู่ เครื่องวิเคราะห์กำลังไฟฟ้า PW8001 เป็นไปตามมาตรฐานที่ใช้สำหรับการทดสอบฮาร์โมนิกของ IEC และความผันผวน/การสั่นของแรงดันไฟฟ้า
มาตรฐานการทดสอบฮาร์มอนิกที่รองรับโดย Power Analyzer PW8001
- มอก. 61000-3-2
- การทดสอบอุปกรณ์ที่มีกระแสไฟพิกัด 16 A หรือน้อยกว่าต่อเฟส
- IEC 610003-12
- การทดสอบบริภัณฑ์ที่มีกระแสไฟที่กำหนดมากกว่า 16 A และไม่เกิน 75 A ต่อเฟส
- (ข้อมูลจำเพาะของเครื่องมือวัดที่สามารถใช้สำหรับการทดสอบมาตรฐานทั้งสองแบบข้างต้นได้ระบุไว้ในมาตรฐาน IEC 61000-4-7:2002 PW8001 เป็นไปตามข้อกำหนดข้อมูลจำเพาะที่ระบุไว้ในมาตรฐานนี้สำหรับลำดับฮาร์มอนิก 0 ถึง 200 และ อินเตอร์ฮาร์โมนิค 0.5 ถึง 200.5)
มาตรฐานการทดสอบความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าและการสั่นไหวที่รองรับโดย Power Analyzer PW8001
- IEC 61000-3-3
- การทดสอบอุปกรณ์ที่มีกระแสไฟพิกัด 16 A หรือน้อยกว่าต่อเฟส
- IEC 610003-12
- การทดสอบบริภัณฑ์ที่มีกระแสไฟที่กำหนดมากกว่า 16 A และไม่เกิน 75 A ต่อเฟส
- (ข้อมูลจำเพาะของเครื่องมือวัดที่สามารถใช้สำหรับการทดสอบมาตรฐานทั้งสองแบบข้างต้นได้ระบุไว้ในมาตรฐาน IEC 61000-4-15:2010 PW8001 เป็นไปตามข้อกำหนดข้อมูลจำเพาะที่ระบุไว้ในมาตรฐานนี้ (ความแม่นยำ: Pst ±5% [Pst = 0.2 ถึง 5]; dc, dmax: ±4% [เมื่อ dmax = 4%])
ระบบทดสอบฮาร์โมนิคและการทดสอบความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า/การสั่นไหว
รูปที่ 1 แสดงแผนภาพบล็อกของระบบทดสอบสำหรับการทดสอบฮาร์โมนิคและการทดสอบแรงดันไฟฟ้า-ความผันผวน/การสั่นไหว มาตรฐาน IEC สำหรับการทดสอบฮาร์โมนิคและแรงดันไฟฟ้า-ความผันผวน/การสั่นไหวต้องใช้ระบบที่มีแหล่งจ่ายไฟ AC และเครือข่ายอิมพีแดนซ์อ้างอิง (RIN) เครื่องวิเคราะห์กำลังจะวัดแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้กับอุปกรณ์ที่ทดสอบ จากนั้นจึงส่งออกผลการวัดตามมาตรฐานการวัด กระแสไฟฟ้าวัดโดยเซ็นเซอร์กระแส เนื่องจากไม่จำเป็นต้องเชื่อมต่อโดยตรงสำหรับการวัดกระแสไฟฟ้า ผลกระทบของการเดินสายไฟและการสูญเสียเครื่องมือจึงสามารถลดลงได้ ทำให้สามารถวัดได้ภายใต้สภาวะที่คล้ายกับสภาพแวดล้อมการทำงานจริงมากขึ้น
รูปที่ 1: บล็อกไดอะแกรมของระบบทดสอบฮาร์มอนิกและแรงดันไฟฟ้า-ผันผวน/การสั่นไหว
ปัญหาเกี่ยวกับเสียงรบกวนของแหล่งจ่ายไฟ
การทดสอบฮาร์มอนิกและแรงดันไฟฟ้า-ความผันผวน/การสั่นไหวเป็นการทดสอบการปล่อยคลื่นความถี่ต่ำประเภทหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ในกรณีที่เกิดขึ้นไม่บ่อยนัก การเปลี่ยนเสียงรบกวนจากอุปกรณ์ที่ขับเคลื่อนด้วยอินเวอร์เตอร์อาจเกินระดับที่คาดไว้ และทำให้อุปกรณ์ใกล้เคียงทำงานผิดปกติ* เพื่อป้องกันความล่าช้าในการพัฒนา สิ่งสำคัญคือต้องตรวจสอบปัญหาที่เกิดจากสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟ ขณะเดียวกันก็ต้องจัดการกับฮาร์โมนิกและความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่เนิ่นๆ ในกระบวนการพัฒนาอุปกรณ์
- * K. Nishijima, “Study on Conduction EMI Noise for EMC Filter Mounted on Switching Power Supply,” Journal of the Japan Institute of Power Electronics, vol. 2. 45, หน้า 106-112, มิถุนายน 2020.
โซลูชันการวัด ฮิโอกิ
เฟิร์มแวร์ล่าสุดสำหรับเครื่องวิเคราะห์พลังงาน PW8001 ของ Hioki (เวอร์ชัน 2.0) เพิ่มฟังก์ชันการวิเคราะห์สเปกตรัมพลังงาน (PSA) รวมถึงฮาร์โมนิก IEC และการวัดแรงดันไฟฟ้า-ความผันผวน/การสั่นไหว
ด้วยการตั้งค่าการทดสอบดังแสดงในรูปที่ 1 สามารถใช้ PW8001 เพื่อตรวจสอบฮาร์โมนิคและความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าสำหรับการทดสอบที่กำหนดโดยมาตรฐาน IEC เพื่อตัดสินขีดจำกัด การทดสอบเหล่านี้มีประโยชน์มากที่สุดเมื่อประเมินฮาร์ดแวร์ตั้งแต่เริ่มต้นการพัฒนา ซึ่งช่วยให้คุณสามารถประเมินแนวโน้มและจัดการกับแนวโน้มได้ตั้งแต่เนิ่นๆ ตัวอย่างเช่น สมมติว่าคุณค้นพบว่าการเปลี่ยนแปลงการออกแบบวงจรจ่ายไฟส่งผลให้กระแสฮาร์มอนิกเพิ่มขึ้น ในกรณีดังกล่าว เมื่อสรุปได้ว่ากระแสฮาร์มอนิกจะเกินขีดจำกัดที่ใช้ในการทดสอบ EMC คุณสามารถดำเนินการลดสัญญาณรบกวนตั้งแต่เนิ่นๆ เพื่อหลีกเลี่ยงการแก้ปัญหาที่ซับซ้อนในภายหลัง
หน้าจอการตั้งค่าโหมดการวัดฮาร์มอนิก IEC (ซ้าย) และหน้าจอการตั้งค่าโหมดการทดสอบความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า/การสั่นไหว (ขวา)
ฟังก์ชันการวิเคราะห์สเปกตรัมพลังงาน (PSA)
ฟังก์ชันการวิเคราะห์สเปกตรัมพลังงาน ซึ่งสามารถทำการวิเคราะห์ FFT ของแรงดัน กระแส และกำลัง ช่วยให้คุณวิเคราะห์สัญญาณรบกวนที่ความถี่สูงกว่า (สูงสุด 6 MHz) มากกว่าที่เป็นไปได้ด้วยการวิเคราะห์ฮาร์มอนิกแบบดั้งเดิม ซึ่งช่วยให้คุณสามารถตรวจสอบสัญญาณรบกวนที่จะตรวจไม่พบในการวัดฮาร์มอนิก IEC หรือการวัดความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า/การกะพริบด้วยสายตา ตัว PW8001 มีคุณสมบัติรับประกันความแม่นยำของการวัดกำลังความถี่สูง (สูงสุด 1 MHz) ทำให้มีความน่าเชื่อถืออย่างยิ่งในการประเมินสัญญาณรบกวนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าความถี่สูงที่เกิดจากอินเวอร์เตอร์และอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง
การตั้งค่าอัตโนมัติหกประเภทจากเครื่องมือวิเคราะห์กำลังอันล้ำสมัยของ Hioki
PW8001 ทำการวัดพลังงานอย่างแม่นยำพร้อมกับการคำนวณทั้งหมด (รวมถึงการวิเคราะห์ฮาร์โมนิคและการวิเคราะห์สเปกตรัมพลังงาน) พร้อมกันและแบบคู่ขนาน นอกจากนี้ PW8001 ยังใช้เครื่องมือวิเคราะห์พลังงานที่ล้ำสมัย (Power Analysis Engine III) ซึ่งจะปรับการตั้งค่าให้เหมาะสมโดยอัตโนมัติ เช่น ช่วงการวัดและคุณลักษณะตัวกรอง ซึ่งช่วยให้แน่ใจว่าขนาดและความถี่ของรูปคลื่นอินพุตได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อการวัดที่แม่นยำในระหว่างรอบการวัดเดียว ช่วยให้สามารถตรวจสอบได้หลายแง่มุม (การตั้งค่าทั้งหกเหล่านี้แสดงอยู่ในภาพด้านล่างพร้อมตัวอักษรสีแดง “AUTO”)
ตัวอย่างการกำหนดค่าผลิตภัณฑ์
เครื่องวิเคราะห์พลังงาน PW8001 รองรับโมดูลอินพุตสองประเภทซึ่งสามารถเลือกได้ตามการใช้งานการวัด นอกจากนี้ ฮิโอกิ ยังมีเซ็นเซอร์กระแสไฟฟ้าให้เลือกมากมาย โดยมีพิกัดกระแสตั้งแต่ 2 A ถึง 2000 A โมดูลอินพุตทั้งสองประเภทสามารถผสมและจับคู่ได้ (สูงสุด 8 ช่องสัญญาณ) ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ความแม่นยำในการวัด และความถี่ในการวัดที่ต้องการ วงดนตรี.
ความแม่นยำเมื่อรวมกับเซ็นเซอร์กระแส ฮิโอกิ
ฮิโอกิ เป็นผู้ผลิตเพียงรายเดียวในอุตสาหกรรมที่พัฒนาและผลิตทั้งเซ็นเซอร์กระแสไฟฟ้าและเครื่องวิเคราะห์พลังงานประสิทธิภาพสูงของตัวเอง ซึ่งส่งผลให้ความได้เปรียบประการหนึ่งของ ฮิโอกิ ต่อคู่แข่งมาในรูปแบบของความแม่นยำที่ยอดเยี่ยม กล่าวโดยสรุป ฮิโอกิ สามารถปรับแต่งเครื่องมือวัดเพื่อรับมือกับการสูญเสียความแม่นยำอันเป็นผลมาจากข้อผิดพลาดของเฟสที่ฉาวโฉ่หลอกหลอนการวัดความถี่สูงด้วยเซ็นเซอร์ CT นอกจากนี้ ดังที่แสดงในตารางที่ 1 เซ็นเซอร์ปัจจุบันของ ฮิโอกิ มีความแม่นยำที่กำหนดไว้ไม่เพียงที่ 50/60 Hz แต่ยังรวมถึงความถี่สูงด้วย นอกจากนี้ยังช่วยให้พวกเขาเป็นตัวเลือกที่มีประสิทธิภาพอย่างมากสำหรับใช้ในการวิเคราะห์ฮาร์มอนิกและเสียง
เซนเซอร์วัดกระแสไฟ AC/DC CT6873 (200 A)
ตารางที่ 1: ตัวอย่างความแม่นยำในการรวมกันสำหรับ PW8001 และเซ็นเซอร์กระแส (CT6873)
| การรวมเครื่องมือ | ความถี่: ±% ของช่วง |
|---|---|
| PW8001 + U7001 + เซ็นเซอร์กระแส (CT6873) |
|
| PW8001 + U7005 + เซ็นเซอร์กระแส (CT6873) |
|
- * อัตราเซ็นเซอร์ปัจจุบันจะถูกนำมาพิจารณาเมื่อคำนวณข้อผิดพลาดเต็มสเกล โปรดดูคู่มือการใช้งานสำหรับความถูกต้องแม่นยำของความถี่อื่นๆ
ภาพรวมข้อมูลจำเพาะของโหมดการวัด
ตารางที่ 2 แสดงภาพรวมของข้อกำหนดการวัดสำหรับโหมดฮาร์โมนิก IEC ของ PW8001 จอแสดงผลใช้งานง่ายและอ่านง่าย เนื่องจากแบ่งลำดับฮาร์โมนิคระหว่างเลขคู่และเลขคี่ ตารางที่ 3 และ 4 แสดงภาพรวมข้อกำหนดของการวัดการสั่นไหวและการวิเคราะห์สเปกตรัมพลังงาน (กำลัง FFT) ตามลำดับ
ตารางที่ 2: ภาพรวมข้อกำหนดการวัดสำหรับโหมดฮาร์โมนิก IEC ของ PW8001
| สิ่งของ | ข้อมูลจำเพาะ |
|---|---|
| วิธีการวัด | สอดคล้องกับ IEC 61000-4-7:2002; ไม่มีช่องว่างหรือทับซ้อนกัน |
| การตั้งค่าความถี่การวัด | 50 เฮิรตซ์, 60 เฮิรตซ์ |
| ช่วงความถี่ซิงโครนัส |
|
| อัตราการรีเฟรชข้อมูล | คงที่ประมาณ. 200 ms (50 Hz: 10 รอบ; 60 Hz: 12 รอบ) |
| คำสั่งการวิเคราะห์ |
|
| จำนวนคลื่นหน้าต่าง | 50 เฮิรตซ์: 10 รอบ; 60 เฮิรตซ์: 12 รอบ |
| จำนวนคะแนน FFT | 8192 คะแนน |
| ความแม่นยำในการวัด | เพิ่ม ±0.04% ของช่วงให้กับความแม่นยำพื้นฐานแต่ละรายการสำหรับโมดูลที่ใช้งาน (แรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า กำลัง และเฟส) สำหรับความถี่ 10 kHz ขึ้นไป ให้เพิ่มอีก ±0.04% ของช่วง (รับประกันความแม่นยำสำหรับการวิเคราะห์ฮาร์มอนิกเมื่อความถี่พื้นฐานอยู่ภายในช่วงความถี่ซิงโครนัสเท่านั้น) |
ตารางที่ 3: ภาพรวมข้อกำหนดการวัดการสั่นไหว
| สิ่งของ | ข้อมูลจำเพาะ |
|---|---|
| ช่องทางการวัด | สูงสุด 8 |
| วิธีการวัด | สอดคล้องกับ IEC 61000-4-15:2010 Ed 2.0 Flickermeter Class F2 |
| รายการวัดการสั่นไหว |
|
| ความถี่การวัด | 50 Hz, 60 Hz (วัดได้ในโหมดการวัด IEC เท่านั้น) |
| ช่วงการวัด | Pst และ Plt: 0.0001 PU ถึง 6,400 PU (แยกลอการิทึม 1400 ทาง) |
| ตัวกรองการสั่นไหว | หลอดไฟ 230 โวลต์, หลอดไฟ 120 โวลต์ |
| ความแม่นยำในการวัด |
|
ตารางที่ 4: ภาพรวมข้อกำหนดสำหรับฟังก์ชันการวิเคราะห์สเปกตรัมพลังงาน (PSA)
| สิ่งของ | ข้อมูลจำเพาะ |
|---|---|
| ช่องทางการวัด |
|
| ประเภทการคำนวณ |
|
| จำนวนคะแนน FFT ที่เป็นไปได้ | 1,000/5,000/10,000/50,000/100,000/500,000/1,000,000/5,000,000 |
| ต่อต้านนามแฝง | ตัวกรองดิจิตอลจะถูกใช้โดยอัตโนมัติ |
| ฟังก์ชั่นหน้าต่าง | ทรงสี่เหลี่ยม ทรงแบน ทรงแบน |
| ความถี่การวิเคราะห์สูงสุด |
|
บทสรุป
PW8001 สามารถวัดฮาร์โมนิคและความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า/การกะพริบได้ตามมาตรฐาน IEC การใช้ Power Spectrum Analysis (PSA) ในการพัฒนาตั้งแต่เนิ่นๆ นักพัฒนาสามารถหลีกเลี่ยงความล่าช้าจากการค้นพบในภายหลังและต้องแก้ไขสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟที่มากเกินไปหรือสัญญาณรบกวนในการสลับ
สำหรับรายละเอียดที่ครอบคลุมเกี่ยวกับเครื่องวิเคราะห์พลังงาน PW8001 โปรดไปที่ หน้าผลิตภัณฑ์ สำหรับการสอบถามข้อมูล เช่น การเสนอราคา การสาธิต และการใช้งานแบบทดลองใช้ โปรดใช้ แบบฟอร์มติดต่อ ของ ฮิโอกิ เพื่อตอบกลับส่วนตัวจากตัวแทน ฮิโอกิ ที่ใกล้เคียงที่สุดหรือเหมาะสมที่สุดของคุณ เราพร้อมให้ความช่วยเหลือในการปรับแต่งโซลูชันให้ตรงกับความต้องการของคุณ
