Abordar el ruido EMC desde el principio: armónicos IEC, fluctuaciones/parpadeo de voltaje y ruido de alta frecuencia
Introducción
Los productos eléctricos deben someterse a pruebas de armónicos y fluctuaciones de voltaje/parpadeo para evaluar las emisiones de baja frecuencia (EMC) relacionadas con la calidad de la energía (descritas en las normas IEC). En los últimos años, se ha reconocido que el ruido de alta frecuencia es un problema no sólo para los inversores industriales, sino también para los productos impulsados por inversores residenciales.
Esta nota de aplicación presenta la medición conforme a IEC de emisiones de baja frecuencia, específicamente armónicos y fluctuación/parpadeo de voltaje utilizando el ANALIZADOR DE POTENCIA PW8001. El artículo describirá el análisis del ruido mediante la medición de ruido de alta frecuencia con este analizador de potencia.
¿Por qué probar armónicos y fluctuaciones/parpadeos de voltaje?
En las pruebas de armónicos, la medición se realiza en los componentes de distorsión de las formas de onda de consumo de corriente del equipo. Dado que la corriente armónica causa un mayor riesgo de mal funcionamiento y falla del equipo, y una mayor potencia reactiva en los sistemas de energía, los estándares estipulan que se realicen pruebas para mantenerlos por debajo de los valores establecidos.
Dado que las luces parpadeantes pueden ser un peligro para la salud y también causan una gran incomodidad, las normas describen las pruebas de las causas del parpadeo. Las fluctuaciones en la corriente de suministro resultantes de variaciones en el consumo de corriente de diversos productos eléctricos provocan fluctuaciones de voltaje. Estas fluctuaciones de voltaje, a su vez, hacen que las luces parpadeen. Por eso, en la prueba de parpadeo, la fluctuación de voltaje se compara con un límite prescrito.
Normas IEC que rigen las pruebas de armónicos y de fluctuación de voltaje/parpadeo
Se han definido condiciones de prueba y límites de valor máximo para diferentes tipos de equipos y dispositivos. Antes de diseñar un régimen de pruebas, se deben consultar los estándares de pruebas más recientes. Además, las especificaciones requeridas para el equipo de medición apropiado de la prueba cambian según la norma específica que se observe. El ANALIZADOR DE POTENCIA PW8001 cumple con los estándares utilizados para las pruebas IEC de armónicos y fluctuación/parpadeo de voltaje.
Estándares de prueba de armónicos admitidos por el ANALIZADOR DE POTENCIA PW8001
- CEI 61000-3-2
- Pruebas de equipos con una corriente nominal de 16 A o menos por fase
- CEI 610003-12
- Pruebas de equipos con una corriente nominal superior a 16 A y no superior a 75 A por fase
- (Las especificaciones de un instrumento de medición que se puede utilizar para las dos pruebas estándar anteriores se especifican en la norma IEC 61000-4-7:2002. El PW8001 satisface los requisitos de especificación descritos en esta norma para los órdenes armónicos de 0 a 200 y órdenes interarmónicos 0,5 a 200,5.)
Estándares de prueba de fluctuación de voltaje y parpadeo compatibles con el ANALIZADOR DE POTENCIA PW8001
- CEI 61000-3-3
- Pruebas de equipos con una corriente nominal de 16 A o menos por fase
- CEI 610003-12
- Pruebas de equipos con una corriente nominal superior a 16 A y no superior a 75 A por fase
- (Las especificaciones de un instrumento de medición que se puede utilizar para las dos pruebas estándar anteriores se especifican en la norma IEC 61000-4-15:2010. El PW8001 satisface los requisitos de especificación descritos en esta norma (precisión: Pst ±5% [Pst = 0,2 a 5]; dc, dmax: ±4% [cuando dmax = 4%])
Sistema de prueba para armónicos y prueba de fluctuación de voltaje/flicker
La figura 1 proporciona un diagrama de bloques de un sistema de prueba para pruebas de armónicos y fluctuaciones de voltaje/parpadeo. Los estándares IEC para pruebas de armónicos y fluctuación de voltaje/parpadeo requieren un sistema con una fuente de alimentación de CA y una red de impedancia de referencia (RIN). El analizador de potencia mide el voltaje y la corriente suministrados al equipo bajo prueba y luego genera los resultados de la medición de acuerdo con el estándar de medición. La corriente se mide mediante un sensor de corriente. Dado que no es necesario realizar una conexión directa para la medición de corriente, se pueden reducir los efectos del cableado y la pérdida del instrumento, lo que permite realizar mediciones en condiciones que se asemejan mejor al entorno operativo real.
Fig. 1: Diagrama de bloques de un sistema de prueba de armónicos y fluctuaciones de voltaje/parpadeo
Problemas con el ruido de la fuente de alimentación
La prueba de armónicos y fluctuaciones de voltaje/parpadeo es un tipo de prueba de emisiones de baja frecuencia. Sin embargo, en casos extremadamente raros, el ruido de conmutación de los equipos accionados por inversor puede exceder los niveles previstos y provocar un mal funcionamiento de los equipos cercanos*. Para evitar retrasos en el desarrollo, es importante comprobar si hay problemas causados por el ruido del suministro de energía y, al mismo tiempo, abordar los armónicos y las fluctuaciones de voltaje en las primeras etapas del proceso de desarrollo del equipo.
- * K. Nishijima, “Estudio sobre el ruido EMI de conducción para un filtro EMC montado en una fuente de alimentación conmutada”, Revista del Instituto Japonés de Electrónica de Potencia, vol. 45, págs. 106-112, junio de 2020.
Solución de medición Hioki
El último firmware para ANALIZADOR DE POTENCIA PW8001 de Hioki (versión 2.0) agrega la funcionalidad de análisis del espectro de potencia (PSA), así como armónicos IEC y medición de fluctuación de voltaje/parpadeo.
Con una configuración de prueba como se ilustra en la Figura 1, el PW8001 se puede utilizar para verificar armónicos y fluctuaciones de voltaje para pruebas definidas por el estándar IEC que juzgan los límites. Estas pruebas son más útiles al evaluar el hardware al inicio del desarrollo, lo que le permite evaluar tendencias y abordarlas desde el principio. Por ejemplo, supongamos que descubre que los cambios en el diseño de un circuito de suministro de energía han dado como resultado un aumento de la corriente armónica. En ese caso, deduciendo que la corriente armónica excedería el límite aplicable en las pruebas de EMC, puede tomar contramedidas de reducción de ruido desde el principio para evitar la resolución complicada de problemas más adelante.
Pantalla de configuración del modo de medición de armónicos IEC (izquierda) y pantalla de configuración del modo de prueba de fluctuación de voltaje/parpadeo (derecha)
Función de análisis del espectro de potencia (PSA)
La función Análisis del espectro de potencia, que puede realizar análisis FFT de voltaje, corriente y potencia, le permite analizar ruido a frecuencias más altas (hasta 6 MHz) de lo que es posible con el análisis armónico tradicional. Esto le permite comprobar visualmente si hay ruido que no se detectaría en la medición de armónicos o fluctuaciones de voltaje/parpadeo IEC. El propio PW8001 ofrece una precisión garantizada en la medición de potencia de alta frecuencia (hasta 1 MHz), lo que lo hace extremadamente confiable en la evaluación del ruido conductivo de alta frecuencia causado por inversores y fuentes de alimentación conmutadas.
Seis tipos de configuraciones automáticas proporcionadas por el motor de análisis de energía de última generación de Hioki
El PW8001 realiza mediciones de potencia precisas junto con todos los cálculos (incluido el análisis de armónicos y el análisis del espectro de potencia) de forma simultánea y en paralelo. Además, el PW8001 utiliza un motor de análisis de potencia de última generación (Power Analysis Engine III) que optimiza automáticamente configuraciones como rangos de medición y características de filtro. Esto garantiza que la magnitud y la frecuencia de las formas de onda de entrada se optimicen para una medición precisa durante un único ciclo de medición, lo que permite una verificación multifacética. (Las seis configuraciones se ilustran en la figura siguiente con las letras rojas “AUTO”).
Ejemplo de configuración del producto
El ANALIZADOR DE POTENCIA PW8001 admite dos tipos de módulos de entrada que se pueden elegir según la aplicación de medición. Además, Hioki ofrece una amplia selección de sensores de corriente con clasificaciones de corriente que van desde 2 A hasta 2000 A. Los dos tipos de módulos de entrada se pueden mezclar y combinar (máx. 8 canales) dependiendo de factores como la precisión de medición requerida y la frecuencia de medición. banda.
Precisión cuando se combina con sensores de corriente Hioki
Hioki es el único fabricante de la industria que desarrolla y fabrica sus propios sensores de corriente y analizadores de potencia de alto rendimiento. Esto da como resultado una de las ventajas de Hioki frente a sus competidores en forma de precisión excepcional. En resumen, Hioki puede fabricar instrumentos de medición a medida para contrarrestar la pérdida de precisión resultante del error de fase que notoriamente afecta a las mediciones de alta frecuencia con sensores CT. Además, como se muestra en la Tabla 1, los sensores de corriente de Hioki presentan una precisión definida no solo a 50/60 Hz sino también hasta altas frecuencias. Esto también contribuye a que sean opciones extremadamente efectivas para su uso en análisis de armónicos y ruido.
Sensor de corriente CA/CC CT6873 (200 A)
Tabla 1: ejemplos de precisión combinada para el PW8001 y el sensor de corriente (CT6873)
| combinación de instrumentos | Frecuencia: ±% del rango |
|---|---|
| PW8001 + U7001 + sensor de corriente (CT6873) |
|
| PW8001 + U7005 + sensor de corriente (CT6873) |
|
- * La clasificación actual del sensor se tiene en cuenta al calcular el error de escala completa. Consulte el manual de instrucciones para conocer la precisión de otras frecuencias.
Descripción general de las especificaciones de los modos de medición
La Tabla 2 proporciona una descripción general de las especificaciones de medición para el modo de armónicos IEC del PW8001. La pantalla es intuitiva y fácil de leer porque divide los órdenes armónicos entre números pares e impares. Las tablas 3 y 4 proporcionan una descripción general de las especificaciones de medición de parpadeo y análisis del espectro de potencia (potencia FFT), respectivamente.
Tabla 2: descripción general de las especificaciones de medición para el modo de armónicos IEC del PW8001
| Artículo | Especificaciones |
|---|---|
| Método de medida | Cumple con IEC 61000-4-7:2002; sin espacios ni superposiciones |
| Configuración de frecuencia de medición | 50Hz, 60Hz |
| Rango de frecuencia síncrono |
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| Frecuencia de actualización de datos | Fijado en aprox. 200 ms (50 Hz: 10 ciclos; 60 Hz: 12 ciclos) |
| Órdenes de análisis |
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| Número de ondas de ventana | 50 Hz: 10 ciclos; 60 Hz: 12 ciclos |
| Número de puntos FFT | 8192 puntos |
| Precisión de la medición | Agregue ±0,04% del rango a cada una de las precisiones básicas para el módulo en uso (voltaje, corriente, potencia y fase). Para una frecuencia de 10 kHz o más, agregue otro ±0,04% del rango. (La precisión sólo está garantizada para el análisis armónico cuando la frecuencia fundamental está dentro del rango de frecuencia síncrona). |
Tabla 3: Descripción general de las especificaciones de medición de parpadeo
| Artículo | Especificaciones |
|---|---|
| Canales de medición | Máx. 8 |
| Método de medida | Cumple con IEC 61000-4-15:2010 Ed 2.0 Flickermeter Clase F2 |
| Elementos de medición de parpadeo |
|
| Frecuencias de medición | 50 Hz, 60 Hz (medible solo en modo de medición IEC) |
| Rango de medicion | Pst y Plt: 0,0001 PU a 6400 PU (división logarítmica de 1400 vías) |
| Filtro de parpadeo | Lámpara de 230 V, lámpara de 120 V |
| Precisión de la medición |
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Tabla 4: Descripción general de las especificaciones de la función Análisis del espectro de potencia (PSA)
| Artículo | Especificaciones |
|---|---|
| Canales de medición |
|
| Tipo de cálculo |
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| Número de posibles puntos FFT | 1,000/5,000/10,000/50,000/100,000/500,000/1,000,000/5,000,000 |
| Antialiasing | El filtro digital se aplica automáticamente |
| Función de ventana | Rectangular, Hamming, tapa plana. |
| Frecuencia máxima de análisis |
|
Conclusión
El PW8001 puede medir armónicos y fluctuaciones de tensión/flicker de acuerdo con las normas IEC. Al utilizar el análisis del espectro de energía (PSA) en las primeras etapas del desarrollo, los desarrolladores pueden evitar demoras por descubrir más adelante y tener que corregir el ruido excesivo de la fuente de alimentación o el ruido de conmutación.
Para obtener detalles completos sobre el ANALIZADOR DE POTENCIA PW8001, visite la página del producto. Para consultas como cotizaciones, demostraciones y uso de prueba, utilice el formulario de contacto de Hioki para obtener una respuesta personalizada de su representante Hioki más cercano o más apropiado. Estamos aquí para ayudarle a adaptar las soluciones a sus necesidades.
