Giải quyết sớm tiếng ồn EMC: Sóng hài IEC, Biến động điện áp/Nhấp nháy và Tiếng ồn tần số cao
Giới thiệu
Các sản phẩm điện phải trải qua các thử nghiệm hài hòa và dao động điện áp/nhấp nháy để đánh giá mức phát xạ tần số thấp (EMC) liên quan đến chất lượng điện năng (được nêu trong tiêu chuẩn IEC). Trong những năm gần đây, tiếng ồn tần số cao đã được coi là một vấn đề không chỉ đối với các bộ biến tần công nghiệp mà còn cả các sản phẩm điều khiển bộ biến tần dân dụng.
Ghi chú ứng dụng này giới thiệu phép đo phát xạ tần số thấp tuân thủ IEC, cụ thể là sóng hài và dao động điện áp/nhấp nháy bằng Máy phân tích công suất PW8001. Bài viết sẽ mô tả việc phân tích tiếng ồn thông qua việc đo tiếng ồn tần số cao bằng máy phân tích công suất này.
Tại sao phải kiểm tra sóng hài và dao động điện áp/nhấp nháy
Trong thử nghiệm sóng hài, phép đo được thực hiện trên các thành phần biến dạng của dạng sóng tiêu thụ dòng điện của thiết bị. Vì dòng điện hài làm tăng nguy cơ trục trặc và hư hỏng thiết bị cũng như công suất phản kháng cao hơn trong hệ thống điện, nên các tiêu chuẩn quy định việc thử nghiệm phải được thực hiện để giữ chúng ở dưới giá trị đã đặt.
Vì đèn nhấp nháy có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe và cũng gây ra nhiều khó chịu nên các tiêu chuẩn đưa ra việc kiểm tra nguyên nhân gây ra hiện tượng nhấp nháy. Sự biến động trong dòng điện cung cấp do sự thay đổi trong mức tiêu thụ dòng điện của các sản phẩm điện khác nhau gây ra sự dao động điện áp. Những dao động điện áp này lần lượt làm cho đèn nhấp nháy. Đó là lý do tại sao trong thử nghiệm nhấp nháy, sự dao động điện áp được thử nghiệm theo giới hạn quy định.
Các tiêu chuẩn IEC quản lý các thử nghiệm sóng hài và dao động điện áp/nhấp nháy
Các điều kiện thử nghiệm và giới hạn giá trị tối đa đã được xác định cho các loại thiết bị và dụng cụ khác nhau. Trước khi thiết kế chế độ thử nghiệm, cần tham khảo các tiêu chuẩn thử nghiệm mới nhất. Ngoài ra, các thông số kỹ thuật cần thiết cho thiết bị đo thích hợp của thử nghiệm cũng thay đổi dựa trên tiêu chuẩn cụ thể đang được tuân thủ. Máy phân tích công suất PW8001 tuân thủ các tiêu chuẩn được sử dụng để kiểm tra IEC về sóng hài và dao động điện áp/nhấp nháy.
Các tiêu chuẩn kiểm tra sóng hài được hỗ trợ bởi Máy phân tích công suất PW8001
- IEC 61000-3-2
- Thử nghiệm thiết bị có dòng điện định mức từ 16 A trở xuống mỗi pha
- IEC 610003-12
- Thử nghiệm thiết bị có dòng điện định mức lớn hơn 16 A và không lớn hơn 75 A mỗi pha
- (Thông số kỹ thuật của một thiết bị đo có thể được sử dụng cho cả hai thử nghiệm tiêu chuẩn nêu trên được quy định trong tiêu chuẩn IEC 61000-4-7:2002. PW8001 đáp ứng các yêu cầu thông số kỹ thuật được nêu trong tiêu chuẩn này đối với các bậc hài hòa từ 0 đến 200 và bậc hài hòa từ 0,5 đến 200,5.)
Các tiêu chuẩn kiểm tra dao động điện áp và nhấp nháy được hỗ trợ bởi Máy phân tích nguồn PW8001
- IEC 61000-3-3
- Thử nghiệm thiết bị có dòng điện định mức từ 16 A trở xuống mỗi pha
- IEC 610003-12
- Thử nghiệm thiết bị có dòng điện định mức lớn hơn 16 A và không lớn hơn 75 A mỗi pha
- (Thông số kỹ thuật của một thiết bị đo có thể được sử dụng cho cả hai thử nghiệm tiêu chuẩn nêu trên được quy định trong tiêu chuẩn IEC 61000-4-15:2010. PW8001 đáp ứng các yêu cầu thông số kỹ thuật được nêu trong tiêu chuẩn này (Độ chính xác: Pst ±5% [Pst = 0,2 đến 5]; dc, dmax: ±4% [khi dmax = 4%])
Hệ thống kiểm tra sóng hài và kiểm tra dao động điện áp/nhấp nháy
Hình 1 cung cấp sơ đồ khối của hệ thống kiểm tra sóng hài và kiểm tra dao động điện áp/nhấp nháy. Các tiêu chuẩn IEC để kiểm tra sóng hài và dao động điện áp/nhấp nháy yêu cầu một hệ thống có nguồn điện xoay chiều và mạng trở kháng tham chiếu (RIN). Máy phân tích công suất đo điện áp và dòng điện cung cấp cho thiết bị được thử nghiệm, sau đó đưa ra kết quả đo theo tiêu chuẩn đo lường. Dòng điện được đo bằng cảm biến dòng điện. Vì không cần kết nối trực tiếp để đo dòng điện nên có thể giảm thiểu ảnh hưởng của việc mất dây dẫn và thiết bị, cho phép thực hiện phép đo trong các điều kiện giống với môi trường vận hành thực tế hơn.
Hình 1: Sơ đồ khối của hệ thống kiểm tra sóng hài và dao động điện áp/nhấp nháy
Các vấn đề về tiếng ồn nguồn điện
Thử nghiệm Sóng hài và dao động điện áp/nhấp nháy là một loại thử nghiệm phát xạ tần số thấp. Tuy nhiên, trong những trường hợp cực kỳ hiếm gặp, tiếng ồn chuyển đổi từ thiết bị điều khiển bằng biến tần có thể vượt quá mức dự đoán và khiến thiết bị gần đó gặp trục trặc*. Để ngăn chặn sự chậm trễ trong quá trình phát triển, điều quan trọng là phải kiểm tra các sự cố gây ra bởi tiếng ồn của nguồn điện đồng thời giải quyết sớm các sóng hài và dao động điện áp trong quá trình phát triển thiết bị.
- * K. Nishijima, “Nghiên cứu về nhiễu EMI dẫn điện cho bộ lọc EMC gắn trên bộ nguồn chuyển mạch,” Tạp chí của Viện Điện tử Công suất Nhật Bản, tập. 45, trang 106-112, tháng 6 năm 2020.
Giải pháp đo lường Hioki
Phần sụn mới nhất dành cho Máy phân tích nguồn PW8001 (Phiên bản 2.0) của Hioki bổ sung thêm chức năng Phân tích phổ công suất (PSA) cũng như các sóng hài IEC và phép đo dao động điện áp/nhấp nháy.
Với thiết lập thử nghiệm như minh họa trong Hình 1, PW8001 có thể được sử dụng để kiểm tra sóng hài và dao động điện áp cho thử nghiệm được xác định theo tiêu chuẩn IEC nhằm đánh giá các giới hạn. Những thử nghiệm này hữu ích nhất khi đánh giá phần cứng khi bắt đầu phát triển, cho phép bạn đánh giá các xu hướng và giải quyết chúng sớm. Ví dụ: giả sử bạn phát hiện ra rằng những thay đổi trong thiết kế mạch cấp nguồn đã dẫn đến dòng điện hài tăng lên. Trong trường hợp đó, suy luận rằng dòng điện hài sẽ vượt quá giới hạn áp dụng trong thử nghiệm EMC, bạn có thể sớm thực hiện các biện pháp đối phó giảm tiếng ồn để tránh giải quyết vấn đề phức tạp sau này.
Màn hình cài đặt chế độ đo hài hòa IEC (trái) và màn hình cài đặt chế độ kiểm tra dao động điện áp/nhấp nháy (phải)
Chức năng phân tích phổ công suất (PSA)
Chức năng Phân tích phổ công suất, có thể thực hiện phân tích FFT về điện áp, dòng điện và công suất, cho phép bạn phân tích nhiễu ở tần số cao hơn (lên đến 6 MHz) so với phân tích sóng hài truyền thống. Điều này cho phép bạn kiểm tra trực quan xem có tiếng ồn không bị phát hiện trong phép đo hài hòa IEC hoặc dao động điện áp/nhấp nháy hay không. Bản thân PW8001 có tính năng đảm bảo Độ chính xác của phép đo công suất tần số cao (lên đến 1 MHz), khiến nó cực kỳ đáng tin cậy trong việc đánh giá nhiễu dẫn điện tần số cao do bộ biến tần và nguồn điện chuyển mạch gây ra.
Sáu loại cài đặt tự động được cung cấp bởi công cụ phân tích năng lượng tiên tiến của Hioki
PW8001 thực hiện đo công suất chính xác cùng với tất cả các phép tính (bao gồm phân tích sóng hài và Phân tích phổ công suất) đồng thời và song song. Hơn nữa, PW8001 sử dụng công cụ phân tích năng lượng tiên tiến (Power Analysis Engine III) tự động tối ưu hóa các cài đặt như phạm vi đo và đặc tính bộ lọc. Điều này đảm bảo rằng cường độ và tần số của dạng sóng đầu vào được tối ưu hóa để đo chính xác trong một chu kỳ đo, cho phép xác minh nhiều mặt. (Tất cả sáu cài đặt này được minh họa trong hình bên dưới bằng các chữ cái màu đỏ “AUTO.”).
Cấu hình sản phẩm mẫu
Bộ phân tích nguồn PW8001 hỗ trợ hai loại mô-đun đầu vào có thể được lựa chọn dựa trên ứng dụng đo lường. Ngoài ra, Hioki còn cung cấp nhiều lựa chọn cảm biến dòng điện với định mức dòng điện từ 2 A đến 2000 A. Hai loại mô-đun đầu vào có thể được kết hợp và kết hợp (tối đa 8 kênh) tùy thuộc vào các yếu tố như Độ chính xác đo được yêu cầu và tần số đo ban nhạc.
Độ chính xác khi kết hợp với cảm biến dòng điện Hioki
Hioki là nhà sản xuất duy nhất trong ngành phát triển và sản xuất cả cảm biến dòng điện và máy phân tích điện hiệu suất cao của riêng mình. Điều này dẫn đến một trong những lợi thế của Hioki so với các đối thủ cạnh tranh là Độ chính xác đặc biệt. Nói tóm lại, Hioki có thể điều chỉnh các dụng cụ đo để chống lại sự suy giảm Độ chính xác do lỗi pha thường gây ám ảnh cho việc đo tần số cao bằng cảm biến CT. Hơn nữa, như được trình bày trong Bảng 1, cảm biến dòng điện của Hioki có Độ chính xác được xác định không chỉ ở tần số 50/60 Hz mà còn ở tần số cao. Điều này cũng góp phần khiến chúng trở thành những lựa chọn cực kỳ hiệu quả để sử dụng trong phân tích sóng hài và tiếng ồn.
Cảm biến dòng điện AC/DC CT6873 (200 A)
Bảng 1: ví dụ về Độ chính xác kết hợp của PW8001 và cảm biến dòng điện (CT6873)
| Tổ hợp nhạc cụ | Tần số: ±% của phạm vi |
|---|---|
| PW8001 + U7001 + cảm biến dòng điện (CT6873) |
|
| PW8001 + U7005 + cảm biến dòng điện (CT6873) |
|
- * Xếp hạng cảm biến dòng điện được tính đến khi tính toán sai số toàn thang đo. Vui lòng tham khảo hướng dẫn sử dụng để biết Độ chính xác của các tần số khác.
Tổng quan về thông số kỹ thuật của các chế độ đo
Bảng 2 cung cấp thông tin tổng quan về các thông số kỹ thuật đo cho chế độ sóng hài IEC của PW8001. Màn hình hiển thị trực quan và dễ đọc vì nó phân chia thứ tự hài hòa giữa số chẵn và số lẻ. Bảng 3 và 4 cung cấp thông số tổng quan tương ứng về phép đo nhấp nháy và Phân tích phổ công suất (FFT công suất).
Bảng 2: tổng quan về thông số kỹ thuật đo cho chế độ sóng hài IEC của PW8001
| Mục | Thông số kỹ thuật |
|---|---|
| Phương pháp đo | Tuân thủ tiêu chuẩn IEC 61000-4-7:2002; không có khoảng trống hoặc chồng chéo |
| Cài đặt tần số đo | 50Hz, 60Hz |
| Dải tần đồng bộ |
|
| Tốc độ làm mới dữ liệu | Đã cố định ở khoảng. 200 ms (50 Hz: 10 chu kỳ; 60 Hz: 12 chu kỳ) |
| Lệnh phân tích |
|
| Số sóng cửa sổ | 50 Hz: 10 chu kỳ; 60 Hz: 12 chu kỳ |
| Số điểm FFT | 8192 điểm |
| Độ chính xác phép đo | Thêm ±0,04% phạm vi vào từng độ chính xác cơ bản cho mô-đun đang sử dụng (điện áp, dòng điện, công suất và pha). Đối với tần số từ 10 kHz trở lên, hãy thêm ±0,04% phạm vi khác. (Độ chính xác chỉ được đảm bảo cho phân tích hài khi tần số cơ bản nằm trong dải tần đồng bộ.) |
Bảng 3: Tổng quan về thông số đo nhấp nháy
| Mục | Thông số kỹ thuật |
|---|---|
| Thiết kênh đo lường | Tối đa. số 8 |
| Phương pháp đo | Tuân thủ IEC 61000-4-15:2010 Ed 2.0 Flickermeter Loại F2 |
| Các hạng mục đo nhấp nháy |
|
| Tần số đo | 50 Hz, 60 Hz (chỉ có thể đo được ở chế độ đo IEC) |
| Dải đo | Pst và Plt: 0,0001 PU đến 6.400 PU (chia logarit 1400 chiều) |
| Bộ lọc nhấp nháy | Đèn 230 V, đèn 120 V |
| Độ chính xác phép đo |
|
Bảng 4: Tổng quan về thông số kỹ thuật của chức năng Phân tích phổ công suất (PSA)
| Mục | Thông số kỹ thuật |
|---|---|
| Thiết kênh đo lường |
|
| Kiểu tính toán |
|
| Số điểm FFT có thể có | 1,000/5,000/10,000/50,000/100,000/500,000/1,000,000/5,000,000 |
| Khử răng cưa | Bộ lọc kỹ thuật số được áp dụng tự động |
| Chức năng cửa sổ | Hình chữ nhật, hình chữ nhật, mặt phẳng |
| Tần số phân tích tối đa |
|
Sự kết luận
PW8001 có thể đo sóng hài và dao động điện áp/nhấp nháy theo tiêu chuẩn IEC. Bằng cách sử dụng Phân tích phổ năng lượng (PSA) ngay từ đầu trong quá trình phát triển, các nhà phát triển có thể tránh được sự chậm trễ do phát hiện sau này và phải khắc phục tiếng ồn nguồn điện quá mức hoặc tiếng ồn chuyển mạch.
Để biết chi tiết toàn diện về Máy phân tích công suất PW8001, vui lòng truy cập trang sản phẩm. Nếu có thắc mắc như báo giá, trình diễn và sử dụng thử, vui lòng sử dụng biểu mẫu liên hệ của Hioki để nhận được câu trả lời được cá nhân hóa từ đại diện Hioki gần nhất hoặc phù hợp nhất của bạn. Chúng tôi ở đây để giúp điều chỉnh các giải pháp phù hợp với nhu cầu của bạn.
