Nghiên cứu về nguyên lý hoạt động và ứng dụng của thiết bị kiểm tra khả năng chống nhiễu sóng dao động tắt dần — Một nghiên cứu điển hình LISUN DOW61000-18 Loạt Sách

Tóm tắt
Trong các hệ thống điện và môi trường điện từ công nghiệp, nhiễu tạm thời dưới dạng sóng dao động tắt dần được tạo ra bởi các thao tác chuyển mạch điện áp cao và xung điện từ ở độ cao lớn (HEMP) dễ dẫn đến hoạt động bất thường của thiết bị điện. Bộ kiểm tra miễn dịch sóng dao động Đây là một thiết bị kiểm tra EMC đặc biệt được phát triển theo tiêu chuẩn GB/T 17626.18 và IEC/EN 61000-4-18. Công nghệ cốt lõi của nó dựa trên việc nạp trước tụ điện và mạch cộng hưởng RLC để tái tạo các dạng sóng chuẩn. (Lưu ý: Phần cuối của văn bản không liên quan đến đoạn văn và cần được loại bỏ để đảm bảo ngữ cảnh chính xác hơn.) LISUN DOW61000-18 Bài báo này lấy thiết bị kiểm tra khả năng chống nhiễu sóng dao động tắt dần làm đối tượng nghiên cứu, phân tích nguyên lý hoạt động mạch và cơ chế tạo dạng sóng, phân biệt các kịch bản kiểm tra sóng dao động tắt dần chậm và nhanh, đồng thời trình bày chi tiết các chức năng kiểm tra và ứng dụng thực tiễn kết hợp với các thông số thiết bị. Bài báo cung cấp tài liệu tham khảo kỹ thuật cho việc kiểm tra khả năng chống nhiễu của thiết bị điện và các sản phẩm năng lượng mới.

1. Giới thiệu
Với việc xây dựng quy mô lớn các lưới điện thông minh, nhà máy điện năng lượng mới và trạm biến áp cao áp, môi trường điện từ bên trong lưới điện ngày càng trở nên phức tạp. Việc bật và tắt các thiết bị ngắt mạch và cầu dao cao áp, cũng như sự xâm nhập của xung điện từ vùng cao (HEMP), sẽ tạo ra các sóng dao động suy giảm định kỳ trên thanh dẫn và đường dây cáp. Những nhiễu tạm thời như vậy có thể truyền đến các thiết bị thứ cấp dọc theo đường dây điện và dây tín hiệu, gây ra sự cố hoạt động của rơle, gián đoạn liên lạc, sự cố bộ điều khiển và các lỗi khác.

Để đánh giá định lượng khả năng chịu đựng của thiết bị điện đối với các nhiễu như vậy, các cơ quan trong và ngoài nước đã lần lượt ban hành các tiêu chuẩn GB/T 17626.18 và IEC/EN 61000-4-18, quy định phương pháp thử nghiệm, thông số dạng sóng và mức thử nghiệm về khả năng chống nhiễu sóng dao động tắt dần.

Là thiết bị cốt lõi cho các thử nghiệm như vậy, Máy kiểm tra khả năng chống nhiễu sóng dao động giảm dần có thể tái tạo chính xác các dạng sóng nhiễu tại chỗ trong điều kiện phòng thí nghiệm. LISUN DOW61000-18 Dòng sản phẩm Máy kiểm tra khả năng chống nhiễu sóng dao động giảm chấn bao gồm hai mô hình chính: mô hình cơ bản DOW61000-18 (loại chậm) và DOW61000-18F (loại nhanh), tuân thủ hai loại sóng dao động tắt dần được quy định trong các tiêu chuẩn liên quan. Được sử dụng rộng rãi để phát hiện thiết bị trạm biến áp sơ cấp, thiết bị điều khiển thứ cấp và tủ kết hợp năng lượng mới, đây là thiết bị kiểm tra EMC thiết yếu cho ngành công nghiệp điện lực.

2. Nguyên lý hoạt động cốt lõi của thiết bị kiểm tra khả năng chống nhiễu sóng dao động tắt dần
Nguyên lý tạo dạng sóng cốt lõi của Máy kiểm tra khả năng chống nhiễu sóng dao động giảm dần là sự kết hợp giữa nạp điện trước cho tụ điện + phóng điện cộng hưởng RLC + suy giảm bằng điện trở, tạo ra dạng sóng dao động hình sin với biên độ giảm dần theo từng chu kỳ và hoàn toàn phù hợp với đặc tính nhiễu thực tế tại các trạm điện.

Trong quá trình vận hành thiết bị, bộ sạc cao áp bên trong trước tiên sẽ sạc sơ bộ tụ điện tích trữ năng lượng và lưu trữ năng lượng điện dưới dạng điện trường bên trong tụ điện. Khi điện áp sạc đạt đến mức thử nghiệm đã thiết lập, công tắc điều khiển sẽ bật ngay lập tức, và tụ điện tích trữ năng lượng sẽ giải phóng năng lượng cho mạch cộng hưởng RLC gồm cuộn cảm (L), điện trở (R) và tụ điện (C). Một mạch LC lý tưởng có thể tạo ra dao động hình sin liên tục có biên độ bằng nhau, trong khi một điện trở giảm chấn cố định được mắc nối tiếp bên trong mạch của thiết bị thử nghiệm này. Do sự tiêu thụ năng lượng trên điện trở, giá trị đỉnh của dạng sóng dao động giảm dần liên tục theo từng chu kỳ, cuối cùng tạo thành các sóng dao động hình sin giảm dần chuẩn.

Kết hợp với đặc tính nhiễu tại chỗ của hệ thống điện, nguyên lý này tương ứng với hai điều kiện hoạt động: sóng dao động tắt dần chậm tần số thấp được tạo ra bởi các thao tác đóng cắt của bộ ngắt mạch trạm biến áp cao áp ngoài trời, và sóng dao động tắt dần nhanh tần số cao do hoạt động của bộ ngắt mạch và sự xâm nhập của HEMP gây ra. Bằng cách chuyển đổi các thông số mạch và điều chỉnh điện áp sạc và trở kháng đầu ra, Máy kiểm tra khả năng chống nhiễu sóng dao động tắt dần tạo ra hai loại dạng sóng riêng biệt. Với Mạng ghép/tách (CDN) tích hợp, sóng dao động được đưa vào các cổng nguồn của Thiết bị cần kiểm tra (EUT) thông qua ghép nối dẫn điện. Sau khi kết hợp với các mô-đun CDN đặc biệt, nó cũng có thể thực hiện các thử nghiệm trên các cổng tín hiệu và điều khiển để xác minh toàn diện khả năng chống nhiễu thoáng qua của thiết bị.

Về các chỉ số dạng sóng, cả hai loại dạng sóng đều tuân theo quy tắc suy giảm thống nhất: điện áp của đỉnh sóng thứ năm cao hơn 50% điện áp của đỉnh sóng thứ nhất, và điện áp của đỉnh sóng thứ mười thấp hơn 50% điện áp của đỉnh sóng thứ nhất. Chỉ số này hoàn toàn phù hợp với các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế để đảm bảo tính hợp lệ của kết quả thử nghiệm.

DOW61000-18

3. Các tham số và phân loại của LISUN DOW61000-18 Máy kiểm tra khả năng chống nhiễu sóng dao động tắt dần nối tiếp
LISUN DOW61000-18 Dòng sản phẩm này bao gồm các mẫu máy kiểm tra khả năng chống nhiễu sóng dao động tắt dần chậm và nhanh, khác nhau đáng kể về tần số dao động, điện áp đầu ra, thời gian tăng, trở kháng đầu ra và các thông số cốt lõi khác. Chúng được áp dụng cho các kịch bản nhiễu và đối tượng thử nghiệm khác nhau. Các thông số cốt lõi chi tiết được thể hiện trong Bảng 1 bên dưới.
Bảng 1. Các thông số cốt lõi của LISUN DOW61000-18 Máy kiểm tra khả năng chống nhiễu sóng dao động tắt dần nối tiếp

3.1 Máy kiểm tra sóng dao động tắt dần chậm (DOW61000-18)
Mô hình này được thiết kế cho các nhiễu thoáng tần số thấp gây ra bởi việc đóng cắt bộ ngắt mạch và phản xạ thanh cái trong các trạm biến áp. Tần số dao động của nó được đặt ở mức 100kHz và 1MHz, phù hợp với đặc tính tần số nhiễu của các trạm biến áp cao áp lớn (thanh cái tối đa 400m) và các trạm biến áp ngoài trời thông thường. Với trở kháng đầu ra 200Ω, tốc độ lặp lại của nó được đặt ở mức 40 xung/giây và 400 xung/giây, là các thông số thỏa hiệp tiêu chuẩn được xác định bởi khoảng cách tiếp xúc của các công tắc và năng lượng chịu đựng của thiết bị. Nó chủ yếu được sử dụng để kiểm tra máy biến áp điện và thiết bị trạm biến áp sơ cấp nhằm đánh giá độ ổn định hoạt động của chúng dưới tác động của nhiễu dao động tắt dần tần số thấp.

3.2 Máy kiểm tra sóng dao động tắt dần nhanh (DOW61000-18F)
Mô hình này mô phỏng nhiễu tần số cao được tạo ra bởi việc chuyển mạch nhanh của các thiết bị ngắt mạch và xung điện từ ở độ cao lớn (HEMP). Tần số dao động của nó được tăng lên 3MHz, 10MHz và 30MHz, và thời gian tăng điện áp được rút ngắn xuống 5ns, đạt được khả năng đáp ứng quá độ nhanh hơn. Trở kháng đầu ra được giảm xuống 50Ω, và dòng điện ngắn mạch tối đa đạt 80A, cung cấp năng lượng nhiễu mạnh hơn. Nó được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị bảo vệ thứ cấp của trạm biến áp trung và cao áp, tủ ghép nối của nhà máy điện năng lượng mới, thiết bị đo lường và điều khiển thông minh và các sản phẩm điện tử chính xác khác, để kiểm chứng khả năng chống nhiễu của chúng trong môi trường xung điện từ tần số cao mạnh.

Cả hai mẫu đều được trang bị màn hình cảm ứng tinh thể lỏng, các mức kiểm tra tiêu chuẩn được cài đặt sẵn và hỗ trợ điều chỉnh điện áp theo từng bước. Chúng được cung cấp kèm theo chứng chỉ hiệu chuẩn CNAS ISO17025 để đáp ứng các yêu cầu về truy xuất nguồn gốc đo lường trong phòng thí nghiệm. Để kiểm tra các đường dây thông tin liên lạc và đường dây điều khiển không được che chắn, người dùng có thể kết hợp với mạng ghép nối và tách rời dòng CDN61000-18S để mở rộng chức năng kiểm tra ghép nối đường dây với đất và đường dây với đường dây.

4. Các kịch bản ứng dụng và quy trình kiểm thử
4.1 Các kịch bản ứng dụng chính
Máy kiểm tra khả năng chống nhiễu sóng dao động tắt dần phục vụ ba ngành công nghiệp chính: lưới điện, năng lượng mới và tự động hóa công nghiệp. Trong ngành điện lực, máy thực hiện kiểm tra tại nhà máy đối với thiết bị sơ cấp và thứ cấp cho các trạm biến áp cao/trung thế. Trong ngành năng lượng mới, máy thực hiện các thử nghiệm khả năng chống nhiễu trên các tủ ghép nối và bộ chuyển đổi lưu trữ năng lượng của các trạm điện mặt trời và điện gió. Trong lĩnh vực công nghiệp, máy đảm nhận việc nghiệm thu EMC cho thiết bị phân phối điện và tủ điều khiển tự động của nhà máy. Đồng thời, là thiết bị thử nghiệm thiết yếu cho chứng nhận CE và Chứng nhận bắt buộc trong nước Trung Quốc (3C), máy này được yêu cầu đối với các sản phẩm xuất khẩu sang EU và tiếp cận thị trường nội địa.

4.2 Các quy trình kiểm tra cơ bản
• Lựa chọn thiết bị: Chọn mô hình phù hợp theo môi trường hoạt động của thiết bị cần thử nghiệm. Chọn mô hình tốc độ chậm cho thiết bị trạm biến áp chính và mô hình tốc độ nhanh cho thiết bị đo lường & điều khiển thứ cấp và thiết bị năng lượng mới.
• Kết nối mạch: Kết nối thiết bị cần kiểm tra với mạng ghép nối/tách rời tích hợp sẵn của thiết bị đo; sử dụng các mô-đun CDN chuyên dụng bên ngoài để kiểm tra đường tín hiệu.
• Cài đặt thông số: Cấu hình tần số dao động, điện áp đầu ra, tần số lặp lại, cực tính xung và các thông số khác theo tiêu chuẩn hoặc thông số kỹ thuật sản phẩm có liên quan.
• Thử nghiệm tải: Khởi động thiết bị để phát ra sóng dao động tắt dần, liên tục tạo nhiễu và quan sát trạng thái hoạt động của thiết bị cần thử nghiệm.
• Đánh giá kết quả: Kết quả thử nghiệm đạt yêu cầu nếu thiết bị hoạt động bình thường mà không bị lỗi, vận hành sai hoặc suy giảm hiệu suất khi bị nhiễu.

5. Phần kết luận
Dựa trên nguyên lý cốt lõi của việc nạp trước tụ điện và mạch cộng hưởng RLC, Bộ kiểm tra miễn dịch sóng dao động Thiết bị này tái tạo chính xác các dạng sóng nhiễu thoáng qua điển hình, bao gồm các hoạt động chuyển mạch hệ thống điện và xung điện từ ở độ cao lớn, trở thành một công cụ kiểm tra không thể thiếu trong lĩnh vực tương thích điện từ. LISUN DOW61000-18 Dòng máy kiểm tra khả năng chống nhiễu sóng dao động giảm chấn tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn trong nước và quốc tế. Thông qua việc phân loại các mẫu chậm và nhanh, nhiều thông số có thể điều chỉnh và cấu hình mở rộng, máy đáp ứng nhu cầu kiểm tra của tất cả các loại thiết bị điện.

Trong bối cảnh phát triển liên tục của các hệ thống điện mới, môi trường điện từ của lưới điện ngày càng trở nên phức tạp, đặt ra yêu cầu cao hơn về khả năng chống nhiễu tạm thời của thiết bị điện. Việc ứng dụng rộng rãi máy kiểm tra khả năng chống nhiễu sóng dao động tắt dần (Damped Oscillatory Wave Immunity Tester) có thể kiểm soát hiệu suất EMC của sản phẩm từ khâu nghiên cứu và phát triển, sản xuất đến khâu kiểm tra, giảm thiểu hiệu quả tỷ lệ lỗi tại chỗ và đảm bảo hoạt động an toàn, ổn định của lưới điện, các nhà máy điện năng lượng mới và hệ thống công nghiệp. Trong tương lai, với việc liên tục cập nhật các tiêu chuẩn tương thích điện từ, các máy kiểm tra này sẽ tiếp tục được nâng cấp hướng tới tần số cao hơn, điện áp đầu ra lớn hơn và khả năng kiểm tra thông minh hơn.