Ricerca sull'applicazione del simulatore di onde anulari nei test di immunità EMC di apparecchiature elettriche ed elettroniche

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Nelle reti elettriche industriali e nei sistemi di alimentazione elettrica civile, le interferenze ad anello oscillanti smorzate vengono generate a causa della commutazione di interruttori ad alta tensione, delle oscillazioni transitorie dei trasformatori, dei guasti di alimentazione e della commutazione di carichi induttivi. Tali disturbi transitori si accoppiano alle apparecchiature elettriche ed elettroniche attraverso le linee di alimentazione e le linee di segnale, il che può facilmente causare guasti alle apparecchiature, malfunzionamenti e persino danni all'hardware. Come strumento chiave per i test EMC, il simulatore di onde ad anello (generatore di onde ad anello) può riprodurre interferenze ad onda ad anello reali in condizioni di laboratorio. Esegue test di immunità in conformità con GB/T 17626.12-2023, IEC 61000-4-12 e altri standard per valutare la capacità di immunità dell'apparecchiatura in prova (EUT) contro tali interferenze, identificare tempestivamente i punti deboli dell'isolamento e i difetti anti-interferenza del circuito e garantire il funzionamento stabile dell'apparecchiatura in ambienti di alimentazione complessi. Prendendo il LISUN Utilizzando come oggetto di studio il simulatore di onde anulari della serie RWG61000-12, questo articolo descrive il meccanismo di generazione dell'interferenza delle onde anulari, le funzioni principali del simulatore, i parametri tecnici chiave e gli scenari di applicazione ingegneristica in diversi settori, al fine di fornire riferimenti per i test pratici di compatibilità elettromagnetica (EMC) per l'immunità alle onde anulari.

Introduzione

Le moderne apparecchiature elettriche ed elettroniche trovano ampia applicazione nel controllo industriale, nelle colonnine di ricarica per energie rinnovabili, nei dispositivi medici, negli elettrodomestici, nei contatori di energia e in altri settori. I loro ambienti di alimentazione sono caratterizzati da diverse perturbazioni elettromagnetiche transitorie. L'onda ad anello è un impulso transitorio oscillatorio smorzato non ripetitivo, comunemente presente nelle reti di alimentazione CA a bassa tensione. Quando gli interruttori ad alta tensione si attivano, si verificano oscillazioni transitorie negli avvolgimenti dei trasformatori; quando si verificano avviamenti e arresti di motori di grandi dimensioni o guasti da cortocircuito nei sistemi di alimentazione, la riflessione dell'onda viaggiante viene innescata dal disadattamento di impedenza della linea, generando impulsi oscillatori a 100 kHz ad alta ampiezza, con rapida salita e graduale attenuazione, ovvero l'interferenza ad onda ad anello.

Tali interferenze si propagano alle apparecchiature attraverso i cavi di alimentazione e di segnale, influenzando i circuiti di alimentazione e le interfacce di segnale. Molti dispositivi funzionano normalmente in condizioni di alimentazione ideali in laboratorio, ma spesso presentano anomalie di controllo, interruzioni di comunicazione e malfunzionamenti una volta collegati alle reti elettriche in loco. Un gran numero di questi guasti è riconducibile a disturbi ad onda anulare. Per evitare i rischi di guasto delle apparecchiature causati da ambienti elettromagnetici in loco, i prodotti devono superare test standardizzati di immunità alle onde anulari durante le fasi di ricerca e sviluppo e di omologazione. Il simulatore di onde anulari rappresenta l'hardware principale per tali test. È in grado di riprodurre forme d'onda standardizzate di onde anulari in laboratorio, indipendentemente dalle complesse condizioni di campo, e di realizzare valutazioni di immunità ripetibili e comparabili, consentendo di individuare in anticipo i rischi di progettazione nascosti dei prodotti. Si tratta quindi di un dispositivo di test indispensabile per la verifica della compatibilità elettromagnetica.

1. Principio di funzionamento e funzioni principali del simulatore di onde ad anello

Il simulatore di onde anulari, noto anche come generatore di onde anulari, è costituito principalmente da un'unità di accumulo di energia ad alta tensione, una rete di formatura degli impulsi, un modulo amplificatore di potenza, una rete di accoppiamento-disaccoppiamento (CDN) e un sistema di controllo per l'interazione uomo-macchina. Le forme d'onda oscillanti smorzate standard vengono generate da circuiti oscillatori LC. Dopo l'amplificazione di potenza, vengono emessi segnali impulsivi con tensione e corrente specificate. La rete di accoppiamento-disaccoppiamento inietta disturbi nelle porte dell'apparecchiatura in prova, isolando al contempo l'alimentazione di rete esterna per impedire che gli impulsi di prova inquinino la rete elettrica in senso inverso e per garantire la sicurezza del test e la fedeltà della forma d'onda.

La funzione principale del simulatore di onde anulari è quella di simulare le interferenze ad onda anulare che le apparecchiature elettriche ed elettroniche incontrano in scenari reali. Riproduce impulsi oscillatori smorzati generati dal funzionamento di interruttori ad alta tensione, oscillazioni transitorie degli avvolgimenti dei trasformatori, guasti del sistema di alimentazione e commutazione di carichi induttivi. I segnali di disturbo vengono applicati alle apparecchiature in prova (EUT) secondo le specifiche di forma d'onda standard nazionali e internazionali per test di immunità standardizzati, in modo da valutare il livello di resistenza dell'EUT alle interferenze ad onda anulare. Durante i test, è possibile rilevare tempestivamente i punti deboli dell'isolamento delle apparecchiature, i difetti dei circuiti di alimentazione e le vulnerabilità dei circuiti di protezione dell'interfaccia, guidando l'ottimizzazione dell'hardware e garantendo un funzionamento continuo e stabile delle apparecchiature dopo l'installazione in ambienti di alimentazione complessi.

Gli operatori possono regolare l'ampiezza della tensione di uscita, l'impedenza di uscita, la polarità dell'impulso e la fase di sincronizzazione della rete elettrica per simulare interferenze di diversa gravità. Viene osservato lo stato operativo dell'EUT sotto iniezione di disturbo. Il degrado delle prestazioni, le anomalie funzionali e i danni hardware vengono valutati rispetto ai criteri delle specifiche del prodotto per la valutazione del livello di immunità. LISUN Il simulatore di onde anulari della serie RWG61000-12 è dotato di un touchscreen Android con interfaccia in cinese e inglese per la configurazione visiva dei parametri e la registrazione automatica del processo di test, risultando adatto ai test di conformità EMC per diversi settori. 

2 Parametri chiave di LISUN Simulatore di onde anulari serie RWG61000-12

Migliori LISUN Il simulatore di onda anulare serie RWG61000‑12 comprende quattro modelli che coprono livelli di uscita di 4 kV e 6 kV, dotati rispettivamente di reti di accoppiamento-disaccoppiamento a cinque fili monofase e trifase, adatti per elettrodomestici monofase, contatori e apparecchiature industriali trifase. Questa serie è conforme alle norme GB/T 17626.12‑2023, IEC 61000‑4‑12:2017, EN 61000‑4‑12:2017, GJB151B‑2013 e altre. Le principali specifiche tecniche sono elencate nella Tabella 1.

Tabella 1 Specifiche principali del simulatore di onde anulari serie RWG61000‑12

Come mostrato nei parametri sopra riportati, questo simulatore di onde ad anello offre due impostazioni standard di impedenza di uscita: 12 Ω e 30 Ω, corrispondenti a condizioni di prova con diverse impedenze di sorgente specificate nelle norme. Supporta l'attivazione sincrona a frequenza di rete CA da 0° a 360°, che consente di simulare scenari in cui si verificano interferenze ad onda ad anello ad angoli di fase arbitrari della tensione a frequenza di rete e di migliorare la riproducibilità dei test. La versione da 4 kV è adatta per elettrodomestici e apparecchiature di controllo industriale generiche, mentre i modelli da 6 kV RWG61000-12A e RWG61000-12AT sono destinati ad apparecchiature elettriche e prodotti per le nuove energie con livelli di severità più elevati. Il CDN monofase è adatto a piccoli elettrodomestici e contatori elettrici; il CDN trifase a cinque fili è utilizzato per convertitori di frequenza, motori trifase e altre apparecchiature industriali, coprendo un'ampia gamma di prodotti.

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3 applicazioni industriali del simulatore di onde anulari

I simulatori di onde anulari sono ampiamente utilizzati per la ricerca e sviluppo di prodotti, la verifica dell'affidabilità e le prove di tipo in diversi settori, tra cui controllo industriale e potenza, nuove energie, elettrodomestici, elettronica medicale e altri ancora.

Nei settori del controllo industriale e delle apparecchiature elettriche, PLC, servoazionamenti, router industriali, contatori di energia e dispositivi di protezione a relè devono eseguire test di immunità alla rete elettrica con simulatori di onde ad anello, che simulano le interferenze di oscillazione smorzata causate dall'avvio e dall'arresto dei motori e dalla commutazione dei trasformatori negli impianti di produzione. I test possono rilevare ritardi nei comandi, errori di comunicazione e malfunzionamenti dei relè, nonché valutare le prestazioni di isolamento, evitando guasti alle apparecchiature in loco e garantendo il funzionamento sicuro delle linee di produzione e dei sistemi di distribuzione dell'energia.

Nei settori delle nuove energie e dell'elettronica automobilistica, le porte di ingresso dell'alimentazione e le porte di comunicazione CAN delle colonnine di ricarica AC/DC necessitano di test di immunità alle onde ad anello con simulatori di onde ad anello per simulare i disturbi della rete elettrica e le onde ad anello indotte dalla commutazione interna delle colonnine di ricarica, verificando l'eventuale presenza di interruzioni di ricarica e guasti di comunicazione. Anche i sistemi BMS (Battery Management System) e i caricabatterie di bordo (OBC) per autoveicoli possono adottare simulatori di onde ad anello per riprodurre le interferenze di oscillazione transitorie dei sistemi di alimentazione del veicolo e garantire un funzionamento affidabile dei componenti elettronici di bordo.

Per gli elettrodomestici e i dispositivi elettronici di consumo, frigoriferi, condizionatori, lavatrici, adattatori di corrente e prese intelligenti, vengono utilizzati simulatori di onde ad anello per riprodurre le perturbazioni generate dall'avvio e dall'arresto del compressore e dalla commutazione di apparecchi ad alta potenza nelle reti elettriche residenziali. Viene verificato se le apparecchiature andranno in crash o non funzioneranno correttamente e i circuiti di protezione delle porte di alimentazione vengono ottimizzati in anticipo per migliorare l'affidabilità dei prodotti di consumo.

Le apparecchiature elettroniche medicali richiedono un'elevata affidabilità operativa. Monitor per pazienti, dispositivi a ultrasuoni, pompe per infusione e altri strumenti medicali devono utilizzare simulatori di onde ad anello per simulare le perturbazioni delle onde ad anello della rete elettrica causate dalla commutazione di apparecchiature ospedaliere di grandi dimensioni come TC e risonanza magnetica, verificando che non si verifichino offset di dati o falsi trigger per garantire la sicurezza della diagnosi.

4. Significato pratico e conclusione

Le perturbazioni ad anello sono oggettivamente presenti nelle reti di alimentazione reali e numerosi guasti ai prodotti in loco sono causati dal loro impatto. Il simulatore di onde ad anello offre soluzioni di test di laboratorio standardizzate e riproducibili. Senza la necessità di ricreare complesse condizioni in loco, è possibile simulare impulsi di oscillazione smorzata reali per completare la valutazione dell'immunità dell'apparecchiatura in prova (EUT), individuare i punti deboli dell'isolamento e i difetti dei circuiti di protezione e ottimizzare il layout del PCB, la progettazione della messa a terra e la selezione dei componenti di protezione dalle sovratensioni. La probabilità di guasti alle apparecchiature in loco può essere ridotta fin dalla fase di ricerca e sviluppo.

Migliori LISUN Serie RWG61000-12 simulatore di onde ad anello Soddisfa pienamente i requisiti di forma d'onda degli standard nazionali, militari e internazionali. Le molteplici configurazioni monofase e trifase soddisfano i requisiti dei laboratori di ricerca e sviluppo e degli istituti di prova di terze parti. Il test di immunità alle onde anulari non serve solo per la certificazione di conformità, ma è anche un approccio fondamentale per migliorare l'adattabilità ambientale e l'affidabilità delle apparecchiature elettriche ed elettroniche. Con la continua diffusione di apparecchiature industriali e per le energie rinnovabili, i simulatori di onde anulari svolgeranno un ruolo sempre più importante nella verifica della compatibilità elettromagnetica (EMC).