Обеспечение целостности энергосистемы
Стандарты IEC 61000-3-2 на испытания гармоник и IEC 61000-3-3 на измерение мерцания
Гармоники — это токи или напряжения с частотами, которые являются целыми кратными основной частоты электросети (как правило, 50 или 60 Гц). Они возникают в случае нелинейной нагрузки, типичной для импульсных источников питания, и могут вызывать разнообразные проблемы с качеством электропитания. В связи с этим анализ гармоник играет важную роль, т. к. он помогает выявлять имеющиеся гармонические составляющие, их величину и изменения в различных рабочих состояниях. Именно эти сведения определяют истинную причину гармоник и риск для электросети.
Мерцание — это кратковременные колебания напряжения и тока. Зачастую мерцание указывает на наличие быстрых изменений потребляемой мощности устройства. Гармоники описывают искажение периодической формы сигнала, тогда как мерцание связано с изменением во времени потребления нагрузки из электросети. Мерцание имеет важное значение, т. к. электросеть и подключенное оборудование рассчитаны на стабильную подачу питания. Если устройство многократно вызывает быстрые спады напряжения или быстрые изменения нагрузки, это может приводить к нарушениям в работе других устройств в данной энергосистеме.
Главная цель испытаний гармоник и мерцания состоит в том, чтобы исключить влияние устройства на нормальную работу энергосистемы, а не в подтверждении надлежащей функциональности устройства. Устройство может правильно работать и при этом отрицательно воздействовать на окружающую его энергосистему.
Испытания на соответствие стандартам на гармоники и мерцание, как правило, проводятся в контролируемой среде со стабилизированным источником переменного тока и калиброванными измерительными приборами.
Основные причины, по которым устройства не проходят испытания на соответствие стандартам:
- Нелинейный потребляемый ток: импульсные источники питания потребляют ток краткими импульсами, что может вызывать гармонические искажения. Данный эффект можно устранить путем фильтрации входа или пассивной коррекции.
- Недостаточная коррекция коэффициента мощности: устройства высокой мощности (более 75 Вт) должны содержать коррекцию коэффициента мощности. Неправильно работающая коррекция коэффициента мощности может вызывать излучения за пределами допустимого диапазона с внесением гармоник низшего порядка и увеличением пик-фактора.
- Пусковой ток при запуске: при включении устройства возможны кратковременные броски тока. Эти броски могут превышать предельные значения гармонических составляющих тока даже в случае приемлемого установившегося режима.
- Переходы между состояниями питания: встроенные системы часто меняют рабочие состояния. Такие переходы могут вызывать гармоники или мерцание.
Анализаторы электропитания и осциллографы позволяют выявлять нежелательные гармоники и мерцание. Анализаторы электропитания имеют режим гармоник, в котором выполняется быстрое преобразование Фурье (БПФ) в целях расчета среднеквадратичного значения (СКЗ) и фазового угла. Некоторые анализаторы электропитания (например, модель LMG от производителя ZES Zimmer) могут таким образом обрабатывать до 200 первых гармоник. Для измерения гармонических составляющих тока обычно применяется осциллограф с соответствующими пробниками. Результаты измерений выводятся в графическом и числовом формате. В некоторых случаях осциллограф также может поддерживать автоматическое испытание для подтверждения соответствия одному или нескольким стандартам на гармоники. На этапах валидации и проверки соответствия стандартам анализаторы электропитания формируют отчеты и помогают выявлять гармоники, превышающие максимальные предельные значения, указанные в стандартах.
