ĐO LƯỜNG CONDUCTED EMISSIONS TRONG ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN 3 PHA
I Mô tả phương pháp đo lường conducted emissions trong đường dây điện 3 pha sử dụng máy Emscope-RX4
Ghi chú ứng dụng này mô tả cách thiết kế và tối ưu hóa chính xác bộ lọc đường dây điện ba pha (PLF) bằng cách phân tách lượng phát xạ dẫn vào các chế độ chung và chế độ vi sai (tương ứng CM và DM1, DM2 và DM3). Sử dụng các phương pháp thử nghiệm thực tế làm ví dụ, giải pháp được đề xuất tập trung vào việc giảm thiểu tổng chi phí và kích thước của bộ lọc đường dây điện cũng như tối ưu hóa hiệu suất của nó. Điều này chỉ có thể được thực hiện sau khi đo và phát hiện chế độ chiếm ưu thế trong lượng phát thải được mã hóa của thiết bị được thử nghiệm (DUT).
II Phạm vi thử nghiệm của phương pháp đo lường conducted emission trong đường dây tải điện 3 pha
Do sự tăng trưởng theo cấp số nhân gần đây của các ứng dụng ba pha, đặc biệt là liên quan đến lĩnh vực ô tô, các phép đo lượng khí thải (CE) cho hệ thống ba pha đang trở thành mối quan tâm quan trọng. Các chiến lược và kỹ thuật khác nhau có thể được sử dụng để thiết kế bộ lọc đường dây điện ba pha (PLF). Mục đích của bài viết này là cho thấy việc thiết kế PLF trở nên dễ dàng như thế nào khi có sẵn thông tin về chế độ chung (CM) và chế độ vi sai (DM1, DM2 và DM3). Thiết bị được sử dụng để đo là EMSCOPE-RX4, một Bộ thu EMI cải tiến do EMZER thiết kế và sản xuất, không chỉ cung cấp khả năng thực hiện đo lượng phát thải tổng thể được xác định theo tiêu chuẩn CISPR-16 mà còn phân tách chúng thành CM và DM. Dữ liệu này là cơ sở để quyết định chính xác những thành phần nào cần thiết để thực hiện bộ lọc đường dây điện tối ưu cho thiết bị cụ thể được thử nghiệm (EUT).
III Giới thiệu phương pháp đo sử dụng EMSCOPE RX4
EMSCOPE RX4 là một máy thu độc đáo cho phép đo lượng phát thải khi được tiến hành lên đến bốn dòng cùng một lúc. Ngoài ra, đây là máy thu duy nhất trên toàn thế giới có khả năng tính toán trực tiếp tiếng ồn phương thức (modal noise) của hệ thống ba pha. Hơn nữa, nó còn tích hợp bốn Bộ hạn chế nhất thời (Transient Limitters) và, tùy chọn, Mạng ổn định trở kháng đường dây (LISN) mạng hai pha một pha 16-A, như trong Hình 1. Tất cả các tính năng này giúp thực hiện phép đo bất kỳ EUT nào và thiết kế và việc triển khai bộ lọc đường dây điện phù hợp dễ dàng hơn, giảm đáng kể hàng chục giờ thực hiện kiểm tra và xử lý lỗi.
Hình 1 Emscope-RX4
IV Đo 3 pha
EMSCOPE-RX4 có thể đo điện áp ở L1, L2, L3 hoặc N (nghĩa là $V_{L1}$, $V_{L2}$, $V_{L3}$ và $V_{N}$) bằng cách sử dụng ba bộ dò đồng thời (đỉnh, cận đỉnh và trung bình). Điều này được đặt tên ở đây là phép đo EMI.
Ngoài ra, EMSCOPE-RX4 cũng có thể đo lượng phát thải theo phương thức, tức là phát thải ở chế độ chung (CM) và chế độ vi sai (DM). Trong trường hợp này, điện áp đo được là $V_{CM}$, $V_{DM1}$, $V_{DM2}$ và $V_{DM3}$.
Hệ thống ba pha có thể loại bỏ trung tính (N) nếu ba pha L1, L2 và L3 được cân bằng tốt. Theo đó, các phép đo phương thức được tính toán như dưới đây [1, 2]:
Trong trường hợp trung tính không được sử dụng:
$V_{CM} = \frac{(V_{L1} + V_{L2} + V_{L3})}{3}$,
$V_{DM1} = V_{L1} – V_{CM}$,
$V_{DM2} = V_{L2} – V_{CM}$,
$V_{DM3} = V_{L3} – V_{CM}$.
Trong trường hợp trung tính được sử dụng:
$V_{CM} = \frac{(V_{L1} + V_{L2} + V_{L3} + V_{N})}{4}$,
$V_{DM1} = V_{L1} – V_{CM}$,
$V_{DM2} = V_{L2} – V_{CM}$,
$V_{DM3} = V_{L3} – V_{CM}$.
V Ví dụ thực tế khi sử dụng EUT
Hình 2 : Sơ đồ khối thiết lập phép đo : EUT, LISN ba pha và Emscope
Thiết lập phép đo này đã được sử dụng để đo mức phát xạ dẫn của EUT ba pha thực tế. Hình 3 cho thấy lượng phát thải đã đo được tại các đầu cuối đường dây của LISN bằng cách sử dụng các máy dò bán đỉnh, cùng với các giới hạn CISPR 32 loại A. Có thể thấy EUT không đáp ứng tiêu chuẩn . Đường gần như đỉnh cao hơn giới hạn ở tần số 630 kHz do một trong các hài của nguồn điện chuyển mạch và ở tần số 5 MHz.
Hình 3 : Đo conducted Emision bằng Emscope-RX4
Do đó, lượng khí thải được tiến hành cần phải được giảm thiểu để làm cho sản phẩm tuân thủ tiêu chuẩn. Điều này có thể được thực hiện bằng cách chèn bộ lọc đường dây điện vào các đầu nối đường dây điện của EUT. Nơi tốt nhất để lắp bộ lọc này là nơi các đầu cuối mạng đường dây điện đi vào vỏ, vì nó ngăn chặn sự ghép nối trường điện từ với đường dây điện được lọc. Nếu có thể, vỏ kim loại sẽ giúp chặn mọi khớp nối điện dung từ cáp đầu vào bộ lọc và đường dây điện được lọc.
Hình 4 : Ảnh hưởng của bộ lọc đường dây điện đến phát xạ dẫn đến từ EUT hoặc PLN
Cấu trúc đơn giản nhất của bộ lọc đường dây điện chứa các tụ điện loại X giữa ba đường dây và trung tính, để giảm thiểu các chế độ vi sai, và một cuộn cảm ở chế độ chung và các tụ điện loại Y từ đường dây và trung tính đến đất để giảm thiểu chế độ chung. Hình 5 cho thấy một ví dụ về bộ lọc đường dây điện ba pha, không có và có trung tính tương ứng.
Hình 5 : Cấu trúc cơ bản của bộ lọc đường dây điện 3 pha a) không trung tính b) có trung tính
Do đó, do mỗi thành phần của bộ lọc đường dây điện chỉ ảnh hưởng đến một trong các thành phần phương thức(modal components) nên điều cần thiết là phải hiểu bản chất phương thức của các phát xạ dẫn đo được để thiết kế bộ lọc đường dây điện phù hợp cho mỗi EUT. Tuy nhiên, các tiêu chuẩn tương thích điện từ (EMC) xác định các phép đo phát xạ dẫn từ đường dây tới mặt đất và trung tính đến mặt đất, và do đó, máy thu nhiễu điện từ thương mại (EMI) không được thiết kế để phân tách chế độ chung và chế độ vi sai vì chúng dựa trên các tiêu chuẩn này. thủ tục. Do đó, hầu hết các kỹ sư EMC, không có công cụ chính xác để đo lượng phát thải phương thức, đã hạn chế chiến lược thiết kế bộ lọc đường dây điện của họ bằng cách sử dụng bộ lọc đường dây điện thương mại có thể mang lại kết quả chấp nhận được trong các sản phẩm trước đó hoặc bằng cách sử dụng một bộ lọc đường dây điện thương mại mới sau một quá trình thử và sai lâu dài .EMSCOPE-RX4 cho phép đo mức phát xạ được tiến hành theo phương thức của EUT. Hình 6 thể hiện sự phân rã theo phương thức của các phát xạ dẫn do EUT tạo ra được đo bằng các máy dò gần đỉnh.
Hình 6 : Các phát xạ được tiến hành theo phương thức của EUT bằng cách sử dung các bộ tách sóng tựa đỉnh
Nhờ phân tách phương thức, có thể xác định rằng DM3 là phương thức chiếm ưu thế. Vì các tiếng ồn phương thức khác đều ở dưới mức giới hạn nên chúng không cần phải giảm thiểu thêm. Theo [3], hai tụ CX là thành phần chính xác để lọc nhiễu chế độ vi sai DM3. Các tụ điện phải được đặt giữa các dòng 1-3 và 2-3. Trong trường hợp cụ thể này, giá trị của tụ CX là 0,47 uF (các giá trị khác nhau có thể được kiểm tra để tìm ra giá trị tối ưu). Hình 7 cho thấy DM3 được ghi trước và sau khi nối hai tụ loại X giữa đường 1-3 và 2-3.
Hình 7 DM3 thiếu tụ (màu đỏ) với có tụ (màu xanh)
Có thể thấy, mức giảm 21 dB đạt được ở tần số 630 kHz và trên 30 dB ở tần số 5 MHz. Ngoài ra, việc bổ sung hai tụ điện này cũng làm tăng thêm độ suy giảm cho chế độ DM1 và DM2, như trong Hình 8 và Hình 9.
Hình 8 Dm1 không có tụ (đỏ ) và có tụ (xanh)
Hình 9 Dm2 không có tụ (đỏ ) và có tụ (xanh)
Đúng như mong đợi, các tụ điện này không gây ra bất kỳ ảnh hưởng nào đến nhiễu CM, như trong Hình 10.
Hình 10 Cm không có tụ (đỏ ) và có tụ (xanh)
Có thể thấy rằng, thứ tự biểu tượng để thiết kế bộ lọc đường dây điện tối ưu cho một EUT cụ thể cần phải đo nhiễu phương thức một cách riêng biệt. Trong trường hợp cụ thể này, bộ lọc đường dây điện gồm hai tụ điện CX được cho là cấu hình tối ưu. Do đó, mọi thành phần khác, chẳng hạn như tụ điện CX được đặt giữa các dòng 1-2 hoặc cuộn cảm chế độ chung, sẽ trở nên dư thừa và chỉ góp phần làm tăng kích thước và giá thành của PLF.
Ví dụ này cho thấy cách sử dụng EMSCOPE, công cụ thương mại duy nhất có thể cung cấp phép đo lượng phát thải theo phương thức, có thể dễ dàng thiết kế một bộ lọc tối ưu, tiết kiệm thời gian trong thiết kế và thu được sản phẩm cuối cùng rẻ hơn.
