Pesquisa sobre a aplicação do simulador de ondas anelares no teste de imunidade eletromagnética de equipamentos elétricos e eletrônicos.

Sumário
Em redes elétricas industriais e sistemas de fornecimento de energia civil, interferências oscilatórias amortecidas em forma de ondas anelares são geradas devido à comutação de chaves de alta tensão, oscilações transitórias de transformadores, falhas de energia e comutação de cargas indutivas. Essas perturbações transitórias acoplam-se a equipamentos elétricos e eletrônicos através de linhas de energia e de sinal, o que pode facilmente resultar em falhas nos equipamentos, mau funcionamento e até mesmo danos ao hardware. Como instrumento de teste de EMC fundamental, o simulador de onda anelar O gerador de ondas anelares (ring wave generator) pode reproduzir interferências de ondas anelares do mundo real em condições de laboratório. Ele realiza testes de imunidade de acordo com as normas GB/T 17626.12-2023, IEC 61000-4-12 e outras para avaliar a capacidade de imunidade do Equipamento Sob Teste (EUT) contra tais interferências, identificar pontos fracos de isolamento e defeitos de circuito anti-interferência em tempo hábil e garantir a operação estável do equipamento em ambientes de energia complexos. LISUN Este artigo, que utiliza o simulador de ondas anelares da série RWG61000-12 como objeto de pesquisa, descreve o mecanismo de geração de interferência de ondas anelares, as funções principais do simulador, os parâmetros técnicos essenciais e cenários de aplicação em diversos setores, a fim de fornecer referências para testes práticos de EMC (compatibilidade eletromagnética) de imunidade a ondas anelares.

Introdução

Equipamentos elétricos e eletrônicos modernos são amplamente utilizados em controle industrial, estações de carregamento de novas energias, dispositivos médicos, eletrodomésticos, medidores de energia e outros campos. Seus ambientes de alimentação estão repletos de diversas perturbações eletromagnéticas transitórias. A onda toroidal é um pulso transitório oscilatório amortecido não repetitivo, comum em redes de alimentação CA de baixa tensão. Quando chaves de alta tensão operam, ocorrem oscilações transitórias nos enrolamentos de transformadores, motores de grande porte iniciam e param repentinamente ou ocorrem curtos-circuitos em sistemas de energia, e a reflexão da onda viajante é desencadeada pela incompatibilidade de impedância da linha, gerando pulsos oscilatórios de 100 kHz com ascensão íngreme, alta amplitude e atenuação gradual, ou seja, interferência de onda toroidal.

Essa interferência se acopla aos equipamentos através de cabos de energia e sinal, impactando circuitos de alimentação e interfaces de sinal. Muitos dispositivos funcionam normalmente em condições ideais de alimentação em laboratório, mas frequentemente apresentam anomalias de controle, interrupções de comunicação e mau funcionamento após serem conectados a redes elétricas locais. Grande parte dessas falhas tem origem em perturbações por ondas de anel. Para evitar riscos de falhas em equipamentos causados ​​por ambientes eletromagnéticos locais, os produtos devem passar por testes padronizados de imunidade a ondas de anel durante as fases de P&D e homologação. O simulador de ondas de anel serve como hardware principal para esses testes. Ele pode reproduzir formas de onda padronizadas de ondas de anel em laboratórios, independentemente das complexas condições de campo, e realizar avaliações de imunidade repetíveis e comparáveis ​​para expor riscos ocultos de projeto dos produtos antecipadamente, sendo um dispositivo de teste indispensável para a verificação da compatibilidade eletromagnética.

1. Princípio de funcionamento e funções principais do simulador de ondas em anel

O simulador de ondas anelares, também conhecido como gerador de ondas anelares, consiste principalmente em uma unidade de armazenamento de energia de alta tensão, uma rede de formação de pulsos, um módulo amplificador de potência, uma Rede de Acoplamento-Desacoplamento (CDN) e um sistema de controle de interação homem-máquina. Formas de onda oscilatórias amortecidas padrão são geradas por circuitos osciladores LC. Após a amplificação de potência, sinais de pulso com tensão e corrente especificadas são emitidos. A rede de acoplamento-desacoplamento injeta perturbações nas portas do Equipamento em Teste, isolando simultaneamente a alimentação externa da rede elétrica para evitar que os pulsos de teste contaminem a rede elétrica em sentido inverso, garantindo a segurança do teste e a fidelidade da forma de onda.

A função principal do simulador de ondas de anel é simular a interferência de ondas de anel encontrada por equipamentos elétricos e eletrônicos em cenários reais. Ele reproduz pulsos oscilatórios amortecidos gerados pela operação de chaves de alta tensão, oscilações transitórias em enrolamentos de transformadores, falhas em sistemas de energia e comutação de cargas indutivas. Os sinais de perturbação são aplicados ao Equipamento Sob Teste (EUT) de acordo com as especificações de forma de onda de padrões nacionais e internacionais para testes de imunidade padronizados, a fim de avaliar o nível de resistência do EUT à interferência de ondas de anel. Durante o teste, pontos fracos de isolamento do equipamento, defeitos em circuitos de potência e vulnerabilidades em circuitos de proteção de interface podem ser detectados em tempo hábil para orientar a otimização de hardware, garantindo a operação contínua e estável do equipamento após a implantação em ambientes de energia complexos.

Os operadores podem ajustar a amplitude da tensão de saída, a impedância de saída, a polaridade do pulso e a fase de sincronização com a rede elétrica para simular interferências de diferentes níveis de severidade. O estado operacional do dispositivo sob teste (EUT) é observado. A degradação do desempenho, as anormalidades funcionais e os danos ao hardware são avaliados em relação aos critérios de especificação do produto para avaliação do nível de imunidade. LISUN O simulador de ondas anelares da série RWG61000-12 está equipado com uma tela sensível ao toque Android em chinês e inglês para configuração visual de parâmetros e registro automático do processo de teste, sendo adequado para testes de conformidade EMC em diversos setores. 

2 Parâmetros-chave de LISUN Simulador de Onda Anelar Série RWG61000-12

O LISUN A série de simuladores de ondas anelares RWG61000-12 inclui quatro modelos que abrangem níveis de saída de 4 kV e 6 kV, equipados com redes de acoplamento-desacoplamento de cinco fios monofásicas e trifásicas, respectivamente, adequados para eletrodomésticos monofásicos, medidores e equipamentos industriais trifásicos. Esta série está em conformidade com as normas GB/T 17626.12-2023, IEC 61000-4-12:2017, EN 61000-4-12:2017, GJB151B-2013 e outras. As principais especificações técnicas estão listadas na Tabela 1.

Tabela 1. Principais especificações do simulador de ondas anulares da série RWG61000-12.

Conforme mostrado nos parâmetros acima, este simulador de ondas anelares oferece duas configurações padrão de impedância de saída: 12 Ω e 30 Ω, correspondentes às condições de teste com diferentes impedâncias de fonte especificadas nas normas. Ele suporta o disparo síncrono em frequência de rede CA de 0° a 360°, o que permite simular cenários em que a interferência de ondas anelares ocorre em ângulos de fase arbitrários da tensão de frequência de rede e melhorar a reprodutibilidade dos testes. A versão de 4 kV é adequada para eletrodomésticos e equipamentos gerais de controle industrial, enquanto os modelos de 6 kV, RWG61000-12A e RWG61000-12AT, são voltados para equipamentos de potência e produtos de novas energias com níveis de severidade mais elevados. A rede CDN monofásica é adequada para pequenos eletrodomésticos e medidores de energia elétrica; a rede CDN trifásica de cinco fios é aplicada a conversores de frequência, motores trifásicos e outros equipamentos industriais, abrangendo uma ampla gama de produtos.

RWG61000-12_AL

3 Aplicações Industriais do Simulador de Ondas Anulares

Simuladores de ondas anulares são amplamente adotados para P&D de produtos, verificação de confiabilidade e testes de tipo em diversos setores, como controle e energia industrial, novas energias, eletrodomésticos, eletrônica médica e outros.

Nas indústrias de controle industrial e equipamentos de energia, PLCs, servoacionamentos, roteadores industriais, medidores de energia e dispositivos de proteção de relés precisam realizar testes de imunidade à linha de energia com simuladores de ondas anelares, que simulam a interferência de oscilação amortecida causada pela partida e parada de motores e pela comutação de transformadores em fábricas. Os testes podem detectar atrasos de comando, erros de comunicação e mau funcionamento de relés, além de avaliar o desempenho do isolamento, evitando a queima de equipamentos no local e garantindo a operação segura de linhas de produção e sistemas de distribuição de energia.

Nos setores de novas energias e eletrônica automotiva, as portas de entrada de energia e as portas de comunicação CAN de estações de carregamento CA/CC precisam de testes de imunidade a ondas de anel com simuladores de ondas de anel para simular distúrbios na rede elétrica e distúrbios de ondas de anel induzidos por chaveamento interno nas estações de carregamento, verificando se ocorrem interrupções no carregamento e falhas de comunicação. Sistemas de gerenciamento de bateria (BMS) automotivos e carregadores de bordo (OBC) também podem adotar simuladores de ondas de anel para reproduzir interferências de oscilação transitória dos sistemas de alimentação de energia do veículo e garantir a operação confiável dos componentes eletrônicos de bordo.

Para eletrodomésticos e eletrônicos de consumo, como geladeiras, condicionadores de ar, máquinas de lavar roupa, adaptadores de energia e tomadas inteligentes, simuladores de ondas de anel são utilizados para reproduzir as perturbações geradas pelo ligar e desligar do compressor e pela comutação de aparelhos de alta potência em redes elétricas residenciais. Dessa forma, verifica-se se os equipamentos irão falhar ou apresentar mau funcionamento, e os circuitos de proteção das tomadas são otimizados antecipadamente para melhorar a confiabilidade dos produtos de consumo.

Os equipamentos eletrônicos médicos exigem alta confiabilidade operacional. Monitores de pacientes, dispositivos ultrassônicos, bombas de infusão e outros instrumentos médicos devem utilizar simuladores de ondas anelares para simular as perturbações de ondas anelares na rede elétrica causadas pela comutação de equipamentos hospitalares de grande porte, como tomógrafos e ressonâncias magnéticas, verificando se não ocorrem desvios de dados ou disparos falsos para garantir a segurança do diagnóstico.

4. Significado prático e conclusão

A perturbação por ondas anelares existe objetivamente em redes de alimentação elétrica reais, e inúmeras falhas de produtos em campo têm origem no impacto dessas ondas. O simulador de ondas anelares oferece soluções de teste de laboratório padronizadas e reproduzíveis. Sem a necessidade de construir condições complexas em campo, pulsos de oscilação amortecida reais podem ser simulados para realizar a avaliação de imunidade do equipamento sob teste (EUT), localizar pontos fracos de isolamento e defeitos no circuito de proteção, além de orientar a otimização do layout da placa de circuito impresso (PCB), do projeto de aterramento e da seleção de componentes de proteção contra surtos. A probabilidade de falha de equipamentos em campo pode ser reduzida desde a fase de pesquisa e desenvolvimento (P&D).

O LISUN Série RWG61000-12 simulador de onda anelar Atende plenamente aos requisitos de forma de onda das normas nacionais, militares e internacionais. Múltiplas configurações monofásicas e trifásicas satisfazem os requisitos de laboratórios de P&D e instituições de teste terceirizadas. O teste de imunidade a ondas de anel não serve apenas para certificação de conformidade, mas também é uma abordagem vital para aprimorar a adaptabilidade ambiental e a confiabilidade de equipamentos elétricos e eletrônicos. Com a crescente popularização de equipamentos industriais e de novas energias, os simuladores de ondas de anel desempenharão um papel cada vez mais importante na verificação de EMC.