Кондуктивные выбросы

Кондуктивные излучения — это влияние на качество электроэнергии , которое происходит через электрическую и магнитную связь, электронный переключатель полупроводниковых устройств , которые являются частью проблем электромагнитной совместимости в электротехнике . Они влияют на возможности всех взаимосвязанных системных устройств в электромагнитной среде , ограничивая или ограничивая их преднамеренное генерирование, распространение и прием электромагнитной энергии.

Кондуктивные излучения представляют собой часть электромагнитных помех в цепях, которые в основном создают проблемы с качеством подаваемой электроэнергии из-за помех, вызванных гармониками, возникающими из-за линейных и нелинейных нагрузок, присутствующих в электрической системе, главным образом из-за увеличения количества импульсных источников питания и других бытовая электроника . Из-за этих совокупных помех, ^{[ 1 ]} Качество подаваемой электроэнергии из сети электроснабжения влияет на работу бытовых электроприборов . К ним могут относиться снижение светового потока лампочек, мерцание и плохой нагрев индукционных катушек в чайниках и нагревательных элементов других бытовых приборов, используемых в повседневном использовании.

Учитывая влияние кондуктивных излучений, качество электроэнергии классифицируется отдельно в обычных сетях переменного тока и системах постоянного тока . Поскольку технология переменного тока хорошо известна, параметры и влияние на качество электроэнергии в переменном токе хорошо известны. ^{[ 2 ]} Параметр для измерения качества электроэнергии переменного тока называется общим гармоническим искажением (%THD) и измеряет качество мощности источника питания для различных уровней напряжения. Из-за последних разработок в области технологий постоянного тока соединения между сетями постоянного и переменного тока приводят к появлению ранее не встречавшихся гармонических проблем. В частности, влияние кондуктивных излучений на качество электроэнергии постоянного тока недостаточно изучено. Более того, соединение сетей переменного и постоянного тока привело к возникновению дополнительных проблем с электромагнитными помехами, о которых ранее не было известно. Согласно действующим стандартам ЭМС, кондуктивные излучения измеряются в диапазоне от 150 кГц до 30 МГц, однако существует разрыв в качестве электроэнергии, измеряемой до 2 кГц, и кондуктивные излучения на низких частотах до 150 кГц. Диапазон частот щели называется супрагармониками. ^{[ 3 ]}

Кроме того, в результате достижений в области телекоммуникаций , присутствие электронных устройств в сети переменного тока постепенно увеличивалось в сторону увеличения количества полупроводников устройств на основе переключающих , что приводило к дальнейшим проблемам с электромагнитными помехами из -за кондуктивных излучений в ближней и дальней электромагнитной среде . Электрическая сеть становится все более нелинейной системой , и решаются новые проблемы качества электроэнергии.

Технически кондуктивные излучения можно описать как шум электрического тока или напряжения, генерируемого электроприбором, или его восприимчивость к ним. Основное различие между шумом сигнала и излучением заключается в том, что шум существует в сигнале с конечной энергией, тогда как излучение существует в сигнале с конечной мощностью. Поскольку шум в измерительных цепях фильтруется с помощью фильтров , излучение необходимо фильтровать на тестируемом устройстве либо в сети переменного , либо в сети постоянного тока, в зависимости от применения устройства. Источник излучения может существовать от источника к рецептору и через цепь, в которой существует поток электронов . Обычно электроприбор должен пройти заводские испытания в соответствии со стандартами кондуктивных излучений, как указано в списке общих стандартов испытаний на ЭМС . Более того, разные производители придерживаются разных версий этих стандартов, которые лучше всего подходят для их устройств и гарантийных схем.

Кондуктивные выбросы в системе электроснабжения можно охарактеризовать как нелинейность или отклонения, наблюдаемые в электрических параметрах. В переменном токе изменения наблюдаются в гармониках , тогда как в постоянном токе они наблюдаются в виде нелинейности, наблюдаемой во временной области, и неожиданных пиков частоты в частотной области. Влияние кондуктивных излучений на качество электроэнергии в сетях переменного тока четко установлено в стандартах IEC , в частности в IEC Std 519–2014. Кроме того, кондуктивные излучения постоянного тока происходят из нескольких источников, включая электронные устройства, нелинейные нагрузки и другие устройства с вращающимся магнитным полем. В электронных устройствах они обусловлены в основном взаимодействиями в цепи RLC и частотой переключения . Когда такие нагрузки, как двигатели и генераторы, имеют магнитные поля постоянного тока, кондуктивное излучение является нелинейным и его трудно предсказать. Кроме того, влияние кондуктивных излучений на качество электроэнергии постоянного тока недостаточно изучено и активно исследуется.

Влияние на качество электроэнергии

Качество электроэнергии в сетях переменного тока хорошо изучено и подтверждено эмпирическими данными, собранными за столетие . Существует множество параметров для определения и расчета гармоник вместе с шумом. Что касается сетей постоянного тока , большая часть исследований в области технологий постоянного тока для распределения электроэнергии была прекращена в 1920-х годах после того, как было решено, что системы переменного тока должны применяться на больших расстояниях. Однако из-за недавних разработок в области фотоэлектрических систем на крыше и меньших стадий электронного преобразования, необходимых между переменным и постоянным током, исследователи теперь рассматривают возможность использования постоянного тока для питания бытовых приборов при низком и сверхнизком напряжении .

Гармоники в сети переменного тока

Поскольку технология переменного тока хорошо зарекомендовала себя в современном мире, параметр измерения кондуктивных излучений хорошо изучен и называется полным гармоническим искажением (%THD). Он измеряет качество электроэнергии в сети переменного тока для различных уровней напряжения, как описано в общих стандартах испытаний на ЭМС . По определению, гармоника переменного тока кратна электрической величине (напряжению или току) при кратной основной частоте системы, создаваемой действием нелинейных нагрузок, таких как выпрямитель , освещение или насыщенные магнитные устройства. Гармонические частоты в электросети являются частой причиной проблем с качеством электроэнергии и могут привести к повышенному нагреву оборудования и проводников, пропускам зажигания в приводах с регулируемой скоростью и пульсациям крутящего момента в двигателях. В зависимости от частоты гармоник гармоническое загрязнение разделяют на проблемы качества электроэнергии (частота до 40-го порядка гармоники), электромагнитную совместимость (частота выше 150 кГц) и совместимость на низких частотах (частота от 2/3 кГц до 150 кГц).

Гармоники в сети постоянного тока

В отличие от переменного тока, постоянный ток не имеет основной частоты или периода , и, следовательно, не может быть кратного основной частоте, по которому можно рассчитать гармоники. Кроме того, диапазон частот, в котором рассчитываются гармоники постоянного тока, может отличаться от диапазона гармоник переменного тока. Большая часть исследований, посвященных гармоникам постоянного тока, предполагает использование процентных низкочастотных синусоидальных возмущений (%LFSD). ^{[ 4 ]} Эта величина измеряет отклонения величины постоянного тока (напряжения или тока) в заданном окне измерения или окне анализа в частотном диапазоне. Процент корня квадрата суммы этих отклонений дает общее значение %LFSD, которое почти эквивалентно значению %THD в системах переменного тока. Далее гармоники постоянного тока изучаются в двух полосах частот в соответствии с помехами, наблюдаемыми эмпирически.

Другие проблемы с качеством электроэнергии в сетях постоянного тока связаны с диапазоном частот кондуктивных излучений в электромагнитном спектре . В диапазоне 0–2 кГц, обычно называемом мусорной полосой, ^{[ 5 ]} количество гармоник постоянного тока рассчитывается с использованием аналога гармоник переменного тока в частотной области. Однако в соответствии с ожидаемым взаимодействием между системами переменного и постоянного тока, а также из-за наличия силовых электронных устройств и импульсного источника питания , диапазон частот 2–150 кГц, недавно названный супрагармониками, ^{[ 6 ]} исследуется. В первую очередь подразумевается, что из-за присутствия электронных коммутационных нелинейных нагрузок схемы фильтров имеют тенденцию отодвигать выбросы в более высокие частотные диапазоны.

Мусорная группа

Эта полоса частот находится в диапазоне 0–2 кГц и эквивалентна тому же диапазону частот, что и гармоники переменного тока. Название предполагает, что ожидается меньшее количество кондуктивных выбросов из-за усовершенствований фильтров. Среди исследователей широко распространено мнение, что значения %LFSD должно быть достаточно для устранения гармоник постоянного тока и соотнесения с %THD гармоник переменного тока.

Супрагармоники

Эта полоса частот находится в диапазоне 2–150 кГц и называется супрагармониками. ^{[ 7 ]} Полоса частот ранее игнорировалась и рассматривалась как разрыв между излучаемым излучением и кондуктивным излучением. Текущие исследования показывают, что прилагаются большие усилия для понимания методов измерения супрагармонических излучений с целью дальнейшей стандартизации качества электроэнергии постоянного тока с учетом коротких замыканий , изменений напряжения и других факторов.

Согласно Thais.M.Mendes и др., ^{[ 8 ]} Эффекты супрагармонического излучения ограничиваются соседними устройствами и не распространяются на большие расстояния. Определение окна измерения и окна анализа является одним из подходящих способов стандартизации кондуктивных излучений. Измерения в соответствии со стандартами IEC 61000-4-7, IEC 61000-4-30, IEC-61000-4-19 и другими стандартами CISPR показывают, что каждый метод может быть эффективным, но имеет свои ограничения. Кроме того, согласно M.Klattt et al. ^{[ 9 ]} Окна измерений следует использовать при стандартизации структуры супрагармонических стандартов. Более того, В.Хохлов с соавт. ^{[ 10 ]} предполагает, что все существующие стандарты имеют ограничения, которые можно преодолеть, объединив временной анализ с анализом в частотной области.

Ссылки

^ Эспин-Дельгадо, Анжела; Рённберг, Сара; Бусато, Татьяно; Равиндран, Винита; Боллен, Математика (1 июля 2020 г.). «Закон суммирования супрагармонических токов (2-150 кГц) в низковольтных установках» . Исследование электроэнергетических систем . 184 : 106325. Бибкод : 2020EPSR..18406325E . дои : 10.1016/j.epsr.2020.106325 . S2CID 216222427 .
^ Эвальд Фукс, Мохаммад Масум (14 июля 2015 г.). Качество электроэнергии в энергосистемах и электрических машинах (2-е изд.). Академическая пресса / Эльзевир . ISBN 9780128009888 .
^ Боллен, Математика; Мейер, Ян; Амарис, Гортензия; Бланко, Ана Мария; Хиль де Кастро, Аврора; Десмет, Ян; Клатт, Матиас; Коцевяк, Лукаш; Рённберг, Сара; Ян, Кай (май 2014 г.). «Дальнейшие работы по гармоникам – некоторые экспертные мнения. Часть I – ветровая и солнечная энергетика» . 2014 16-я Международная конференция по гармоникам и качеству электроэнергии (ICHQP) . стр. 904–908. дои : 10.1109/ICHQP.2014.6842870 . hdl : 1854/LU-4411980 . ISBN 978-1-4673-6487-4 . S2CID 40319453 .
^ Марго, М. Казерса (12 марта 2007 г.). «Определение показателей качества электроэнергии для распределительных сетей постоянного тока низкого напряжения». Материалы конференции IEEE по приборостроению и измерительным технологиям , 2006 г.
^ Томас, Дэвид (2013). «Кондуктивные излучения в распределительных системах (1 кГц – 1 МГц)» . Журнал IEEE по электромагнитной совместимости . 2 (2): 101–104. дои : 10.1109/MEMC.2013.6550941 . S2CID 23396866 . Проверено 26 июня 2020 г.
^ Новицкий, Александр; Шлегель, Штеффен; Вестерманн, Дирк (май 2018 г.). «Анализ распространения супрагармоник в электрической сети среднего напряжения» . 2018 19-я Международная научная конференция по электроэнергетике (EPE) . стр. 1–6. дои : 10.1109/EPE.2018.8396041 . ISBN 978-1-5386-4612-0 . S2CID 49541155 .
^ Боллен, Математика; Мейер, Ян; Амарис, Гортензия; Бланко, Ана Мария; Хиль де Кастро, Аврора; Десмет, Ян; Клатт, Матиас; Коцевяк, Лукаш; Рённберг, Сара; Ян, Кай (май 2014 г.). «Дальнейшие работы по гармоникам – некоторые экспертные мнения. Часть I – ветровая и солнечная энергетика» . 2014 16-я Международная конференция по гармоникам и качеству электроэнергии (ICHQP) . стр. 904–908. дои : 10.1109/ICHQP.2014.6842870 . hdl : 1854/LU-4411980 . ISBN 978-1-4673-6487-4 . S2CID 40319453 .
^ Мендес, Таис М.; Дьюк, Чарльз А.; Мансо да Силва, Леандро Р.; Феррейра, Дантон Д.; Мейер, Ян; Рибейро, Пол Ф. (1 июня 2020 г.). «Сравнительный анализ методов измерения супрагармонического диапазона» . Международный журнал электроэнергетики и энергетических систем . 118 : 105801. doi : 10.1016/j.ijepes.2019.105801 . S2CID 213808616 .
^ Клатт, Матиас; Мейер, Ян; Шегнер, Питер (май 2014 г.). «Сравнение методов измерения в диапазоне частот от 2 КГц до 150 КГц». 2014 16-я Международная конференция по гармоникам и качеству электроэнергии (ICHQP) . стр. 818–822. дои : 10.1109/ICHQP.2014.6842791 . ISBN 978-1-4673-6487-4 . S2CID 10197994 .
^ Хохлов, Виктор; Мейер, Ян; Гревенер, Энн; Бусато, Татьяно; Рённберг, Сара (2020). «Сравнение методов измерения в диапазоне частот 2–150 кГц (супрагармоники) на основе действующих стандартов» . Доступ IEEE . 8 : 77618–77630. Бибкод : 2020IEEA...877618K . дои : 10.1109/ACCESS.2020.2987996 . S2CID 218564904 .

[1] Эспин-Дельгадо, Анжела; Рённберг, Сара; Бусато, Татьяно; Равиндран, Винита; Боллен, Математика (1 июля 2020 г.). «Закон суммирования супрагармонических токов (2-150 кГц) в низковольтных установках» . Исследование электроэнергетических систем . 184 : 106325. Бибкод : 2020EPSR..18406325E . дои : 10.1016/j.epsr.2020.106325 . S2CID 216222427 .

[2] Эвальд Фукс, Мохаммад Масум (14 июля 2015 г.). Качество электроэнергии в энергосистемах и электрических машинах (2-е изд.). Академическая пресса / Эльзевир . ISBN 9780128009888 .

[3] Боллен, Математика; Мейер, Ян; Амарис, Гортензия; Бланко, Ана Мария; Хиль де Кастро, Аврора; Десмет, Ян; Клатт, Матиас; Коцевяк, Лукаш; Рённберг, Сара; Ян, Кай (май 2014 г.). «Дальнейшие работы по гармоникам – некоторые экспертные мнения. Часть I – ветровая и солнечная энергетика» . 2014 16-я Международная конференция по гармоникам и качеству электроэнергии (ICHQP) . стр. 904–908. дои : 10.1109/ICHQP.2014.6842870 . hdl : 1854/LU-4411980 . ISBN 978-1-4673-6487-4 . S2CID 40319453 .

[4] Марго, М. Казерса (12 марта 2007 г.). «Определение показателей качества электроэнергии для распределительных сетей постоянного тока низкого напряжения». Материалы конференции IEEE по приборостроению и измерительным технологиям , 2006 г.

[5] Томас, Дэвид (2013). «Кондуктивные излучения в распределительных системах (1 кГц – 1 МГц)» . Журнал IEEE по электромагнитной совместимости . 2 (2): 101–104. дои : 10.1109/MEMC.2013.6550941 . S2CID 23396866 . Проверено 26 июня 2020 г.

[6] Новицкий, Александр; Шлегель, Штеффен; Вестерманн, Дирк (май 2018 г.). «Анализ распространения супрагармоник в электрической сети среднего напряжения» . 2018 19-я Международная научная конференция по электроэнергетике (EPE) . стр. 1–6. дои : 10.1109/EPE.2018.8396041 . ISBN 978-1-5386-4612-0 . S2CID 49541155 .

[7] Боллен, Математика; Мейер, Ян; Амарис, Гортензия; Бланко, Ана Мария; Хиль де Кастро, Аврора; Десмет, Ян; Клатт, Матиас; Коцевяк, Лукаш; Рённберг, Сара; Ян, Кай (май 2014 г.). «Дальнейшие работы по гармоникам – некоторые экспертные мнения. Часть I – ветровая и солнечная энергетика» . 2014 16-я Международная конференция по гармоникам и качеству электроэнергии (ICHQP) . стр. 904–908. дои : 10.1109/ICHQP.2014.6842870 . hdl : 1854/LU-4411980 . ISBN 978-1-4673-6487-4 . S2CID 40319453 .

[8] Мендес, Таис М.; Дьюк, Чарльз А.; Мансо да Силва, Леандро Р.; Феррейра, Дантон Д.; Мейер, Ян; Рибейро, Пол Ф. (1 июня 2020 г.). «Сравнительный анализ методов измерения супрагармонического диапазона» . Международный журнал электроэнергетики и энергетических систем . 118 : 105801. doi : 10.1016/j.ijepes.2019.105801 . S2CID 213808616 .

[9] Клатт, Матиас; Мейер, Ян; Шегнер, Питер (май 2014 г.). «Сравнение методов измерения в диапазоне частот от 2 КГц до 150 КГц». 2014 16-я Международная конференция по гармоникам и качеству электроэнергии (ICHQP) . стр. 818–822. дои : 10.1109/ICHQP.2014.6842791 . ISBN 978-1-4673-6487-4 . S2CID 10197994 .

[10] Хохлов, Виктор; Мейер, Ян; Гревенер, Энн; Бусато, Татьяно; Рённберг, Сара (2020). «Сравнение методов измерения в диапазоне частот 2–150 кГц (супрагармоники) на основе действующих стандартов» . Доступ IEEE . 8 : 77618–77630. Бибкод : 2020IEEA...877618K . дои : 10.1109/ACCESS.2020.2987996 . S2CID 218564904 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]