บทบาทและการประยุกต์ใช้หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟกระชากในการประเมินความทนทานของอุปกรณ์ต่อสัญญาณรบกวนชั่วคราวพลังงานสูง

นามธรรม

1. บทนำ

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม เทคโนโลยีการสื่อสาร และอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค อุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์จึงมีความต้องการเสถียรภาพของสภาพแวดล้อมการทำงานที่สูงขึ้นเรื่อยๆ อย่างไรก็ตาม เหตุการณ์ฟ้าผ่าตามธรรมชาติจะสร้างแรงดันไฟฟ้าสูงและกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ในสายไฟและสายสัญญาณของอุปกรณ์ผ่านการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ขณะเดียวกัน การทำงานของโหลดแบบเหนี่ยวนำ-คาปาซิทีฟที่มีความจุสูง เช่น การสตาร์ท-สต็อปของมอเตอร์ขนาดใหญ่ในโรงงานอุตสาหกรรม และการเปิด-ปิดตู้จ่ายประจุไฟฟ้าในระบบไฟฟ้า ก็ทำให้เกิดสัญญาณรบกวนชั่วคราว เช่น แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นและลดลงอย่างกะทันหันในระบบโครงข่ายไฟฟ้า หากสัญญาณรบกวนดังกล่าวเกินขีดจำกัดความคลาดเคลื่อนของอุปกรณ์ อาจทำให้อุปกรณ์หยุดทำงานและสูญเสียข้อมูลในกรณีที่ไม่รุนแรง และอาจทำให้อุปกรณ์ไหม้และระบบหยุดทำงานในกรณีที่รุนแรง

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ คณะกรรมการอิเล็กโทรเทคนิคระหว่างประเทศ (IEC) ได้กำหนดมาตรฐาน IEC61000-4-5 “ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า – ตอนที่ 4-5: เทคนิคการทดสอบและการวัด – การทดสอบภูมิคุ้มกันไฟกระชาก (แรงกระแทก)” ซึ่งรวบรวมวิธีการทดสอบและตัวบ่งชี้การประเมินสัญญาณรบกวนชั่วขณะพลังงานสูง หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟกระชากซึ่งเป็นอุปกรณ์หลักที่ตรงตามมาตรฐานนี้ สามารถจำลองรูปคลื่นชั่วขณะที่เกิดจากฟ้าผ่าและการสลับโหลดได้อย่างแม่นยำ และเป็นพื้นฐานทั่วไปสำหรับการทดสอบความคลาดเคลื่อนของสายไฟและสายเชื่อมต่อภายในของอุปกรณ์ประเภทต่างๆ (เช่น สถานีฐานสื่อสาร เครื่องใช้ในครัวเรือน ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ ฯลฯ) จึงกลายเป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้ในการวิจัยและพัฒนาอุปกรณ์ การผลิต และการตรวจสอบคุณภาพ

เครื่องกำเนิดไฟกระชาก SG61000 5 

2. หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟกระชาก หลักการทำงานและข้อกำหนดของมาตรฐาน IEC61000-4-5

2.1 หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟกระชาก หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟกระชาก

หน้าที่หลักของหลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟกระชากคือการสร้างรูปคลื่นพัลส์ชั่วคราวที่ตรงตามมาตรฐาน และกระบวนการทำงานแบ่งออกเป็น 3 ขั้นตอนหลัก ได้แก่ การกักเก็บพลังงาน การปรับรูปคลื่น และการฉีดพัลส์

• ขั้นตอนการกักเก็บพลังงาน:อุปกรณ์จะชาร์จตัวเก็บประจุความจุขนาดใหญ่ภายในผ่านแหล่งจ่ายไฟ DC แรงดันสูง และปรับแรงดันการชาร์จตามข้อกำหนดการทดสอบเพื่อให้ได้ระดับพลังงานที่จัดเก็บได้แตกต่างกัน (สูตรคำนวณพลังงานคือ

โดยที่ $C$ คือค่าความจุ และ $V$ คือแรงดันไฟในการชาร์จ)

• ขั้นตอนการมอดูเลตรูปคลื่น:เมื่อตัวเก็บประจุคายประจุ วงจรหน่วง RLC ซึ่งประกอบด้วยตัวเหนี่ยวนำและตัวต้านทานจะถูกใช้เพื่อปรับเวลาเพิ่มขึ้น ระยะเวลาสูงสุด และลักษณะการลดทอนของพัลส์ เพื่อให้มั่นใจว่ารูปคลื่นเอาต์พุตเป็นไปตามข้อกำหนดของมาตรฐาน IEC61000-4-5 ตัวอย่างเช่น รูปคลื่นแรงดันไฟฟ้า 1.2/50 ไมโครวินาที (เวลาเพิ่มขึ้น 1.2 ไมโครวินาที เวลาครึ่งพีค 50 ไมโครวินาที) และรูปคลื่นกระแสไฟฟ้า 8/20 ไมโครวินาที (เวลาเพิ่มขึ้น 8 ไมโครวินาที เวลาครึ่งพีค 20 ไมโครวินาที) สำหรับการทดสอบสายไฟ สามารถทำได้โดยการจับคู่พารามิเตอร์ของวงจรอย่างแม่นยำ

• ระยะการฉีดพัลส์:พัลส์ชั่วคราวที่ปรับแล้วจะถูกฉีดเข้าไปในสายไฟหรือสายเชื่อมต่อภายในของอุปกรณ์ที่อยู่ระหว่างการทดสอบ (EUT) ผ่านทางเครือข่ายการเชื่อมต่อ/แยกสัญญาณ (CDN) ในขณะที่ป้องกันไม่ให้พัลส์รบกวนกริดไฟฟ้าหรืออุปกรณ์ทดสอบอื่นๆ

2.2 ข้อกำหนดหลักของมาตรฐาน IEC61000-4-5

มาตรฐาน IEC61000-4-5 มีข้อกำหนดทางเทคนิคที่ชัดเจนสำหรับการทดสอบไฟกระชาก โดยครอบคลุมประเด็นหลักสามประการดังต่อไปนี้:

• ข้อกำหนดของรูปคลื่นมาตรฐานนี้กำหนดรูปแบบคลื่นหลักไว้สองแบบ แบบแรกคือรูปแบบคลื่นแรงดันไฟฟ้า 1.2/50 ไมโครวินาที (สถานะวงจรเปิด) และรูปแบบคลื่นกระแสไฟฟ้า 8/20 ไมโครวินาที (สถานะวงจรลัดวงจร) ซึ่งใช้เพื่อจำลองการเหนี่ยวนำฟ้าผ่า อีกแบบหนึ่งคือรูปแบบคลื่นแรงดันไฟฟ้า 10/700 ไมโครวินาที และรูปแบบคลื่นกระแสไฟฟ้า 5/320 ไมโครวินาที สำหรับการรบกวนสายส่งระยะไกล หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟกระชากควรสามารถสร้างรูปแบบคลื่นเหล่านี้ได้อย่างแม่นยำ และควรควบคุมความคลาดเคลื่อนของพารามิเตอร์รูปแบบคลื่นให้อยู่ภายใน ±20%

• ระดับการทดสอบ:มาตรฐานแบ่งระดับการทดสอบออกเป็นระดับ 1-4 และระดับ X (ปรับแต่งพิเศษ) ตามความเข้มของการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าของสภาพแวดล้อมการใช้งานอุปกรณ์ ค่าพีคของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สอดคล้องกันของแต่ละระดับแสดงไว้ในตารางต่อไปนี้:

• การกำหนดค่าการทดสอบมาตรฐานกำหนดว่าระบบทดสอบควรมีหลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟกระชาก เครือข่ายการเชื่อมต่อ/แยก (CDN) ระบบกราวด์ และอุปกรณ์ตรวจสอบ ในบรรดาระบบเหล่านี้ CDN ควรเชื่อมต่อระหว่างพัลส์และ EUT ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และแยก EUT ออกจากโครงข่ายไฟฟ้าเพื่อป้องกันการแพร่กระจายของสัญญาณรบกวน ระบบกราวด์ควรมีอิมพีแดนซ์ ≤ 0.5Ω เพื่อให้มั่นใจว่าพลังงานพัลส์จะถูกปล่อยออกอย่างปลอดภัย

3. คุณสมบัติทางเทคนิคและข้อดีของ LISUN SG61000-5 หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟกระชาก

การขอ LISUN SG61000-5  หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟกระชากเป็นอุปกรณ์ทดสอบประสิทธิภาพสูงที่ตรงตามมาตรฐาน IEC61000-4-5 ได้อย่างครบถ้วน และพารามิเตอร์ทางเทคนิคและการออกแบบเชิงฟังก์ชันก็ตรงตามข้อกำหนดการทดสอบความคลาดเคลื่อนของอุปกรณ์ในอุตสาหกรรมต่างๆ ได้อย่างครบถ้วน

3.1 พารามิเตอร์ทางเทคนิคหลัก

พารามิเตอร์ทางเทคนิคหลักของอุปกรณ์นี้แสดงไว้ในตารางต่อไปนี้ ช่วงเอาต์พุตครอบคลุมข้อกำหนดการทดสอบระดับ 1-4 ด้วยความแม่นยำของรูปคลื่นสูงและเสถียรภาพสูง:

3.2 ข้อดีด้านฟังก์ชัน

• ความสามารถในการปรับตัวในหลายสถานการณ์:อุปกรณ์นี้รองรับค่าอิมพีแดนซ์เอาต์พุตสามระดับ ได้แก่ 2Ω, 12Ω และ 500Ω ซึ่งสอดคล้องกับข้อกำหนดการทดสอบของสายไฟ (2Ω/12Ω) และสายสัญญาณ (500Ω) ตามลำดับ ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนฮาร์ดแวร์เพิ่มเติม ซึ่งช่วยลดต้นทุนการทดสอบ

• ประสบการณ์การทำงานอัจฉริยะ:มาพร้อมหน้าจอสัมผัสขนาด 7 นิ้ว รองรับการตั้งค่าพารามิเตอร์ด้วยการคลิกเพียงครั้งเดียว การแสดงคลื่นแบบเรียลไทม์ และการจัดเก็บข้อมูลการทดสอบ พร้อมกันนี้ยังมีซอฟต์แวร์ควบคุมฝั่งพีซี ซึ่งสามารถเชื่อมโยงอุปกรณ์หลายตัวเข้าด้วยกันและสร้างรายงานการทดสอบอัตโนมัติ ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทดสอบ

• การออกแบบเพื่อการป้องกันความปลอดภัย:มีวงจรป้องกันแรงดันไฟเกิน กระแสเกิน และอุณหภูมิเกินในตัว ซึ่งจะตัดแหล่งจ่ายไฟโดยอัตโนมัติเมื่ออุปกรณ์ผิดปกติ ตัวเครื่องทำจากวัสดุทนไฟ และขั้วดินเป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัย รับประกันความปลอดภัยของผู้ปฏิบัติงานและอุปกรณ์

4. กระบวนการทดสอบความคลาดเคลื่อนของอุปกรณ์ตามหลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟกระชาก

การ LISUN SG61000-5 หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟกระชากเป็นตัวอย่าง เมื่อใช้ร่วมกับมาตรฐาน IEC61000-4-5 กระบวนการทดสอบความคลาดเคลื่อนของสายไฟอุปกรณ์และสายเชื่อมต่อภายในสามารถแบ่งออกได้เป็น XNUMX ขั้นตอนดังต่อไปนี้:

4.1 การเตรียมการทดสอบ​
การเชื่อมต่ออุปกรณ์: เชื่อมต่อหลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟกระชากกับสายไฟของอุปกรณ์ที่อยู่ระหว่างการทดสอบ (EUT) ผ่านเครือข่ายการเชื่อมต่อ/แยกส่วน (CDN) และเชื่อมต่อ EUT เข้ากับโหลดตามสถานะการทำงานจริง ในเวลาเดียวกัน เชื่อมต่ออุปกรณ์ตรวจสอบ (เช่น ออสซิลโลสโคป เครื่องวิเคราะห์กำลังไฟฟ้า) เพื่อสังเกตแรงดันไฟฟ้า การตอบสนองของกระแสไฟ และสถานะการทำงานของ EUT
การตั้งค่าพารามิเตอร์: กำหนดระดับการทดสอบตามสภาพแวดล้อมการใช้งานของ EUT (ตัวอย่างเช่น เลือกระดับ 3 สำหรับอุปกรณ์สื่อสารกลางแจ้ง) และตั้งค่าพีคของแรงดันไฟฟ้า/กระแสไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน (เช่น แรงดันไฟฟ้า 2kV และกระแสไฟฟ้า 1kA สำหรับระดับ 3) ขั้วพัลส์ (5 การทดสอบสำหรับบวกและลบตามลำดับ) และช่วงเวลาพัลส์ (1 นาทีต่อการทดสอบเพื่อหลีกเลี่ยงการร้อนเกินไปของ EUT) บนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

4.2 การทดสอบล่วงหน้า
ฉีดพัลส์พลังงานต่ำ 1-2 พัลส์ (เช่น 50% ของระดับการทดสอบ) เพื่อตรวจสอบว่าการเชื่อมต่อของระบบทดสอบเป็นปกติหรือไม่ อุปกรณ์ตรวจสอบสามารถรวบรวมข้อมูลได้อย่างแม่นยำหรือไม่ และ EUT อยู่ในสถานะการทำงานปกติหรือไม่ หากการเชื่อมต่อหลวมหรือข้อมูลผิดปกติ ควรปรับแก้ไขทันทีก่อนเริ่มการทำงานใหม่

4.3 การทดสอบอย่างเป็นทางการ
ฉีดพัลส์ชั่วคราวตามพารามิเตอร์ที่ตั้งไว้ และสังเกตสถานะการทำงานของ EUT หลังจากแต่ละพัลส์:​
ฟังก์ชันปกติ: EUT ไม่มีปรากฏการณ์ใดๆ เช่น การหยุดทำงาน การสูญเสียข้อมูล และการประสิทธิภาพลดลง
ประสิทธิภาพการทำงานลดลงชั่วคราว: EUT มีความผิดปกติในการทำงานชั่วคราว แต่จะฟื้นตัวโดยอัตโนมัติหลังจากพัลส์สิ้นสุดลง
ความล้มเหลวในการทำงาน: EUT มีข้อบกพร่องถาวร เช่น การเผาไหม้ของส่วนประกอบ และความล้มเหลวในการเริ่มต้น​

4.4 การบันทึกและวิเคราะห์ข้อมูล
บันทึกสถานะของ EUT หลังจากการฉีดพัลส์แต่ละครั้ง รับค่าพีคของแรงดันไฟฟ้า ค่าพีคของกระแสไฟฟ้าของสายไฟ และข้อมูลการตอบสนองชั่วคราวของสายเชื่อมต่อภายในผ่านอุปกรณ์ตรวจสอบ และเปรียบเทียบกับตัวบ่งชี้การตัดสินใจ "การทำงานอุปกรณ์ปกติ" ในมาตรฐาน IEC61000-4-5 (เช่น ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า ≤ 10% ไม่มีความเสียหายถาวร) เพื่อประเมินระดับความคลาดเคลื่อนของ EUT

4.5 การสร้างรายงานการทดสอบ
จัดระเบียบข้อมูลการทดสอบและจัดทำรายงานโดยรวมถึงแบบจำลองอุปกรณ์การทดสอบ พื้นฐานมาตรฐาน การตั้งค่าพารามิเตอร์ บันทึกสถานะ EUT และข้อสรุปความคลาดเคลื่อน ซึ่งให้พื้นฐานสำหรับการปรับปรุงการวิจัยและพัฒนาอุปกรณ์หรือการรับรองคุณภาพ

5. กรณีศึกษาการประยุกต์ใช้จริง
5.1 การทดสอบความคลาดเคลื่อนของสายไฟอุปกรณ์สถานีฐานการสื่อสาร
ผู้ผลิตอุปกรณ์สื่อสารใช้ LISUN SG61000-5 หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟกระชาก (Surge Generator) เพื่อทำการทดสอบความทนทานต่อโมดูลพลังงานของสถานีฐาน 5G ที่พัฒนาขึ้นใหม่ ระดับการทดสอบอยู่ที่ระดับ 3 (ตรงตามข้อกำหนดของสภาพแวดล้อมภายนอก) และข้อมูลเฉพาะแสดงอยู่ในตารางต่อไปนี้:

การวิเคราะห์: ในระยะเริ่มต้นของการทดสอบ EUT เกิดไฟฟ้าดับชั่วคราว หลังจากการตรวจสอบพบว่าเกณฑ์การกระตุ้นของวงจรป้องกันแรงดันไฟเกินในโมดูลไฟฟ้าต่ำเกินไป หลังจากปรับพารามิเตอร์ของวงจรป้องกันแล้ว อุปกรณ์สามารถทนต่อสัญญาณรบกวนชั่วคราวระดับ 3 ได้อย่างเสถียร ซึ่งตรงตามข้อกำหนดการใช้งานกลางแจ้งของสถานีฐาน

5.2 การทดสอบสายเชื่อมต่อภายในของเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน
บริษัทเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านแห่งหนึ่งใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้านี้เพื่อทำการทดสอบระดับ 2 (สภาพแวดล้อมภายในอาคาร) กับสายเชื่อมต่อมอเตอร์ภายในของเครื่องซักผ้า ผลการทดสอบแสดงไว้ในตารางต่อไปนี้:

ข้อสรุป: สายเชื่อมต่อภายในของเครื่องซักผ้าสามารถทนต่อสัญญาณรบกวนชั่วคราวพลังงานสูงระดับ 2 และไม่จำเป็นต้องปรับปรุงการออกแบบ

6. บทสรุปและแนวโน้ม
หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟกระชากเป็นเครื่องมือหลักในการประเมินความทนทานของสายไฟอุปกรณ์และสายเชื่อมต่อภายในต่อสัญญาณรบกวนชั่วคราวพลังงานสูง มอบพื้นฐานที่เป็นหนึ่งเดียวสำหรับการประเมินประสิทธิภาพของอุปกรณ์ในอุตสาหกรรมและประเภทต่างๆ ด้วยความสามารถในการทดสอบที่ได้มาตรฐาน LISUN SG61000-5 หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟกระชาก แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่สำคัญในการทดสอบการสื่อสาร เครื่องใช้ในบ้าน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ และสาขาอื่นๆ เนื่องมาจากพารามิเตอร์ทางเทคนิคที่เป็นไปตามมาตรฐาน IEC61000-4-5 ความสามารถในการปรับตัวในหลายสถานการณ์ และการออกแบบการทำงานอัจฉริยะ