Описание лабораторной установки
Новосибирский государственный технический университет
Лаборатория электромагнитной совместимости
Лабораторная работа № 3
Испытания технических средств
на электромагнитную совместимость
Новосибирск 2009
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
Испытание технических средств на электромагнитную совместимость»
Цель работы
Изучение методов испытаний технических средств на электромагнитную совместимость. Испытание технических средств на устойчивость к воздействию провалов напряжения и к воздействию наносекундных импульсов.
Содержание работы
1. Произвести испытание технического средства на устойчивость к провалам и прерываниям питающего напряжения.
2. Произвести испытание технического средства на устойчивость к наносекундным импульсным помехам.
3. По результатам измерений определить степени жесткости испытаний к данным воздействиям.
4. Составить отчет, содержащий результаты измерений и расчетов. Объяснить полученные результаты и сформулировать выводы по работе.
Основные понятия и положения
Значительный вклад в достижение электромагнитной совместимости (ЭМС) обеспечивается путем проведения испытаний на ЭМС технических средств в лабораторный условиях. Эти стандартные испытания электронного оборудования в общем случае основываются на специальных планах проведения испытаний, уровнях воздействий и критериях их проведения. План проведения испытаний должен основываться на российских и международных стандартах (ГОСТ, МЭК) или, при необходимости, на специальных нормативах, определяемых производителем или пользователем.
|
|
|
Существует ряд ГОСТов, определяющих порядок проведения испытаний технических средств на устойчивость к тем или иным видам воздействий. В таблице 1 приведены стандарты и соответствующие им виды испытаний технических средств на ЭМС.
Таблица 1
| Обозначение государственного стандарта | Наименование помехи, вида испытаний | |
| ГОСТ Р 50648 | Магнитное поле промышленной частоты | |
| ГОСТ Р 51317.4.2 | Электростатические разряды | |
| ГОСТ Р 51317.4.3 | Радиочастотное электромагнитное поле | |
| ГОСТ Р 51317.4.4 | Наносекундные импульсные помехи | |
| ГОСТ Р 51317.4.5 | Микросекундные импульсные помехи большой энергии | |
| ГОСТ Р 51317.4.6 | Кондуктивные помехи, наведенные радиочастотными электромагнитными полями | |
| ГОСТ 30336/ГОСТ Р 50649 | Импульсное магнитное поле | |
| ГОСТ Р 50652 | Затухающее колебательное магнитное поле | |
| ГОСТ Р 50317.4.11 | Динамические изменения напряжения электропитания | |
| ГОСТ Р 50317.4.12 | Колебательные затухающие помехи, в том числе: одиночные колебательные затухающие помехи; повторяющиеся колебательные затухающие помехи | |
| ГОСТ Р 50317.4.14 | Колебания напряжения электропитания | |
| ГОСТ Р 50317.4.16 | Кондуктивные помехи в полосе частот от 0 до 150 кГц | |
| ГОСТ Р 51317.4.17 | Пульсации напряжения электропитания постоянного тока | |
| ГОСТ Р 51317.4.28 | Устойчивость к изменениям частоты питающего напряжения |
|
|
|
Под устойчивостью к электромагнитной помехе (помехоустойчивость) понимают способность технического средства (ТС) сохранять заданное качество функционирования при воздействии на него внешних помех с регламентируемыми значениями параметров.
Разнообразие испытуемого оборудования и систем затрудняют задачу установления однозначной оценки их реакции на воздействие.
Результаты испытаний классифицируются на основе следующих критериев качества функционирования с учетом условий применения и функциональных требований:
- А - нормальное функционирование в соответствии с установленными требованиями.
- В - временное ухудшение или потеря функции или работоспособности с самовосстановлением.
|
|
|
- С - временное ухудшение или потеря функции или работоспособности, которые требуют вмешательства оператора или перезапуска системы.
- D - ухудшение или потеря функции, которая не может быть восстановлена из-за повреждения оборудования (компонентов) или программного обеспечения, или потери данных.
В лабораторной работе производятся испытание технического средства на устойчивость к двум видам воздействий – провалам питающего напряжения и наносекундным импульсам.
Соответствующие требования и методы испытаний устанавливают ГОСТ Р 51317.4.4 [3] и ГОСТ Р 51317.4.11 [4], выдержки из текста которых приведены в приложениях А и Б данного руководства. Перед началом работы следует ознакомиться с ними.
Описание лабораторной установки
В данной лабораторной работе в качестве технического средства, подлежащего испытаниям, представлено электронное устройство, выполняющее функции генерации и счета импульсов. Устройство состоит из следующих функциональных блоков:
- генератора импульсов;
- испытываемый модуль счета импульсов;
- контрольный модуль счета импульсов.
Модуль счета импульсов имеет три каскада двоично-десятичных счетчиков, оборудован дисплеем для отображения результата счета, имеет счетный вход для подачи тактовых импульсов и вход сигнала сброса для обнуления счетчика (рис. 1).
|
|
|
В работе применены два счетных модуля – один для испытаний на ЭМС, второй – контрольный. Разница в показаниях испытываемого и контрольного модулей свидетельствует о сбоях в работе испытываемого модуля. Схема лабораторной установки показана на рис. 2.
Рис. 1. Схема счетного модуля.
Рис. 2. Схема лабораторной установки
Питание от сети 220 В на испытываемый модуль подается через имитатор провалов напряжений и перенапряжений (испытательный генератор динамических напряжений электропитания) ИПНП-8.
Имитатор ИПНП-8 (рис. 3) предназначен для испытаний технических средств на устойчивость к динамическим изменениям напряжения в соответствии с ГОСТ Р 51317.4.11-99 и обладает следующими техническими характеристиками:
Напряжение питания испытуемого оборудования - 220 В, с частотой 50 Гц.
Номинальный ток испытуемого оборудования - до 8 А.
Величина провала напряжения составляет -30 %, -60%, 100% от номинального напряжения питания.
Величина выброса напряжения составляет +20% от номинального напряжения питания.
Имеется возможность подстройки величины отклонения напряжения.
Имитатор снабжен устройством дискретного переключения длительности изменений напряжения от 10 мс до 9 с и периода их следования от 1 с до 900 с.
Динамические изменения напряжения осуществляются при переходе напряжения через ноль.
Имеется возможность установить фазу изменения напряжения 45, 90, 135 градусов в любом полупериоде напряжения.
Рис. 3. Имитатор ИПНП-8
На рис. 4 приведена осциллограмма напряжения на выходе имитатора при формировании им провала напряжения 100% с длительностью 20 мс (один период).
Рис. 4. Осциллограмма питающего напряжения с провалом 100%.
Для имитации воздействия высокочастотных помех на цепи питания и управления технического средства в лабораторной работе применен имитатор пачек помех ИПП-4000 (рис. 5). Назначение имитатора - испытание технических средств на устойчивость к наносекундным импульсным помехам в соответствии с ГОСТ Р 51317.4.4-99. Технические характеристики генератора:
Амплитуда импульсов напряжения фиксирована 0,25; 0,5; 1; 2; 4 кВ
Длительность фронта импульсов напряжения 5 нс
Длительность импульсов напряжения 50 нс
Частота следования импульсов в пачке 2.5; 5 кГц
Длительность пачки 15 мс.
Период следования пачек 300 мс
Полярность импульсов положительная и отрицательная.
Выходное сопротивление и емкость связи в соответствии с ГОСТ Р 51317.4.4-99.
Рис. 5. Имитатор ИПП-4000
Имитатор ИПП-4000 содержит встроенное однофазное устройство связи-развязки. Ввод помехи может осуществляться как несимметрично, так и симметрично. Изменение ввода помех осуществляется с помощью соединительных кабелей. В комплект с имитатором входят емкостные клещи связи ЕК для ввода помех в линии связи.
Схема силовой части генератора и осциллограммы формируемых им импульсов показаны на рис. 6. На рис. 7. показаны создаваемые генератором импульсы.
Рис. 6. Схема силовой части генератора ИПП-4000.
Рис. 7. Осциллограммы импульсов, формируемых генератором ИПП-4000.
Таким образом, в лабораторной работе осуществляется испытание технического средства на воздействие следующих факторов:
- провалы питающего напряжения;
- импульсные помехи в цепи питания;
- импульсные помехи в цепи сброса;
- импульсные помехи в цепи тактовых импульсов.
На стенде выведены три функциональные цепи устройства:
- цепь питания
- цепь тактовых импульсов
- цепь сброса.
Так же на стенде расположены три перемычки – две из них (синего цвета) являются обходными (пассивными), а одна (нижняя, красного цвета) является испытательной перемычкой. Ввод импульсных помех в эту перемычку осуществляется через емкость, образованную расположенной на стенде металлической пластиной и проводником, проложенным вдоль пластины. Паразитная емкость, образованная пластиной и проводником, составляет около 10 пФ.
В ходе работы необходимо последовательно переключить все рассматриваемые цепи через эту перемычку.
Дополнительно, существует возможность подключения к испытываемой перемычке конденсаторов различной емкости, которые расположены ниже исследуемой перемычки.
Методические указания
Перед началом работы следует проверить исходное состояние приборов и оборудования:
1. На генераторе провалов напряжения ИПНП-8 должно быть выставлено:
Регулятор величины отклонения напряжения на – 100 %,
Переключатель фазы – на 0.
Переключатель при длительности и периоде – на х1.
Период – на 1 сек.
Длительность – 1 мс.
Тумблер «Запуск» в отключенном (нижнем) положении.
2. На генераторе импульсов ИПП-4000 должно быть выставлено:
Полярность на «+»
Частота 2,5 кГц.
Тумблер «Запуск» в отключенном (нижнем) положении.
3. На стенде должно быть выставлено:
Тумблер Сеть в положении «Откл».
Регулятор амплитуды импульсов – в положении 250 В.
Тумблеры выбора шунтирующей емкости исследуемой цепи – все «откл».
Проверка ТС на устойчивость к провалам питающего напряжения производится следующим образом:
1. На стенде цепь питания должна быть заведена через испытательную перемычку.
2. Все тумблеры и переключатели приборов должны быть в исходном положении.
3. Включается питание имитатора ИПНП-8.
4. Включается питание ТС тумблером на стенде.
5. Нажимается кнопка «Сброс» на стенде для синхронизации показаний счетчиков.
6. Включается тумблер “Запуск» на имитаторе ИПНП-8.
7. Путем увеличения длительности провала напряжения регулятором на имитаторе ИПНП-8 добиваются сбоев в работе ТС (разности показаний счетчиков).
8. Фиксируются параметры провала питающего напряжения, при котором произошел сбой.
Затем следует повторить это испытание, но с включенными в испытательную цепь конденсаторами различной емкости. Для этого следует выполнить:
1. Все тумблеры и переключатели приборов переводятся в исходное положение.
2. Включается шунтирующая емкость номиналом 10 нФ и повторяются п. 1-8.
3. Включается шунтирующая емкость номиналом 470 мкФ и повторяются п. 1-8.
Проверка ТС на устойчивость к пачкам ВЧ помех производится следующим образом:
1. На стенде цепь питания должна быть заведена через испытательную перемычку. Остальные цепи завести через обходные перемычки.
2. Все тумблеры и переключатели приборов должны быть в исходном положении.
3. Включается питание имитатора ИПНП-8 (тумблер «Запуск» отключен).
4. Включается питание ТС тумблером на стенде.
5. Нажимается кнопка «Сброс» на стенде для синхронизации показаний счетчиков.
6. Включается питание имитатора ИПП-4000.
7. Включается подача импульсов тумблером «Запуск».
7. Путем увеличения амплитуды импульсов регулятором на стенде добиваются сбоев в работе ТС (разности показаний счетчиков).
8. Фиксируется амплитуда импульсов, при которых произошел сбой.
Затем следует повторить это испытание, но с включенными в испытательную цепь другими цепями – тактовой и цепи сброса. Для этого следует выполнить:
1. Все тумблеры и переключатели приборов переводятся в исходное положение.
2. Завести цепь тактовых импульсов в испытательную перемычку, остальные цепи завести через обходные перемычки и повторить п. 1-8.
3. Завести цепь сброса в испытательную перемычку, остальные цепи завести через обходные перемычки и повторить п. 1-8.
Испытания следует провести при различной полярности и частоте импульсов.
Все результаты испытаний должны быть занесены в отчет с указанием цепи, на которую производилось воздействие, характеристики воздействий, при которых начали происходить сбои в работе ТС. Используя ГОСТы (см. приложение) и полученные результаты испытаний, следует установить соответствующие степени жесткости испытаний по каждому виду воздействий.
По завершении измерений требуется рассчитать и построить на графике изменение напряжения питания с включенным в цепь питания дополнительном конденсаторе номиналом 470 мкФ и без него (без дополнительного конденсатора емкость фильтра 500 мкФ). Номинальное напряжение питания составляет 12 В. Ток, потребляемый ТС, равен 250 мА и принимается неизменным. Изменение напряжения происходит по закону:
U = U0 ´ 
,
где t – время, τ – постоянная времени разряда конденсатора с емкостью С на сопротивление R, определяется как τ = C·R. Провал напряжения считать равным 100%. График необходимо построить в интервале времени, в течении которого произойдет снижение напряжения до 1 В.
По графику требуется определить время t, при котором напряжение питания снизиться до 3,5 В – напряжения работоспособности схемы ТС. Соотнести полученное время с длительностью провалов, устанавливаемых в процессе работы.
Контрольные вопросы:
1. Что такое электромагнитная совместимость технических средств?
2. Что такое электромагнитная обстановка? Приведите примеры параметров, характеризующих электромагнитную обстановку.
3. Назовите критерии качества функционирования ТС.
4. Для чего производятся испытания ТС на ЭМС?
5. Какие виды испытаний ТС были рассмотрены в работе?
6. Какими ГОСТами определяется порядок проведения испытаний, исследованных в работе? Что устанавливают эти стандарты?
7. Что такое НИП?
8. Что такое динамическое изменение напряжения электропитания и постепенное изменение напряжения электропитания?
9. В каких пределах может влиять на питающее напряжение имитатор ИПНП-8?
10. Помехи с какими характеристиками создает имитатор ИПП-4000?
11. Объясните принцип работы силовой части имитатора ИПП-4000.
12. Какое мероприятие по снижению влияния провалов напряжения было исследовано в работе?
13. Объясните возможные причины появления провалов, прерываний и выбросовнапряжения в питающей сети.
14. Что такое и для чего применяются емкостные клещи связи?
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ГОСТ Р 51317.4.4-99 (МЭК 61000-4-4-95)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Совместимость технических средств электромагнитная
УСТОЙЧИВОСТЬ К НАНОСЕКУНДНЫМ ИМПУЛЬСНЫМ ПОМЕХАМ
Требования и методы испытаний
(выдержки из текста)
Настоящий стандарт распространяется на электротехнические, электронные и радиоэлектронныеизделия и оборудование (далее в тексте – технические средства) и устанавливает требования и методы испытаний технических средств (ТС) на устойчивость к наносекундным импульсным помехам (НИП). Стандарт устанавливает степени жесткости испытаний, которые относятся к различным условиям эксплуатации ТС, а также методы испытаний.
Целью настоящего стандарта является установление общих правил оценки качества функционирования ТС при воздействии НИП, возникающих в результате коммутационных процессов (прерывания индуктивных нагрузок, размыкание контактов реле и т.п.), на порты электропитания и сигналов ввода/вывода.
Стандарт устанавливает:
- форму сигнала испытательного напряжения;
- степени жесткости испытаний;
- требования к испытательному оборудованию;
- схемы рабочих мест для испытаний;
- методы испытаний.
В стандарте даны методы испытаний в лабораторных условиях и испытаний на месте эксплуатации ТС после их окончательной установки.
Определения
Порт – граница между ТС и внешней электромагнитной средой (разъем, зажим, клемма, корпус и т.п.).
Наносекундные импульсные помехи (НИП) - импульсные помехи, длительность которых лежит в пределах от одной наносекунды до одной микросекунды.
Емкостные клещи связи - устройство определенных размеров и характеристик для подачи НИП по схеме “провод-земля” на электрическую цепь ИТС без какого-либо гальванического соединения с указанной цепью.
Степени жесткости испытаний
Испытание на воздействие НИП - это испытание пачками импульсов наносекундной длительности, подаваемых на порты электропитания, заземления и сигналов ввода / вывода. Существенными особенностями НИП являются малая длительность фронта, высокая частота повторения и низкая энергия.
Для подачи НИП на цепи ввода/вывода следует по возможности использовать емкостные клещи связи. Однако, если клещи не могут быть использованы из-за механических проблем (размер, разводка кабелей) в кабельных соединениях, их можно заменить проводящей лентой или фольгой, которая навивается на проверяемые кабели. Емкость такого устройства связи с фольгой или лентой должна быть эквивалентна емкости стандартных клещей связи.
Для испытаний ТС на устойчивость к НИП (далее в тексте - испытания) устанавливают степени жесткости, указанные в таблице П.А1.
Таблица П.А1 – Степени жесткости испытаний
| Выходное испытательное напряжение ИГ в режиме холостого хода (+ 10 %) и частота повторения импульсов (+ 20 %) | |||||||
| Степень Жесткости Испытаний | Порт электропитания, порт заземления | Порт сигналов ввода / вывода | |||||
| Амплитуда импульсов, кВ | Частота повторения, кГц | Амплитуда импульсов, кВ | Частота Повторения, КГц | ||||
| 1 | 0,5 | 5 | 0,25 | 5 | |||
| 2 | 1 | 5 | 0,5 | 5 | |||
| 3 | 2 | 5 | 1 | 5 | |||
| 4 | 4 | 2,5 | 2 | 5 | |||
| Х | Специальная | Специальная | Специальная | Специальная | |||
| Примечание - Х представляет собой открытую степень жесткости испытаний, которая может быть установлена в стандартах на ТС конкретного вида и в технической документации на ТС. | |||||||
Рис. П.А1. Рабочее место для испытаний ТС в испытательной лаборатории
Рис. П.А2. Пример рабочего места для испытаний ТС на месте эксплуатации с подачей НИП
на порты сигналов ввода / вывода без использования емкостных клещей связи
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ГОСТ Р 51317.4.11-99 (МЭК 61000-4-11-94)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Совместимость технических средств электромагнитная
УСТОЙЧИВОСТЬ К ДИНАМИЧЕСКИМ ИЗМЕНЕНИЯМ
НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Требования и методы испытаний
(выдержки из текста)
Настоящий стандарт распространяется на электротехнические, электронные и радиоэлектронные изделия и оборудование (далее в тексте - технические средства), подключаемые к низковольтным распределительным электрическим сетям переменного тока (напряжением не более 1000 В), и устанавливает степени жесткости и методы испытаний на устойчивость к воздействию динамических изменений напряжения электропитания следующего вида:
- провалов,
- прерываний,
- выбросов,
а также к воздействию постепенных изменений напряжения электропитания. Настоящий стандарт применяют для технических средств (ТС) с номинальным потребляемым током не более 16 А в одной фазе.
Провалы, прерывания и выбросынапряжения появляются из-за повреждений электрических сетей и оборудования или из-за внезапного резкого изменения нагрузки. В определенных случаях могут возникнуть два или более последовательных провала или прерывания. Постепенные изменения напряжения вызываются медленно изменяющимися нагрузками в сети электропитания.
Динамические изменения напряжения случайны по своей природе и могут иметь различную амплитуду и длительность. Провалы напряжения и короткие прерывания не всегда являются скачкообразными, так как существует время реакции вращающихся механизмов и защитных элементов, подключенных к сетям электропитания. Если разветвленные (распределенные) сети электропитания внезапно отключаются (локально внутри предприятия или в зоне целого региона), то напряжение на ТС будет уменьшаться постепенно из-за наличия множества вращающихся механизмов, которые подсоединены к сетям электропитания. В течение некоторого периода времени вращающиеся машины будут работать как генераторы, посылающие электропитание в сеть.
Определения
Динамическое изменение напряжения электропитания - помеха, представляющая собой ступенчатое кратковременное изменение напряжения электропитания за регламентированный нижний или верхний предел, длительностью от полупериода частоты переменного тока до нескольких секунд с последующим возвращением к исходному значению.
Постепенное изменение напряжения электропитания - помеха, представляющая собой плавное изменение напряжения электропитания до более высокого или более низкого значения относительно установленного уровня напряжения.
Степени жесткости испытаний
Для испытаний ТС на устойчивость к динамическим изменениям напряжения электропитания устанавливают степени жесткости испытаний, указанные в таблице П.Б1.
Таблица П.Б1
Рис. П.Б1. Схема устройства для испытаний при воздействии провалов, прерываний, выбросов и постепенных изменений напряжения с использованием регулируемых трансформаторов и переключателей.
Дата добавления: 2021-05-18; просмотров: 137; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!