СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 3/2016

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 80 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2016 Гармонический анализ: выявление проблем целостности сигналов в системах питания Рис. 1. Пример входных сигналов импульсного источника питания: верхняя развёртка – немного искажённое входное напряжение; средняя развёртка – ток, потребляемый источником от сети (характерная форма для нелинейной нагрузки); нижняя развёртка – потребляемая мощность К современным сетям питания могут подключаться самые разнообразные устройства: импульсные источники питания, регулируемые электроприводы с преобразованием частоты, источники бесперебойного питания, светодиодные осветительные приборы, зарядные устройства, инверторные преобразователи, генераторы и многие другие. Причём размер и надёжность многих таких устройств определяется, в первую очередь, входящими в их состав нелинейными компонентами. Это требует от разработчиков особого внимания к влиянию нелинейных токов на качество напряжения в сети питания. Симран Нанда, Keysight Technologies Импульсные источники питания широко применяются в электронном оборудовании – компьютерах, мони- торах, телевизорах и другом. Обыч- но эти устройства потребляют нели- нейный (импульсный) ток и поэтому являются сильными источниками гар- моник в сети питания (см. рис. 1). Это справедливо и для приводов с преоб- разованием частоты, которые часто применяются для управления двига- телями переменного тока, например, в бытовой технике или в системах отопления, вентиляции и кондицио- нирования. Даже светодиодные лам- пы, несмотря на малую потребляемую мощность, могут порождать гармони- ки достаточно высокого уровня при параллельном включении большого числа устройств. Отрицательное влияние гармоник хорошо известно: перегрев кабелей и трансформаторов, ток в нейтраль- ном проводнике, неожиданное сраба- тывание автоматических выключате- лей, повышенное электромагнитное излучение и сокращение срока служ- бы электродвигателей и трансформа- торов. Кроме того, для питания с учётом этих гармоник приходится использо- вать кабели большего сечения и транс- форматоры с запасом мощности, что влечёт за собой дополнительные рас- ходы. Чтобы смягчить эти проблемы при разработке новых устройств, нуж- но оценить реальный уровень гармо- ник, что может оказаться весьма непро- стой задачей. Д ОБРОПОРЯДОЧНЫЕ ПОТРЕБИТЕЛИ В СЕТИ ПИТАНИЯ Конечно, проблемы чрезмерного уровня гармоник выходят далеко за пределы тестируемого устройства. Любое искажение напряжения или снижение качества питания влияет на всех потребителей, подключённых к рассматриваемому участку сети. Гар- монические токи и напряжения могут сложным образом взаимодействовать с другим оборудованием, подключён- ным к сети питания, порождая трудно- диагностируемые проблемы. Чтобы минимизировать эти про- блемы, инженеры-энергетики про- веряют, являются ли их устройства «добропорядочными потребителями» в сети питания и не ухудшают ли они качество сигнала переменного тока для других потребителей. Измерение коэффициента нелинейных иска- жений (КНИ, THD), коэффициента мощности и уровня гармоник в сети питания является хорошим показате- лем того, как тестируемое устройство влияет на качество питающего напря- жения. Рекомендации IEEE и IEC описыва- ют методы выполнения измерений и определяют максимальные уров- ни гармоник для мощных электрон- ных устройств, подключённых к сети питания (IEEE 519, IEC 61000-3-2). Многие стандарты, относящие- ся к качеству питания, регламенти- руют уровень гармоник, поскольку это позволяет рациональным спосо- бом указать контролируемые преде- лы искажений. Например, в таблице показаны пределы гармонических токов, определённые в IEC 61000-3-2 класс A (оборудование, потребляющее <16 А на фазу). Если источник питания укладыва- ется в описанные выше пределы, он будет оказывать минимальное влияние