Современная электроника №4/2022

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 23 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 В составе импульсного ИВЭП в зависи- мости от конструкции, номинальной мощности и других факторов может использоваться один, два или более ключей, которые формируют импуль- сы напряжения на первичной обмот- ке силового трансформатора. Наличие упомянутой обратной связи определя- ет большой стартовый ток: в начальный момент после включения в сеть напря- жение на выходе равно нулю, и, стре- мясь компенсировать это, схема управ- ления силовым ключом обеспечивает протекание значительного импульсно- го тока в первичной обмотке силового трансформатора. Выход на установив- шийся режим потребления тока обыч- но достигается в течение 2…10 полу- периодов сетевого напряжения. Это же характерно и для линейных ИВЭП. Более подробно принципы работы ИВЭП освещены в [2...4]. Исходя из этого, можно выделить для них группы подлежащих измерениям входных, выходных параметров элек- тропитания, а также передачи энер- гии в нагрузку (табл. 1). При этом их же можно сопоставить с рядом других преобразователей электрической энер- гии, например, электромеханическим и DC/DC-конвертерами. Все перечис- ленные здесь характеристики, а также ряд других, в том числе относящихся к работе силового ключа импульсных ИВЭП, позволяет измерять опция R&S RTO6-K31, функционирующая на аппа- ратно-программной платформе осцил- лографов серии R&S RTO6. Рассмотрим чуть более подробно перечисленные в табл. 1 группы харак- теристик. Оценка качества потребле- ния электроэнергии выполняется на основе оценки фазового сдвига между током и напряжением, который харак- теризует долю нежелательной реактив- ной мощности и определяет значение коэффициента мощности. Коэффици- енты напряжения и тока (Crest Factor) принято измерять как отношение их пикового значения к среднеквадрати- ческому после выхода ИВЭП на уста- новившийся режим. Эти параметры, номинально равные 1,41, являются интегральными характеристиками нелинейности отбора полной мощ- ности из питающей сети. Для оценки качества потребления электрической энергии необходимо использовать дифференциальный и токовый проб- ники. Измерения стартового тока осущест- вляются при помощи токового проб- ника. Их целью является определение кратности превышения им номиналь- ного значения, что влияет на выбор устройств защитного отключения. В типовом случае это отношение рав- но 2,5…4, а первоначальная накачка импульсных ИВЭП энергией занимает 2…7 полупериодов сетевого напряже- ния, в каждом из которых наблюдается уменьшение потребляемого тока. Так- же при помощи пробников тока выпол- няется измерение гармоник потребляе- мого тока. В отличие от многих других свойств ИВЭП, потребление тока на гармониках нормируется стандартами по электромагнитной совместимости в обеспечение сохранения приемле- мого качества электрической энергии [5], т.е. результаты измерений требуют сопоставления с нормами, которые в большинстве случаев устанавливают- ся вплоть до сороковой гармоники. Опция R&S RTO6-K31 позволяет про- водить испытания устройств согласно требованиям стандартов EN 61000-3-2, MIL-STD-1399 и RTCA DO-160F и выпол- нять автоматическое сопоставление с установленными ими нормами. Тестирование ИВЭП по выходу пред- усматривает определение уровня пуль- саций выходного напряжения и его спектра, а также, в общем случае, пере- ходной характеристики, демонстриру- ющей способность ИВЭП следовать за изменяющейся нагрузкой. В последнем случае сопротивление нагрузки ИВЭП должно быть управляемым, а сам объ- ект тестирования выводится из равно- весного состояния соответствующим внешним событием, отслеживаемым по динамике изменения выходного тока ИВЭП. Здесь, очевидно, предпочтитель- ным является применение электрон- ных управляемых нагрузок. Пульсации на выходе ИВЭП могут оцениваться по току или напряжению, и последний вариант является предпо- чтительным. При осуществлении таких измерений должны анализировать- ся как положительные, так и отрица- тельные выбросы напряжения и тока. Спектральные составляющие в составе выходного напряжения ИВЭП опреде- ляются не только наличием пульсаций, но и радиошумом, прошедшим через фильтрующие цепи, а также порож- дённым переходными процессами при широтно-импульсной модуляцией. Наконец, третья группа характери- стик из перечисленных в табл. 1 даёт представление об энергетической эффективности ИВЭП. Для проведения измерений входной и выходной мощ- ности полезного действия необходимо использовать два токовых и два диф- ференциальных пробника. Возмож- ные их колебания и соответствующие изменения коэффициента полезного действия оцениваются путём много- кратных измерений и набора соответ- ствующей статистики. Измерения вре- мени включения и выключения ИВЭП производятся с использованием двух дифференциальных пробников, под- ключаемых к его входу и выходу, а ком- мутационное событие специально фор- мируется оператором. Настройки опции R&S RTO6-K36 для каждого из перечисленных видов измерений пояснены в эксперимен- тальной части статьи. Как мы видим, первоосновой для осуществления оценок названных параметров явля- ются осциллограммы напряжения и/ Типовая номенклатура контролируемых характеристик ИВЭП Группа Контролируемые характеристики I. Тестирование ИВЭП по входу Качество потребления электрической энергии Коэффициент мощности Значения активной, реактивной и полной мощности Коэффициенты амплитуды тока и напряжения Пусковой ток Максимальные значения пускового тока в заданных интервалах времени Гармоники потребляемого тока Максимальные значения токопотребления на гармониках Соответствие действующим нормам II. Тестирование ИВЭП по выходу Пульсации на выходе Статистические характеристики амплитуды, частоты, периода и скважности пульсаций Переходная характеристика Время нарастания, достижения пикового значения, вхождения в полосу допуска, задержка отклика, уровень выброса по амплитуде Спектр Амплитуды гармоник пульсаций выходного напряжения на частотах, кратных частоте преобразования III. Оценка передачи мощности в нагрузку Энергетическая эффективность Статистические характеристики для коэффициента полезного действия, входной и выходной мощности Время включения/ выключения Временной интервал, в течение которого напряжение на нагрузке ИВЭП возрастёт до 90% (снизится до 10%) от номинального значения после достижения напряжением на входе ИВЭП заданного порогового уровня