El papel y la aplicación del principio de funcionamiento del generador de sobretensiones en la evaluación de la tolerancia del equipo a la interferencia transitoria de alta energía

Compendio

1. Introducción

Con el rápido desarrollo de la automatización industrial, la tecnología de la comunicación y la industria electrónica de consumo, los equipos eléctricos y electrónicos exigen cada vez más estabilidad en su entorno operativo. Sin embargo, las descargas eléctricas generan altos voltajes y corrientes instantáneas en los cables de alimentación y las líneas de señal de los equipos mediante inducción electromagnética. Al mismo tiempo, el funcionamiento de cargas inductivas-capacitivas de gran capacidad, como el arranque y la parada de grandes motores en talleres y la conmutación de armarios de compensación de condensadores en sistemas eléctricos, también causa interferencias transitorias, como subidas y bajadas repentinas de voltaje en la red eléctrica. Si estas interferencias superan el límite de tolerancia del equipo, pueden provocar fallos y pérdida de datos en casos leves, y la rotura de componentes y la paralización del sistema en casos graves.

Para resolver este problema, la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI) formuló la norma IEC61000-4-5 “Compatibilidad Electromagnética – Parte 4-5: Técnicas de Prueba y Medición – Prueba de Inmunidad a Sobretensiones (Impacto)”, que unifica los métodos de prueba y los indicadores de evaluación para interferencias transitorias de alta energía. Como dispositivo clave que cumple con esta norma, el principio de funcionamiento del generador de sobretensiones permite simular con precisión las formas de onda transitorias generadas por la inducción de rayos y la conmutación de carga, y proporciona una base común para las pruebas de tolerancia de cables de alimentación y cables de conexión internos de diferentes tipos de equipos (como estaciones base de comunicaciones, electrodomésticos, componentes electrónicos de automoción, etc.), convirtiéndose así en una herramienta indispensable en los procesos de investigación y desarrollo de equipos, producción e inspección de calidad.

Generador de sobretensiones SG61000 5 

2. Principio de funcionamiento del generador de sobretensiones Principio de funcionamiento y requisitos de la norma IEC61000-4-5

2.1 Principio de funcionamiento del generador de sobretensiones Principio de funcionamiento

La función principal del principio de funcionamiento del generador de sobretensiones es generar formas de onda de pulso transitorio que cumplan con los estándares, y su proceso de funcionamiento se divide principalmente en tres etapas: almacenamiento de energía, modulación de forma de onda e inyección de pulso:

• Etapa de almacenamiento de energía:El dispositivo carga el condensador interno de gran capacidad a través de una fuente de alimentación de CC de alto voltaje y ajusta el voltaje de carga según los requisitos de prueba para lograr el almacenamiento de diferentes niveles de energía (la fórmula de cálculo de energía es

donde $C$ es el valor de capacitancia y $V$ es el voltaje de carga).

• Etapa de modulación de forma de ondaCuando el condensador se descarga, el circuito de amortiguación RLC, compuesto por inductores y resistencias, modula el tiempo de subida, la duración de pico y las características de atenuación del pulso, garantizando así que la forma de onda de salida cumpla con la norma IEC61000-4-5. Por ejemplo, la forma de onda de tensión de 1.2/50 μs (tiempo de subida de 1.2 μs, tiempo de semipico de 50 μs) y la forma de onda de corriente de 8/20 μs (tiempo de subida de 8 μs, tiempo de semipico de 20 μs) para la prueba de cables de alimentación se obtienen mediante la adaptación precisa de los parámetros del circuito.

• Etapa de inyección de pulso:El pulso transitorio modulado se inyecta en el cable de alimentación o en el cable de conexión interno del equipo bajo prueba (EUT) a través de una red de acoplamiento/desacoplamiento (CDN), al tiempo que se evita que el pulso interfiera con la red eléctrica u otros equipos de prueba.

2.2 Requisitos básicos de la norma IEC61000-4-5

La norma IEC61000-4-5 proporciona especificaciones técnicas claras para las pruebas de sobretensión, que incluyen principalmente los tres aspectos siguientes:

• Requisitos de forma de ondaLa norma especifica dos tipos principales de formas de onda. Una es la forma de onda de tensión de 1.2/50 μs (circuito abierto) y la forma de onda de corriente de 8/20 μs (cortocircuito), que se utiliza para simular la inducción de rayos; la otra es la forma de onda de tensión de 10/700 μs y la forma de onda de corriente de 5/320 μs para interferencias en líneas de transmisión de larga distancia. El principio de funcionamiento del generador de sobretensiones debe ser capaz de generar estas formas de onda con precisión, y el error de los parámetros de la forma de onda debe controlarse dentro de un ±20 %.

• Niveles de pruebaSegún la intensidad de la interferencia electromagnética del entorno de uso del equipo, la norma divide los niveles de prueba en Niveles 1-4 y Nivel X (personalización especial). Los picos de tensión y corriente correspondientes a cada nivel se muestran en la siguiente tabla:

• Configuración de pruebaLa norma exige que el sistema de prueba incluya el principio de funcionamiento de un generador de sobretensiones, una red de acoplamiento/desacoplamiento (CDN), un sistema de puesta a tierra y un equipo de monitoreo. Entre estos, la CDN debe lograr un acoplamiento efectivo entre el pulso y el EUT, y aislar este último de la red eléctrica para evitar la difusión de interferencias. El sistema de puesta a tierra debe tener una impedancia ≤ 0.5 Ω para garantizar la descarga segura de la energía del pulso.

3. Características técnicas y ventajas de LISUN SG61000-5 Principio de funcionamiento del generador de sobretensiones

El LISUN SG61000-5  El principio de funcionamiento del generador de sobretensiones es un dispositivo de prueba de alto rendimiento que cumple totalmente con el estándar IEC61000-4-5, y sus parámetros técnicos y diseño funcional cumplen totalmente con los requisitos de prueba de tolerancia de los equipos en diferentes industrias.

3.1 Parámetros técnicos básicos

Los parámetros técnicos clave de este dispositivo se muestran en la siguiente tabla. Su rango de salida cubre los requisitos de prueba de nivel 1 a 4, con alta precisión de forma de onda y gran estabilidad.

3.2 Ventajas funcionales

• Adaptabilidad a múltiples escenariosEl dispositivo admite tres impedancias de salida de 2 Ω, 12 Ω y 500 Ω, que satisfacen los requisitos de prueba de cables de alimentación (2 Ω/12 Ω) y líneas de señal (500 Ω), respectivamente. No se requiere reemplazo de hardware adicional, lo que reduce el costo de la prueba.

• Experiencia de operación inteligente:Está equipado con una pantalla táctil de 7 pulgadas, que admite la configuración de parámetros con un solo clic, visualización de forma de onda en tiempo real y almacenamiento de datos de prueba; al mismo tiempo, proporciona un software de control del lado de la PC, que puede realizar la vinculación de múltiples dispositivos y la generación automática de informes de prueba, mejorando la eficiencia de la prueba.

• Diseño de protección de seguridad:Tiene circuitos de protección incorporados contra sobretensión, sobrecorriente y sobretemperatura, que cortan automáticamente el suministro de energía cuando el dispositivo es anormal; la carcasa está hecha de materiales retardantes de llama y el terminal de conexión a tierra cumple con los estándares de seguridad, lo que garantiza la seguridad de los operadores y el equipo.

4. Proceso de prueba de tolerancia de equipos basado en el principio de funcionamiento del generador de sobretensiones

Tomando el LISUN SG61000-5 Tomando como ejemplo el principio de funcionamiento del generador de sobretensiones, combinado con la norma IEC61000-4-5, el proceso de prueba de tolerancia de los cables de alimentación del equipo y los cables de conexión internos se puede dividir en los siguientes cinco pasos:

4.1 Preparación para la prueba
Conexión del equipo: Conecte el principio de funcionamiento del generador de sobretensiones al cable de alimentación del equipo bajo prueba (EUT) a través de una red de acoplamiento/desacoplamiento (CDN) y conecte el EUT a la carga de acuerdo con el estado de funcionamiento real; al mismo tiempo, conecte el equipo de monitoreo (como osciloscopios, analizadores de potencia) para observar el voltaje, la respuesta de la corriente y el estado operativo del EUT.
Configuración de parámetros: Determine el nivel de prueba de acuerdo con el entorno de uso del EUT (por ejemplo, seleccione el Nivel 3 para equipos de comunicación al aire libre) y configure el pico de voltaje/corriente correspondiente (como voltaje de 2 kV y corriente de 1 kA para el Nivel 3), la polaridad del pulso (5 pruebas para positivo y negativo respectivamente) y el intervalo de pulso (1 minuto por prueba para evitar el sobrecalentamiento del EUT) en el generador.

4.2 Pruebas previas
Inyecte uno o dos pulsos de baja energía (por ejemplo, el 1 % del nivel de prueba) para verificar si la conexión del sistema de prueba es normal, si el equipo de monitoreo puede recopilar datos con precisión y si el EUT funciona correctamente. Si hay una conexión suelta o anomalías en los datos, se deben realizar ajustes a tiempo antes de reiniciar.

4.3 Pruebas formales
Inyecte pulsos transitorios según los parámetros establecidos y observe el estado operativo del EUT después de cada pulso:
Función normal: El EUT no presenta fenómenos como fallas, pérdida de datos y degradación del rendimiento;
Degradación temporal del rendimiento: el EUT presenta anomalías funcionales temporales, pero se recupera automáticamente después de que finaliza el pulso;
Falla funcional: El EUT tiene fallas permanentes, como quema de componentes y fallas al arrancar.

4.4 Registro y análisis de datos
Registre el estado del EUT después de cada inyección de pulso, obtenga el pico de voltaje, el pico de corriente del cable de alimentación y los datos de respuesta transitoria de los cables de conexión internos a través del equipo de monitoreo y compárelos con los indicadores de juicio de "operación normal del equipo" en el estándar IEC61000-4-5 (como fluctuación de voltaje ≤ 10%, sin daño permanente) para evaluar el nivel de tolerancia del EUT.

4.5 Generación de informes de pruebas
Organice los datos de prueba y genere un informe que incluya el modelo del equipo de prueba, la base estándar, la configuración de los parámetros, los registros del estado del EUT y las conclusiones de tolerancia, que proporciona una base para la investigación y el desarrollo del equipo, la mejora o la certificación de calidad.

5. Casos de aplicación práctica
5.1 Prueba de tolerancia de los cables de alimentación de los equipos de la estación base de comunicaciones
Un fabricante de equipos de comunicación utilizó el LISUN SG61000-5 Principio de funcionamiento del generador de sobretensiones para realizar pruebas de tolerancia en el nuevo módulo de potencia de la estación base 5G. El nivel de prueba fue 3 (cumple con los requisitos del entorno exterior). Los datos específicos se muestran en la siguiente tabla:

Análisis: En la etapa inicial de las pruebas, el EUT sufrió una falla eléctrica temporal. Tras la investigación, se detectó que el umbral de activación del circuito de protección contra sobretensión del módulo de potencia era demasiado bajo. Tras ajustar los parámetros del circuito de protección, el equipo pudo soportar de forma estable interferencias transitorias de nivel 3, cumpliendo así con los requisitos de funcionamiento en exteriores de la estación base.

5.2 Prueba de cables de conexión internos de electrodomésticos
Una empresa de electrodomésticos utilizó este generador para realizar pruebas de Nivel 2 (en interiores) en los cables de conexión del motor interno de lavadoras. Los resultados de las pruebas se muestran en la siguiente tabla:

Conclusión: Los cables de conexión internos de la lavadora pueden soportar interferencias transitorias de alta energía de nivel 2 y no se necesita ninguna mejora en el diseño.

6. Conclusión y perspectiva
Como herramienta fundamental para evaluar la tolerancia de los cables de alimentación y los cables de conexión internos de los equipos a las interferencias transitorias de alta energía, el principio de funcionamiento del generador de sobretensiones proporciona una base unificada para la evaluación del rendimiento de equipos en diferentes industrias y tipos gracias a sus capacidades de prueba estandarizadas. LISUN SG61000-5 Principio de funcionamiento del generador de sobretensiones Muestra ventajas significativas en las pruebas de comunicaciones, electrodomésticos, electrónica automotriz y otros campos debido a sus parámetros técnicos que cumplen con el estándar IEC61000-4-5, adaptabilidad a múltiples escenarios y diseño de operación inteligente.