Investigación sobre la aplicación del simulador de onda anular en la prueba de inmunidad EMC de equipos eléctricos y electrónicos.

Resumen
En las redes eléctricas industriales y los sistemas de suministro eléctrico civil, se generan interferencias de onda anular oscilatorias amortiguadas debido a la conmutación de interruptores de alta tensión, la oscilación transitoria de transformadores, fallas de potencia y la conmutación de cargas inductivas. Estas perturbaciones transitorias se acoplan a los equipos eléctricos y electrónicos a través de las líneas de alimentación y de señal, lo que puede provocar fácilmente fallos en los equipos, mal funcionamiento e incluso daños en el hardware. Como instrumento clave de prueba de compatibilidad electromagnética (CEM), simulador de onda anular El generador de ondas anulares puede reproducir interferencias de ondas anulares del mundo real en condiciones de laboratorio. Realiza pruebas de inmunidad de acuerdo con GB/T 17626.12‑2023, IEC 61000‑4‑12 y otras normas para evaluar la capacidad de inmunidad del equipo bajo prueba (EUT) contra dichas interferencias, identificar puntos débiles de aislamiento y defectos de antiinterferencias de circuitos de manera oportuna y garantizar el funcionamiento estable del equipo en entornos de energía complejos. LISUN Este artículo, que toma como objeto de estudio el simulador de ondas anulares de la serie RWG61000-12, describe el mecanismo de generación de interferencias de ondas anulares, las funciones principales del simulador, los parámetros técnicos clave y los escenarios de aplicación en ingeniería en diversos sectores, con el fin de proporcionar referencias para las pruebas prácticas de inmunidad a las ondas anulares en materia de compatibilidad electromagnética (EMC).

Introducción

Los equipos eléctricos y electrónicos modernos se utilizan ampliamente en el control industrial, estaciones de carga de energías renovables, dispositivos médicos, electrodomésticos, medidores de potencia y otros campos. Sus entornos de suministro eléctrico están plagados de diversas perturbaciones electromagnéticas transitorias. La onda anular es un pulso transitorio oscilatorio amortiguado no repetitivo, que suele presentarse en redes de alimentación de CA de baja tensión. Cuando se activan interruptores de alta tensión, se produce una oscilación transitoria en los devanados de los transformadores, se producen arranques y paradas de motores de gran escala o cortocircuitos en los sistemas eléctricos, y la reflexión de ondas viajeras se activa por desajustes de impedancia de línea, generando pulsos oscilatorios de 100 kHz de gran amplitud, de rápido ascenso y atenuación gradual, conocidos como interferencia de onda anular.

Dicha interferencia se acopla a los equipos a través de los cables de alimentación y señal, afectando a los bucles de alimentación y las interfaces de señal. Muchos dispositivos funcionan con normalidad en condiciones ideales de alimentación de laboratorio, pero con frecuencia sufren anomalías de control, interrupciones de comunicación y fallos de funcionamiento al conectarse a las redes eléctricas de campo. Un gran número de estos fallos tienen su origen en la perturbación de la onda anular. Para evitar los riesgos de fallo de los equipos causados ​​por entornos electromagnéticos de campo, los productos deben superar pruebas estandarizadas de inmunidad a la onda anular durante las fases de I+D y homologación. El simulador de onda anular constituye el hardware principal para dichas pruebas. Puede reproducir formas de onda anulares estandarizadas en laboratorios, independientemente de las complejas condiciones de campo, y realizar una evaluación de inmunidad repetible y comparable para detectar de antemano los riesgos de diseño ocultos de los productos, lo que lo convierte en un dispositivo de prueba indispensable para la verificación de la compatibilidad electromagnética.

1. Principio de funcionamiento y funciones principales del simulador de onda anular

El simulador de onda anular, también conocido como generador de onda anular, consta principalmente de una unidad de almacenamiento de energía de alto voltaje, una red de conformación de pulsos, un módulo amplificador de potencia, una red de acoplamiento-desacoplamiento (CDN) y un sistema de control de interacción hombre-máquina. Los circuitos de oscilación LC generan formas de onda oscilatorias amortiguadas estándar. Tras la amplificación de potencia, se emiten señales de pulso con voltaje y corriente específicos. La red de acoplamiento-desacoplamiento inyecta perturbaciones en los puertos del equipo bajo prueba, aislando simultáneamente la alimentación externa para evitar que los pulsos de prueba contaminen la red eléctrica en sentido inverso y garantizar la seguridad de la prueba y la fidelidad de la forma de onda.

La función principal del simulador de onda anular es simular la interferencia de onda anular que experimentan los equipos eléctricos y electrónicos en escenarios reales. Reproduce pulsos oscilatorios amortiguados generados por la operación de interruptores de alta tensión, oscilaciones transitorias de devanados de transformadores, fallas en sistemas de potencia y conmutación de cargas inductivas. Las señales de perturbación se aplican al equipo bajo prueba (EUT) de acuerdo con las especificaciones de forma de onda estándar nacionales e internacionales para pruebas de inmunidad estandarizadas, con el fin de evaluar el nivel de resistencia del EUT a la interferencia de onda anular. Durante las pruebas, se pueden detectar a tiempo los puntos débiles del aislamiento del equipo, los defectos en los bucles de potencia y las vulnerabilidades de los circuitos de protección de interfaz para guiar la optimización del hardware, asegurando así el funcionamiento continuo y estable del equipo después de su implementación en entornos de potencia complejos.

Los operadores pueden ajustar la amplitud del voltaje de salida, la impedancia de salida, la polaridad del pulso y la fase de sincronización con la red eléctrica para simular interferencias de diferentes niveles de severidad. Se observa el estado operativo del EUT bajo inyección de perturbaciones. La degradación del rendimiento, las anomalías funcionales y los daños al hardware se evalúan según los criterios de especificación del producto para la evaluación del nivel de inmunidad. LISUN El simulador de onda anular de la serie RWG61000-12 está equipado con una pantalla táctil Android en chino e inglés para la configuración visual de parámetros y el registro automático del proceso de prueba, lo que lo hace adecuado para las pruebas de conformidad EMC en múltiples industrias. 

2 Parámetros clave de LISUN Simulador de onda anular serie RWG61000-12

El LISUN La serie RWG61000-12 de simuladores de onda anular incluye cuatro modelos que cubren niveles de salida de 4 kV y 6 kV, equipados con redes de acoplamiento-desacoplamiento monofásicas y trifásicas de cinco hilos, respectivamente, adecuados para electrodomésticos monofásicos, contadores y equipos industriales trifásicos. Esta serie cumple con las normas GB/T 17626.12-2023, IEC 61000-4-12:2017, EN 61000-4-12:2017, GJB151B-2013 y otras. Las principales especificaciones técnicas se enumeran en la Tabla 1.

Tabla 1. Especificaciones principales del simulador de ondas anulares de la serie RWG61000-12

Como se muestra en los parámetros anteriores, este simulador de onda anular proporciona dos configuraciones estándar de impedancia de salida: 12 Ω y 30 Ω, que corresponden a condiciones de prueba con diferentes impedancias de fuente especificadas en las normas. Admite activación síncrona de frecuencia de potencia de CA de 0° a 360°, lo que puede simular escenarios donde la interferencia de onda anular ocurre en ángulos de fase arbitrarios de voltaje de frecuencia de potencia y mejora la reproducibilidad de la prueba. La versión de 4 kV es adecuada para electrodomésticos y equipos de control industrial en general, mientras que los modelos de 6 kV RWG61000-12A y RWG61000-12AT están dirigidos a equipos de potencia y productos de energías renovables de niveles de severidad más altos. El CDN monofásico es adecuado para pequeños electrodomésticos y medidores eléctricos; el CDN trifásico de cinco hilos se aplica para convertidores de frecuencia, motores trifásicos y otros equipos industriales, cubriendo una amplia gama de productos.

RWG61000-12_AL

3 Aplicaciones industriales del simulador de onda anular

Los simuladores de ondas anulares se utilizan ampliamente en la investigación y el desarrollo de productos, la verificación de la fiabilidad y las pruebas de tipo en los sectores de control y potencia industrial, energías renovables, electrodomésticos, electrónica médica y otros.

En las industrias de control industrial y equipos de potencia, los PLC, servomotores, enrutadores industriales, medidores de energía y dispositivos de protección de relés deben someterse a pruebas de inmunidad de la línea eléctrica con simuladores de onda anular, que simulan la interferencia de oscilación amortiguada causada por el arranque y la parada de motores y la conmutación de transformadores en las fábricas. Estas pruebas permiten detectar retardos en los comandos, errores de comunicación y fallos de funcionamiento de los relés, además de evaluar el rendimiento del aislamiento, evitando así el sobrecalentamiento de los equipos y garantizando el funcionamiento seguro de las líneas de producción y los sistemas de distribución de energía.

En los sectores de energías renovables y electrónica automotriz, los puertos de entrada de alimentación y los puertos de comunicación CAN de los puntos de carga CA/CC requieren pruebas de inmunidad a la onda anular con simuladores de onda anular para simular perturbaciones en la red eléctrica y perturbaciones de onda anular inducidas por la conmutación interna de los puntos de carga, verificando si se producen interrupciones en la carga y fallos en la comunicación. Los sistemas de gestión de baterías (BMS) y los cargadores a bordo (OBC) para automóviles también pueden utilizar simuladores de onda anular para reproducir la interferencia de oscilación transitoria de los sistemas de alimentación del vehículo y garantizar el funcionamiento fiable de los componentes electrónicos a bordo.

En el caso de los electrodomésticos y la electrónica de consumo, los refrigeradores, aires acondicionados, lavadoras, adaptadores de corriente y enchufes inteligentes utilizan simuladores de ondas de anillo para reproducir las perturbaciones generadas por el arranque y la parada del compresor y la conmutación de aparatos de alta potencia en las redes eléctricas residenciales. Se verifica si el equipo se averiará o sufrirá un mal funcionamiento, y los circuitos de protección de los puertos de alimentación se optimizan previamente para mejorar la fiabilidad de los productos de consumo.

Los equipos médicos electrónicos requieren una alta fiabilidad operativa. Los monitores de pacientes, los dispositivos ultrasónicos, las bombas de infusión y otros instrumentos médicos deben utilizar simuladores de ondas anulares para simular las perturbaciones de la red eléctrica causadas por la conmutación de equipos hospitalarios de gran tamaño, como la tomografía computarizada (TC) y la resonancia magnética (RM), verificando que no se produzcan desfases de datos ni falsas activaciones para garantizar la seguridad del diagnóstico.

4. Importancia práctica y conclusión

La perturbación por onda anular existe objetivamente en las redes de suministro eléctrico reales, y numerosos fallos de productos in situ se originan por su impacto. El simulador de onda anular proporciona soluciones de ensayo de laboratorio estandarizadas y reproducibles. Sin necesidad de recrear condiciones complejas in situ, se pueden simular pulsos de oscilación amortiguada reales para completar la evaluación de inmunidad del equipo bajo prueba (EUT), localizar puntos débiles de aislamiento y defectos en los circuitos de protección, y optimizar el diseño de la placa de circuito impreso (PCB), el diseño de la conexión a tierra y la selección de componentes de protección contra sobretensiones. La probabilidad de fallo de los equipos in situ se puede reducir desde la fase de I+D.

El LISUN Serie RWG61000-12 simulador de onda anular Cumple plenamente con los requisitos de forma de onda de las normas nacionales, militares e internacionales. Sus múltiples configuraciones monofásicas y trifásicas satisfacen las exigencias de los laboratorios de I+D y las instituciones de ensayo externas. Las pruebas de inmunidad a ondas anulares no solo sirven para la certificación de conformidad, sino que también constituyen un método fundamental para mejorar la adaptabilidad ambiental y la fiabilidad de los equipos eléctricos y electrónicos. Con la creciente popularidad de los equipos industriales y de energías renovables, los simuladores de ondas anulares desempeñarán un papel cada vez más importante en la verificación de la compatibilidad electromagnética (CEM).