EMV-Störfestigkeitsprüfung: Wechselspannungseinbrüche und Unterbrechungen (IEC 61000 4-11, 4-34)
Dieser Blog befasst sich mit den Anforderungen an die Anstiegs- und Abfallzeit der Generatorwechselspannung, wie sie in Abschnitt 6.1.2, Tabelle 4 der IEC-Prüfnorm IEC61000-4-11 Ed. 3 und Abschnitt 6.1.1, Tabelle 4 von IEC61000-4-34. Ebenfalls enthalten ist ein Überblick über IEC61000-4-11 Ed.3, Anhang D, Abschnitte 3, 4 und 5, die diese Anforderung detaillierter behandeln und eine Begründung dafür liefern. Diese Anforderung kann verwirrend sein.
IEC 61000-4-11 Abschnitt 6.1.2, Tabelle 4, Text
| Beschreibung | Spezifikationen |
|---|---|
| Spannungsanstiegs- (und -abfall-) zeit tr (und tf), siehe Abbildungen 1b) und 2, bei abruptem Wechsel, Generator belastet mit 100 Ω ohmscher Last | Zwischen 1 μs und 5 μs |
Begründung für den Bedarf an schnellen Fallzeiten
Im Falle eines Kurzschlusses in der Leitung kann die Spannung an den Eingangsklemmen des Geräts in weniger als 5 μs auf Null fallen. Stammt der Kurzschluss aus dem öffentlichen Netz, so ist die Abfallzeit relativ langsam und liegt in der Größenordnung von Hunderten von Mikrosekunden bis zu einigen Millisekunden. Entsteht der Kurzschluss jedoch am Ort des Geschehens, z. B. durch den Ausfall eines anderen, in unmittelbarer Nähe installierten Geräts, geht die Netzspannung innerhalb von Mikrosekunden auf Null zurück, wobei in einigen Fällen eine Abfallzeit von weniger als 1 μs berichtet wurde.
In diesem Fall werden die Eingangsgleichrichterdioden des Geräts aufgrund der sehr schnellen Spannungsanstiegszeit mit einer plötzlichen hohen Sperrspannung vom Durchlassmodus in den Sperrmodus umgeschaltet. Da diese Dioden in der Regel für eine natürliche Netzkommutierung mit einer Anstiegszeit der Spannung im Bereich von Millisekunden ausgelegt sind, stellt dieses Ereignis eine erhöhte Belastung für die Gleichrichterdioden dar. Generell können schnelle Spannungstransienten auch die Elektronik stören und zu Schäden an den Geräten führen.
Tests mit einer schnellen Abfallzeit im Bereich von einigen Mikrosekunden, die den Kurzschlusszustand nachbilden, können verwendet werden, um die Robustheit von Geräten gegen schnelle transiente Kurzschlüsse auf der Leitung zu testen.
Beachten Sie, dass die IEC 61000-4-34 die gleichen Anforderungen an die Anstiegs- und Abfallzeiten für EUTs stellt, die weniger als 75A/Phase benötigen. Für EUTs mit höherer Leistung sind bis zu 50 usec für eine vollständige Konformitätsprüfung zulässig.
Die meisten programmierbaren -Quelle erfüllen diese Anforderungen an die Anstiegs- und Abfallzeit der Wechselspannung nicht, es sei denn, sie sind stark überdimensioniert und/oder verwenden lineare Verstärkertechnologie.
For Pacific Power Source ECTS2 Harmonics and Flicker test systems equipped with the Electronic Power Transfer Switch (EPTS) option, the requirement for voltage rise and fall time capability is handled by the EPTS hardware and not a function of the AC power source used for the test, provided that the power source output inductance is low enough to guarantee that it does not affect rise or fall times. Generally, a power source with < 100 µH will suffice to meet the < 5 us specification.
EPTS-3-75 Elektronischer Stromübertragungsschalter - dreiphasig, 100 A pro Phase
Die Übergangszeiten für Spannungseinbrüche und -unterbrechungen werden von den elektronischen Halbleiterschaltern bestimmt, die zwischen den beiden Wechselspannungsquellen umschalten. Dies erfordert die Synchronisierung der programmierbaren -Quelle , die die Spannungseinbrüche und -unterbrechungen liefert, mit der vom örtlichen Energieversorger bereitgestellten Nennspannung, in der Regel 230Vac und 50Hz oder 120Vac und 60Hz. Dieses Konzept ist in der nachstehenden Abbildung dargestellt.
PPS Elektronischer Stromübertragungsschalter (EPTS) Systemdiagramm
The resulting voltage transients at 90° and 270° where the voltage slew rates have to be fast enough to meet the < 5 µsec rise and fall times. For the case of 230Vac nominal voltage, the resulting voltage waveforms for the EPTS are shown in the two scope images below.
EPTS Spannungsanstiegs- und -abfallzeiten
Zusammenfassung
Um die Anforderungen von IEC 61000-4-11, Abschnitt 6.1.2, vollständig zu erfüllen, wäre jedoch die Verwendung eines EPTS erforderlich. Abschnitt 6.1.2 verlangt die Verifizierung der Anstiegs- und Abfallzeiten bei 90 und 270 Grad mit einer 100-Ohm-Widerstandslast für einen vollständig konformen Eintauch- bzw. Unterbrechungstestgenerator.
Dieser Ansatz ist besonders in Asien und Europa nützlich. EPTS-Geräte sind in ein- oder dreiphasiger Ausführung und mit bis zu 100 Arms pro Phase erhältlich. Siehe https://pacificpower.com/products/epts-option für verfügbare Modelle. Mit den EPTS-Geräten müssen auch die Anforderungen der IEC61000-4-11 und IEC61000-4-34 für Einschaltspitzen nicht mehr erfüllt werden. Siehe unseren separaten Anwendungshinweis "IEC 61000-4-11 & 34 Testing and AC Source Peak Current".
Für Anwendungen in den USA wird eine zweite Wechselstromquelle oder ein Wechselstromgenerator benötigt, um mit 50Hz, 230VLN ein- oder dreiphasiger Nennspannung zu testen.