电压暂降与中断测试方法
电压暂降与短时中断是低压供电系统中常见的电能质量扰动,也是电磁兼容抗扰度测试的重要项目。其核心目的是验证电气电子设备在供电电压突然降低或短时消失时,能否保持规定性能或安全恢复。工程实践中,测试方法主要依据 IEC 61000-4-11(每相输入电流 ≤16 A)及 IEC 61000-4-34(每相输入电流 >16 A),国内对应标准为 GB/T 17626.11 和 GB/T 17626.34。
电压暂降指供电电压有效值突然降至额定值的 90%~1%,持续半个周期至数秒;短时中断则指电压降至 0% 或接近 0%,持续半个周期至数秒。测试中通常用剩余电压百分比表示暂降深度,例如 70% UT 表示电压降至额定值的 70%。
IEC 61000-4-11 给出的典型测试等级包括:
- 电压暂降:0% UT,0.5 周期;0% UT,1 周期;40% UT,5 周期;40% UT,10 周期;70% UT,10 周期;70% UT,25 周期(50 Hz)或 30 周期(60 Hz)。
- 短时中断:0% UT,250 周期(50 Hz)或 300 周期(60 Hz)。
对于 50 Hz 系统,1 周期为 20 ms,因此 250 周期对应 5 s。产品标准可能根据实际环境选择更严酷或更宽松的等级。
测试设备与连接
典型测试系统包括:
- 可编程交流电源或专用电压暂降发生器,用于产生可编程的剩余电压、持续时间和相位角。
- 耦合/去耦网络,用于隔离电网与受试设备,防止干扰反馈。
- 电压监测装置,如示波器、电压探头或数据记录仪,用于记录实际电压波形。
- 受试设备(EUT)及其性能监测设备。
连接时,发生器输出直接为 EUT 供电,监测装置接在 EUT 电源端口。发生器应具备快速切换能力,电压上升/下降时间通常为 1~5 μs,过冲应受控。测试相位角一般选择 0° 和 180°,以覆盖不同整流或控制电路的敏感时刻。
测试方法与步骤
- 预处理:EUT 在额定电压和频率下运行至稳定状态,记录初始性能。
- 设置参数:根据产品标准确定额定电压 UT、频率、剩余电压百分比、持续时间、相位角和重复次数。
- 施加扰动:从额定电压突然切换至剩余电压,保持规定时间后恢复额定电压。
- 观察记录:监测 EUT 在暂降、中断及恢复过程中的工作状态和性能变化。
- 重复测试:每个测试等级和相位角通常重复 3 次,间隔至少 10 s。
- 结果评估:按性能判据 A、B、C 判定。A 表示性能正常;B 表示暂时降级但可自恢复;C 表示需人工干预才能恢复;若出现损坏或不安全状态,则判为不合格。
对于三相设备,应分别进行单相、两相和三相暂降/中断测试,以评估相间耦合和不对称供电的影响。
示例:230 V/50 Hz 单相设备测试
以额定电压 230 V、频率 50 Hz 的控制器为例,测试 70% UT、10 周期暂降:
- 剩余电压 = 230 V × 70% = 161 V。
- 持续时间 = 10 × 20 ms = 200 ms。
- 相位角选择 0° 和 180°,各重复 3 次,间隔 10 s。
- 若控制器在暂降期间输出保持正常,判为 A。
- 若输出短暂波动,但电压恢复后自动恢复正常,判为 B。
- 若需手动重启才能恢复,判为 C。
- 若出现永久损坏或数据丢失,则不合格。
若进行 0% UT、250 周期短时中断测试,则电压降至 0 V,持续 5 s。此时应重点关注 EUT 内部储能、复位电路和看门狗行为。
结果评估与注意事项
测试报告应记录额定电压、频率、测试等级、持续时间、相位角、重复次数、实际电压波形、EUT 工作模式及性能判据。工程中需注意:
- 测试容差:剩余电压通常允许 ±5%,持续时间允许 ±20%。
- 相位角影响:0° 和 180° 可能触发不同敏感路径,不应省略。
- 工作模式:应在典型和最恶劣负载条件下测试。
- 监测隔离:避免监测设备引入额外干扰或接地回路。
- 安全防护:短时中断可能引起电机重启、继电器抖动或电弧,需做好防护。
通过规范执行电压暂降与中断测试,可以有效暴露设备电源设计、复位逻辑和储能环节的薄弱点,为产品整改和可靠性提升提供依据。