17.06.2014

Комплексы имитации сетей электропитания для испытаний технических средств на соответствие нормам по качеству электропитания и кондуктивным помехам.



Проблема обеспечения надежной работы современных технических средств (ТС), особенно современной радиоэлектронной аппаратуры, в условиях воздействия помех и раз-личных нестабильностей в сети их электропитания всегда была актуальной. Отраслевые и государственные стандарты регламентируют требования к качеству электрической энергии как в сети общего назначения, так и в автономных системах электроснабжения (СЭС) раз-личных объектов, а также к помехам, наводимым на шины питания различными внутренни-ми и внешними источниками (гармонические и импульсные помехи от радиочастотного из-лучения, коммутации, молниевых разрядов, электростатики – стандарты по электромагнитной совместимости (ЭМС). Требования и методы проверки ТС на соответствие качеству электропитания и электромагнитной совместимости (ЭМС) также изложены в многочислен-ных отечественные и международных стандартах.

Выполнение данных требований в полном объёме, с проведением испытаний ТС на восприимчивость к помехам в сети питания, до недавнего времени сдерживалось отсутстви-ем аттестованного испытательного оборудования - имитаторов СЭС, которые обеспечивали бы моделирование всех необходимых показателей качества электроэнергии.

ЗАО «ТЕСТПРИБОР» уже несколько лет успешно разрабатывает и поставляет на промышленные предприятия испытательные комплексы для проведения испытаний ТС на соответствие требованиям, установленным в как в государственных и отраслевых нормативных документах, так и в частных технических требованиях заказчика.  в различной комплектации. При этом могут быть сформированы комплексы:
для проведения испытаний авионики, устанавливаемой на борт самолёта или вертолёта, на соответствие требованиям ГОСТ 54073-2010 (19705-89), МУ-160, КТ-160, DO-160D;
для проведения испытаний аппаратуры, предназначенной для оснащения автомобилей и бронетанковой техники, на соответствие требованиям ГОСТ 28751-90, ГОСТ 21999-89;
для проведения испытаний аппаратуры, устанавливаемой на борт кораблей и подводных лодок;
для проведения испытаний аппаратуры, предназначенной для оснащения передвижных пунктов связи, на соответствие ГОСТ РВ 51937-2002;
для проведения испытаний аппаратуры, предназначенной для установки на искусственные космические объекты.

Комплексы функционально обеспечивают:
- питание ТС электроэнергией с заданными параметрами качества;
- генерацию стационарных и импульсных электрических (магнитных) полей (опция);
- создание на шинах питания кондуктивных помех (опция).

Эти комплексы были описаны ранее, например, в [1].

Дальнейшим развитием этого направления деятельности ЗАО «ТЕСТПРИБОР» стало создание типовых оптимизированных по стоимости и функционалу моделей комплексов постоянного тока сери ТЕКО-1000 и переменного тока серии ТЕКО-2000 (рисунок 1).
КИБС серии ТЕКО-1000

В соответствии с функциями структурно комплекс состоит из следующего оборудо-вания (рисунок 2):
 Структура построения комплекса имитации
Рисунок 2. Структура построения комплекса имитации.

- источника - имитатора постоянного тока и / или программируемого источника – имитатора переменного тока (однофазного или трехфазного), способного изменять выход-ное напряжение (и частоту) в широких пределах, обеспечивая требуемые в нормативно-технической документации (НТД) параметры;
- персонального компьютера с необходимым программным обеспечением; 
- цифроаналогового преобразователя, формирующего необходимые управляющие сигналы, подаваемые на источник-имитатор;
- осциллографа-приставки к ПК для контроля имитируемых процессов питающей се-ти (опция);

Все оборудование размещено в стандартном 19-дюймовом шкафу (настольном или напольном).

Источник электропитания выбирается в зависимости от рода имитируемой сети и требуемой мощности.

В качестве источников постоянного тока могут использоваться как модели на основе линейной стабилизации напряжения, так и с использованием импульсных методов преобразовании энергии.

Главными достоинствами источников питания на основе линейного стабилизатора напряжения является формирование очень чистого питания и возможность обеспечить очень быстрое (не более 200 мкс) программное изменение напряжения во всём выходном диапазоне. Эти свойства, в совокупности с прилагаемым программным обеспечением для построения кривых выходного напряжения, позволяют имитировать наложение на постоянное напряжение переменного напряжения (пульсаций) с частотой до 20 кГц. Кроме того, существуют возможности «подмешивать» в питание мощной нагрузки гармонические колебания до 100 кГц, вырабатываемые обычным лабораторным маломощным ге¬нератором. Есть и другие, полезные для испытания аппаратуры функции, например, возможность кратковременной отдачи в цепь питания тока, в три раза превышающего номинальный (максимальный).

Для имитации сети постоянного тока предлагаются программируемые источники питания немецкой фирмы Toellner Electroniс Instrumente GMBH серий TOE 88X5-YY или управляемые по аналоговому интерфейсу источники итальянской фирмы DANA S.r.l.(Италия). Данные источники имеют высокое быстродействие по изменению напряжения во всем выходном диапазоне (время изменения напряжения от 10% до 90% диапазона - не более 200мкс), т. к. построены на основе линейных стабилизаторов напряжения. 

Серия TOE 88X5-YY представлена широкой модельной линейкой с диапазоном вы-ходного напряжения от 0В до 100В и токами от 0 до 320А в зависимости от модели. 

Конструктивно источники данной серии строятся с использованием модульного принципа построения: один модуль является основным ведущим, остальные ведомыми (бус-терами). 

Количество бустеров устанавливается в зависимости от необходимой мощности. Максимально ведущий модуль поддерживает до 15 бустеров, что позволяет, например, по-строить имитатор СЭС номинального напряжения 27 В с мощностью более 1,5 кВт.

Комплексы имитации сети переменного тока строятся на основе программируемых источников питания как однофазных, так и трёхфазных моделей (с возможностью работы в однофазном режиме) с максимальной мощностью до 18000 Вт. Однофазные источники могут для увеличения мощности работать параллельно, а также их можно сконфигурировать в трёхфазные.

В режиме переменного тока эти программируемые источники питания позволяют выдавать любое напряжение питания от 0 до 300 В с частотой от 16 до 1000 Гц. 

Напряжение может быть модулировано как по амплитуде, так и по частоте, а для трёхфазных источников может быть запрограммирован фазовый сдвиг, изменяемый во времени, и разбаланс напряжений в различных фазах. Также возможно получение переменного напряжения со сдвигом на постоянную составляющую.

Наиболее перспективно применение источников питания фирмы Chroma (Тайвань), серий 61500 и 61700.

Для управления источниками в составе комплексов имитации сети постоянного тока ЗАО «ТЕСТПРИБОР» специально разработано программное обеспечение «Testpribor-KIBS», предоставляющее широкие возможности автоматизации всего цикла (или отдельных его этапов) испытаний ТС на устойчивость к искажениям параметров качества питающей сети в соответствии со всем спектром НТД (рисунок 3). Программа имеет дружественный интерфейс, понятный инженеру-испытателю, и позволяет создавать, редактировать и выполнять циклы испытательных воздействий в соответствии с требованиями НТД на устойчивость к помехам по сети электропитания, автоматически воспроизводя требуемые значения напряжений (частот) электропитания и подачи их на испытуемое ТС с заданной последовательностью и длительностью.

Имитируемые процессы:
- изменения напряжения (частоты) от 0 до 100 % номинального и перерывы питания любой длительности;
- пульсации напряжения с требуемым гармоническим составом (гармоники с часто-той от 0,1 до 100 кГц), а также с амплитудной и частотной модуляцией;
- изменения угла сдвига фаз и небаланса напряжений в трехфазной сети.

Достоинством программы является  работа с любым источником питания, имеющим аналоговый интерфейс управления, настройки под любой диапазон выходных и управляю-щих напряжений, 

Оно имеет дружественный русскоязычный интерфейс пользователя и существенно упрощает и сокращает время проведения испытаний.

Имеется возможность воспроизведения как отдельных этапов испытаний с сохране-нием параметров в пользовательский файл, так и воспроизведения всего испытательного цикла воздействий, записанных в различных пользовательских файлах (рисунок 4).
 Главное окно программы KIBS-TESTPRIBOR

Рисунок 3. Вид главного окна программы KIBS-TESTPRIBOR.
 
Окно испытательного цикла программы KIBS-TESTPRIBOR
Рисунок 4. Вид окна испытательного цикла программы KIBS-TESTPRIBOR.

Интерфейсом между источником и программой KIBS-TESTPRIBOR служит модуль аналогового вывода на основе цифроаналогового преобразователя фирмы National Instru-ments (США).

Выбор решения по подбору устройств генерации импульсных и гармонических по-мех, для разных типовых вариантов комплектации мало зависит от рода тока имитируемой сети, а больше от требований НТД. В одних случаях используются вышеописанные возможности источников питания, в других стандартные лабораторные генераторы в комплексе с широкополосными высокочастотными усилителями мощности, и наконец, специализированные - генераторы высоковольтных импульсов и мощные генераторы гармонических помех.

Эти генераторы формируют помехи, нормированные по форме, частоте и амплитуде международной системой стандартов по ЭМС для электросетей общего назначения. Форма, частота и амплитуда допустимых помех, регламентированная отраслевыми стандартными, часто отличаются от сигналов, вырабатываемых серийно-выпускаемыми генераторами. На-пример, импульсы напряжения, возникающие в электросети общего назначения, имеют дли-тельность – 100 мкс, а в авиационной СЭС по ГОСТ 54073-2010 – 10 мкс. Используя различ-ные схемы согласования («рассогласования»), аттенюаторы и дополнительные нагрузки, можно преобразовывать формы импульсов одного стандарта в импульсы другого стандарта.

Исходя из требований заказчика, специалисты ЗАО «ТЕСТПРИБОР» всегда могут подобрать оптимальный вариант испытательного комплекса требуемой мощности. Компакт-ность и удобство пользования, предлагаемых комплексов позволяет их использовать на всех стадиях их жизненного цикла АО: от разработки до приемо-сдаточных испытаний, а также при аттестации серийно выпускаемой продукции, в т.ч. и зарубежной. 

В заключение следует отметить, что поставляемые ЗАО «ТЕСТПРИБОР» комплексы имитации могут быть аттестованы по ГОСТ Р 8.568-97 с участием специализированных ор-ганизаций, аккредитованных ФГКУ ГНМЦ МО РФ на возможность проведения испытаний АО в соответствие требованиями, установленных в конкретной НТД.

Литература .
1. Оборудование для проведения испытаний технических средств на соответствие требованиям по электропитанию. Компоненты и технологии. №9, 2011, с. 177-180.
2. ISSN

Михаил Попов, К.Т.Н., ЗАО «Тестприбор» (Москва)