Комплексы имитации сетей электропитания для испытаний технических средств

Проблема обеспечения надёжной работы современных технических средств (ТС), особенно радиоэлектронной аппаратуры, в условиях воздействия помех и различных нестабильностей в сети их электропитания всегда была актуальной. Отраслевые и государственные стандарты регламентируют качество электрической энергии как в сети общего назначения, так и в автономных системах электроснабжения (СЭС) различных объектов, а также помехи, наводимые на шины питания различными внутренними и внешними источниками (гармонические и импульсные помехи от радиочастотного излучения, коммутации, молниевых и электростатических разрядов). Требования и методы проверки ТС на соответствие качеству электропитания и электромагнитной совместимости (ЭМС) также изложены в многочисленных отечественных и международных стандартах.

Выполнение данных требований в полном объёме с проведением испытаний ТС на восприимчивость к помехам в сети питания до недавнего времени сдерживалось отсутствием 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 как в государственных и отраслевых нормативных документах, так и в частных технических требованиях заказчика. 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 В 21999-86;
• 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 обеспечивают:

• питание ТС электроэнергией с заданными параметрами качества;
• генерацию стационарных и импульсных электрических (магнитных) полей (по заказу);
• создание на шинах питания кондуктивных помех (по заказу).

Эти комплексы описаны в литера­туре [1].

Дальнейшим развитием этого направления деятельности компании стало создание типовых, оптимизированных по стоимости и функциональным возможностям моделей комплексов постоянного тока серии ТЕКО-1000 (см. рис. 1) и переменного тока серии ТЕКО-2000.

В соответствии с функциями комплекс состоит из следующего оборудования (см. рис. 2):

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

Всё 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 преобразования энергии.

Главными достоинствами источников питания на основе линейного стабилизатора напряжения являются 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 зависимостей 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 генератором. Есть и другие функции, полезные для испытания аппаратуры, 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 всём выходном диапазоне (время изменения напряжения от 10 до 90% диапазона не более 200 мкс), т.к. они построены на основе линейных стабилизаторов напряжения.

Серия TOE 88X5-YY представлена широким модельным рядом с диапазоном выходного напряжения от 0 до 100 В и токами от 0 до 320 А. Конструктивно источники данной серии реализованы по модульному принципу: один модуль является ведущим, остальные ведомыми (бустерами). Количество бустеров устанавливается в зависимости от необходимой мощности. Ведущий модуль поддерживает до 15 бустеров, что позволяет, например, построить 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 18 кВт. Однофазные источники могут (для увеличения мощности) работать параллельно; также их можно сконфигурировать в трёхфазные источники.

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. Источники питания фирмы Chroma (Тайвань) серий 61500 и 61700 являются наиболее перспективными для использования в этих комплексах.

Для управления источниками в составе комплексов имитации сети постоянного тока 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 всеми требованиями НТД (см. рис. 3). 

Программа имеет интуитивно-понятный интерфейс и позволяет создавать, редактировать и выполнять циклы испытательных воздействий на устойчивость к помехам по сети электропитания с автоматическим воспроизведением требуемых значений напряжения (частоты) электропитания и подачи их на испытуемое ТС в заданной временно¢й последовательности.

Имитируемые процессы:

• изменения напряжения (частоты) от 0 до 100% номинального и перерывы питания любой длительности;
• пульсации напряжения с требуемым гармоническим составом (гармоники с частотой от 0,1 до 100 кГц), а также с амплитудной и частотной модуляцией;
• изменения угла сдвига фаз и небаланса напряжений в трёхфазной сети.

Достоинством программы является работа с любым источником питания, имеющим аналоговый интерфейс управления, и настройка под любой диапазон выходных и управляющих напряжений. Имеется возможность воспроизведения как отдельных этапов испытаний с сохранением параметров в пользовательский файл, так и всего испытательного цикла воздействий, записанных в различных пользовательских файлах (см. рис. 4).

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

Выбор устройств генерации им­пульсных и гармонических помех для разных типовых вариантов комплектации в основном определяется требованиями НТД. В одних случаях используются ранее описанные возможности источников питания, в других – стандартные лабораторные генераторы с широкополосными усилителями мощности или специализированные генераторы высоковольтных импульсов и мощные генераторы гармонических помех.

Эти генераторы формируют помехи, нормированные по форме, частоте и амплитуде в соответствии с 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. Например, импульсы напряжения, возникающие в электросети общего назначения, имеют длительность 100 мкс, а в авиационной СЭС по ГОСТ 54073-2010 указана длительность 10 мкс. Используя различные схемы согласования («рассогласования»), аттенюаторы и дополнительные нагрузки, можно преобразовывать формы импульсов одного стандарта в импульсы другого стандарта.

Исходя из требований заказчика, специалисты предприятия могут сконфигурировать оптимальный ва­риант испытательного комплекса требуемой мощности. Компактность и удобство использования предлагаемых комплексов позволяет задействовать их на всех этапах жизненного цикла оборудования: от разработки до приёмосдаточных испытаний, а также при аттестации серийно выпускаемой продукции, в том числе зарубежной.

В заключение следует отметить, что поставляемые комплексы имитации могут быть аттестованы по ГОСТ Р 8.568-97 с участием специализированных организаций, аккредитованных ФГКУ ГНМЦ МО РФ на возможность проведения испытаний оборудования на соответствие требованиям, установленным конкретной НТД.

Литература

1. Гудков С.А. Оборудование для проведения испытаний технических средств на соответствие требованиям по электропитанию. Компоненты и технологии. № 9. 2011. С. 177–180.

© СТА-ПРЕСС