電路板測(cè)試基礎(chǔ)：您真的了解設(shè)備供電的質(zhì)量嗎？

一、為什么要關(guān)心供電質(zhì)量？

　　在辦公室和家里的“單相”供電環(huán)境里，總希望有持續(xù)不斷的220V電源為電路中的設(shè)備供電。事實(shí)上，電壓是持續(xù)變化的。為更好地理解電能質(zhì)量，可以用路上行駛的汽車做比喻：道路質(zhì)量影響著汽車的壽命，有些影響會(huì)立即被看到（如輪胎磨損），但有些影響需要一定時(shí)間后才會(huì)顯露。同理，電源質(zhì)量不好會(huì)增加設(shè)備的耗電；增加質(zhì)保成本、增加停機(jī)時(shí)間、減少設(shè)備壽命。當(dāng)電源指標(biāo)超限時(shí)，電壓/諧波監(jiān)測(cè)儀（例如美國(guó)理想工業(yè)公司的電壓/諧波監(jiān)測(cè)儀61-830簡(jiǎn)稱VPM）將及時(shí)告知給您具體信息。

　　二、為何電壓會(huì)出現(xiàn)異常？

　　在很多情況下，接入建筑內(nèi)的“電路”是相對(duì)平坦的，由于設(shè)備之間相互影響，“路面”會(huì)變得崎嶇不平。下圖中能看到電壓（所謂“電路”）的變化情況。

　　例如，當(dāng)您開(kāi)啟家用空調(diào)時(shí)，燈會(huì)變暗，就是由于電路中負(fù)荷短暫增加，影響了維持電燈亮度的電壓。如上圖所示，電路中電壓與電流的關(guān)系，負(fù)載電流增加，使電壓在相應(yīng)時(shí)段內(nèi)降低。類似這類事件可能導(dǎo)致計(jì)算機(jī)死機(jī)、敏感加工程序中斷、數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤以及其他很多問(wèn)題。

　　電能質(zhì)量不好可能造成很多不易診斷的、時(shí)有時(shí)無(wú)的問(wèn)題。電能質(zhì)量的影響因設(shè)備敏感度及其對(duì)電壓的適應(yīng)能力而異。通常設(shè)備都被設(shè)計(jì)為對(duì)供電有一定的適應(yīng)范圍。只有當(dāng)電壓超出設(shè)備設(shè)計(jì)范圍時(shí)，問(wèn)題才會(huì)被注意到，就如同某些汽車只適于在平坦路面行駛，而某些車能越野一樣。電壓/諧波監(jiān)測(cè)儀能捕捉導(dǎo)致出現(xiàn)問(wèn)題的事件，利用它您就能確定設(shè)備問(wèn)題是否與電源性能相關(guān)，并可驗(yàn)證現(xiàn)有電路能否支持添加敏感設(shè)備。

　　目前電能故障定位工具不是太簡(jiǎn)單就是太復(fù)雜。簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)記錄設(shè)備通常是對(duì)電壓進(jìn)行周期性采樣，只能提供有限信息。事件捕獲有可能影響您的設(shè)備，而重要的事件可能被錯(cuò)過(guò)。復(fù)雜的電能分析儀需要進(jìn)行設(shè)置并對(duì)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀，而且不是為墻壁插座而設(shè)計(jì)的。由于電器直接接入墻壁插座，所以這里是測(cè)量電壓最重要的地方。

三、何謂電能質(zhì)量

　　除非離變電站距離太遠(yuǎn)而受到過(guò)多因素的影響，電源接入建筑物時(shí)通常是潔凈的。影響電源質(zhì)量的情況往往發(fā)生在插座處。如果用示波器給交流電拍照的話，您就會(huì)發(fā)現(xiàn)，其波形是正弦波，這與交流電的發(fā)電原理有關(guān)。平滑或完好的正弦波形代表著您所用交流電源的質(zhì)量好。負(fù)載、導(dǎo)線及外在因素可能干擾平滑的正弦波形，使電源入口附近和下游設(shè)備的供電質(zhì)量下降。電壓事件和諧波都會(huì)造成電能質(zhì)量下降。

　　還用行駛中的汽車比喻，對(duì)運(yùn)行在有電壓事件的電路中設(shè)備而言，就如同在“顛簸的道路”上行駛的汽車。為了更好地理解電壓事件的不同形式，首先要對(duì)它們有個(gè)明確的定義。電壓事件是根據(jù)其規(guī)模和持續(xù)時(shí)間來(lái)描述的。所謂規(guī)模，即：事件有多么嚴(yán)重；持續(xù)時(shí)間，即：事件存在了多久。

　　電壓驟降 （SAGS）

　　電壓瞬間降低稱為驟降。其降低值可能很?。ū热?，降10％）或持續(xù)很短的時(shí)間。電壓下降持續(xù)超過(guò)1分鐘，則稱為“欠壓”；完全停電，則稱為“中斷”。電壓驟降可能因重負(fù)載啟動(dòng)造成，例如：電機(jī)、重型機(jī)械甚至吸塵器啟動(dòng)。電力系統(tǒng)的容量以及電路阻抗都會(huì)影響電壓驟降的規(guī)模。

　　電壓驟升 （SWELLS）

　　電壓驟升與電壓驟降正好相反。電壓短暫升高，并持續(xù)0.5秒至1分鐘。這種能量的釋放是由于電機(jī)或重型機(jī)械突然關(guān)斷引起的。電壓驟升較電壓驟降不常見(jiàn)但危害更大。持續(xù)超過(guò)1分鐘的電壓驟升，被稱為“過(guò)壓”。有時(shí)，在負(fù)載開(kāi)啟時(shí)會(huì)出現(xiàn)電壓驟降，由于系統(tǒng)過(guò)補(bǔ)償作用，緊跟著會(huì)出現(xiàn)電壓驟升。

　　脈沖（IMPULSES）

　　短時(shí)的非常高的電壓驟升或尖峰被稱為脈沖，其規(guī)?？赡軓恼ｋ妷旱?倍到幾千伏，持續(xù)時(shí)間從不足微秒到幾百微秒甚至幾秒。脈沖的特征是在正常電壓波形上疊加了極高的電壓尖峰。脈沖是由于在電力系統(tǒng)中，蓄積在電感或電容里的能量短時(shí)間釋放造成的。

　　諧波（HARMONICS）

　　與道路的顛簸起伏不同，諧波產(chǎn)生的影響是一系列重復(fù)出現(xiàn)的小波動(dòng)，就像在路肩上駕駛。電路中存在的諧波會(huì)造成額外的發(fā)熱、干擾通信線路、造成電子設(shè)備誤動(dòng)作、降低功率因數(shù)。

　　非線性負(fù)載，如：計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)、調(diào)速設(shè)備，會(huì)產(chǎn)生諧波。這些設(shè)備在電路中產(chǎn)生高于50Hz的頻率。電壓波形出現(xiàn)連續(xù)的“平頂”，意味著電源不能為負(fù)載提供其運(yùn)行所需要的電壓峰值。

　　使用電子設(shè)備越多，電壓受干擾的可能性越大。諧波影響傳統(tǒng)負(fù)載和導(dǎo)線，使其發(fā)熱量增加、誤觸發(fā)、通信設(shè)備產(chǎn)生噪聲。

　　諧波存在的數(shù)量以總諧波含量（Total Harmonic Distortion （THD））的百分?jǐn)?shù)表示。THD 超過(guò) 5% 就應(yīng)調(diào)查其原因。

　　電壓性能和電能質(zhì)量是等價(jià)的。了解電壓驟降、驟升、脈沖及總諧波含量（%THD），可以為您節(jié)約時(shí)間和金錢。

　　三、電壓超限會(huì)造成何種影響？

　　電壓驟降Voltage Sags

　　上圖所示：某電壓在連續(xù)7天內(nèi)的變化，在第1天出現(xiàn)了1次電壓短暫跌落。您可能會(huì)問(wèn)，如果電壓隨時(shí)都在變化，為何用電設(shè)備沒(méi)有隨即出現(xiàn)故障？其原因是，電子設(shè)備的電壓適應(yīng)范圍是正常電壓的±10％。而且，設(shè)備類型不同其承受電壓變化的持續(xù)時(shí)間也不同。電壓的首次變化不一定使設(shè)備損壞，但如果電壓波動(dòng)持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或電壓事件頻繁出現(xiàn)，超出了設(shè)備的耐受能力，設(shè)備就會(huì)損壞。

　　當(dāng)電壓不滿足設(shè)備供電指標(biāo)要求時(shí)，設(shè)備運(yùn)行就會(huì)變得困難、過(guò)熱或?qū)е陆^緣性能不能滿足實(shí)際電壓的變化。

　　例如某冰箱的電壓適應(yīng)范圍是正常電壓的±10%，如果出現(xiàn)上圖所示的電壓驟降，冰箱的輸入電壓降為108V （以北美120V電壓制式為例），則電機(jī)就會(huì)發(fā)熱、效率降低。長(zhǎng)期的或反復(fù)的電壓驟降會(huì)降低冰箱電機(jī)的使用壽命，導(dǎo)致電壓下降的原因有多種，包括線徑過(guò)細(xì)，線路過(guò)長(zhǎng)、用電設(shè)備過(guò)多等。

　　電壓驟升（Voltage Swells）

　　電壓驟升對(duì)電力系統(tǒng)的影響與電壓驟降不同，但結(jié)果是類似的。上圖所示：帶有若干臺(tái)計(jì)算機(jī)的線路，反復(fù)出現(xiàn)電壓驟升的情形。這些反復(fù)出現(xiàn)的電壓驟升可能導(dǎo)致硬件損壞、死機(jī)、異常，而一旦得知是由于電源問(wèn)題導(dǎo)致的，這些故障都可以迅速排除。

　　諧波（Harmonics）

　　上圖所示：開(kāi)關(guān)電源干擾了交流電波形。電流的正弦波波峰處產(chǎn)生了下陷。根據(jù)歐姆定律，電壓與電流成反比，一旦電流波形變成這樣的非正弦波，電壓波形也會(huì)收到影響。產(chǎn)生諧波的設(shè)備也會(huì)受到諧波的影響。如上所述，如果多臺(tái)設(shè)備都在用電，電壓波形的波峰處就會(huì)出現(xiàn)平頂，整流穩(wěn)壓電源就無(wú)法輸出穩(wěn)定的直流電。換言之，諧波會(huì)影響線路中的其他負(fù)載。

四、什么人需要使用電壓/諧波監(jiān)測(cè)儀

　　設(shè)備安裝與維護(hù)人員

　　通過(guò)此儀器觀察電壓參數(shù)

　　設(shè)備制造商

　　用于成本管理

　　檢查所安裝設(shè)備的供電是否滿足運(yùn)行要求

　　物業(yè)管理

　　對(duì)耗電費(fèi)用與停電故障進(jìn)行管理與維護(hù)；

　　鑒別是否由于電能質(zhì)量差造成設(shè)備故障；

　　驗(yàn)證昂貴設(shè)備的供電環(huán)境是否存在隱患；

　　驗(yàn)證UPS供電系統(tǒng)性能

　　電工

　　提高工作效率

　　快速定位停電故障原因

　　醫(yī)療衛(wèi)生設(shè)備維護(hù)人員

　　確認(rèn)設(shè)備性能

　　檢查敏感設(shè)供電質(zhì)量

　　實(shí)驗(yàn)室設(shè)備/IT設(shè)備管理人員

　　查看敏感設(shè)備供電質(zhì)量

　　普通用電戶

　　查看電能表之后設(shè)備的用電情況

　　UPS維護(hù)人員

　　協(xié)助用戶獲得用電需求情況

　　美國(guó)理想工業(yè)公司新近推出的電壓/諧波監(jiān)測(cè)儀61-830是一款功能強(qiáng)大的故障定位工具，它能探測(cè)到電壓驟降、驟升、漂移、脈沖和諧波，無(wú)論是內(nèi)在的還是外在的，它能有效地衡量導(dǎo)致設(shè)備故障的電能質(zhì)量問(wèn)題，并能驗(yàn)證電源是否符合設(shè)備運(yùn)行要求。無(wú)需設(shè)置，也不需要計(jì)算機(jī)或特殊軟件輔助，電壓/諧波監(jiān)測(cè)儀61-830即可及時(shí)報(bào)告電壓事件出現(xiàn)的時(shí)間、持續(xù)的時(shí)間、嚴(yán)重程度。所有這些信息都可通過(guò)瀏覽菜單的方式讀取。電壓/諧波監(jiān)測(cè)儀61-830是您開(kāi)始電能質(zhì)量分析的起點(diǎn)。