Thiết bị chạy tốt trên lưới điện phòng thí nghiệm không nói lên điều gì về việc nó chạy thế nào trên lưới thật. Lưới thật có sụt áp khi động cơ lớn khởi động ở xưởng bên cạnh, có mất điện chớp nhoáng nửa chu kỳ khi thiết bị đóng cắt chuyển mạch, có tần số dao động quanh giá trị danh định, và có dạng sóng méo vì hàng trăm bộ chỉnh lưu khác treo trên cùng một nhánh. Nguồn AC lập trình tồn tại để tái tạo những điều kiện đó một cách có kiểm soát và lặp lại được.
Bài viết đi qua ba việc: nguồn AC lập trình khác gì biến áp điều chỉnh, các phép thử sụt áp theo IEC 61000-4-11 yêu cầu gì ở nguồn, và chọn cấu hình theo tiêu chí nào.
Nguồn AC lập trình khác biến áp điều chỉnh ở đâu
Biến áp tự ngẫu điều chỉnh được điện áp, và chỉ điện áp. Nó không đổi được tần số, không dựng được dạng sóng méo có chủ ý, không tạo được bước nhảy pha, và quan trọng nhất là không cắt điện tại một góc pha xác định — trong khi gần như mọi phép thử miễn nhiễm nguồn đều được định nghĩa theo góc pha và số chu kỳ.
Nguồn AC lập trình là bộ khuếch đại công suất có dạng sóng do phần mềm điều khiển. Lấy dòng AC6900 của Keysight làm ví dụ cụ thể, dải làm việc như sau:
- Điện áp ra AC: hai thang 160 V và 320 V, đặt được từ 0,0 đến 161,0 V và từ 0,0 đến 322,0 V, phân giải 0,1 V.
- Độ chính xác điện áp: ±(0,15 % + 0,3 V) trong dải 45 Hz đến 500 Hz; nới ra ±(1 % + 0,3 V) và ±(1 % + 0,6 V) cho hai thang khi chạy từ 500 Hz đến 5 kHz.
- Tần số: 1 Hz đến 5 kHz, độ chính xác ±0,01 % với hệ số nhiệt ±0,005 %/°C. Phân giải 0,01 Hz dưới 100 Hz, 0,1 Hz đến 999,9 Hz, và 1 Hz từ 1 kHz trở lên.
- Cấu hình pha: chuyển được giữa một pha, một pha ba dây và ba pha bốn dây. Sai số góc nằm trong 120° ± (0,4° + fo × 0,9°) với fo tính bằng kHz.
- Chế độ DC: ±226 V và ±452 V, độ chính xác ±(0,15 % + 0,3 V), dùng riêng hoặc chồng lên sóng AC làm thành phần một chiều.
- Méo hài tổng: 0,3 % dưới 100 Hz, 0,5 % dưới 330 Hz, và 1,5 %/kHz tới 5 kHz. Điều chỉnh theo lưới ±0,1 %.
Con số cần chú ý là độ chính xác tần số và sai số góc pha. Đó chính là hai thông số quyết định việc nguồn có cắt điện đúng góc pha yêu cầu hay không — và với các phép thử nửa chu kỳ, sai một vài độ pha là ra một kết quả khác.
Thử nghiệm sụt áp theo IEC 61000-4-11
IEC 61000-4-11 là tiêu chuẩn cơ sở về miễn nhiễm với sụt áp, gián đoạn ngắn và biến thiên điện áp — trong tài liệu tiếng Anh thường gọi tắt là phép thử dip and interrupt. Tên đầy đủ của bản 2020 nêu rõ phạm vi: dành cho thiết bị có dòng vào tới 16 A mỗi pha. Thiết bị có dòng vào trên 16 A mỗi pha thuộc phạm vi của IEC 61000-4-34.
Bản 2020 là ấn bản thứ ba, thay thế ấn bản thứ hai năm 2004 cùng Sửa đổi 1:2017. Thay đổi đáng chú ý nhất với người vận hành phòng thử: thời gian sườn lên và sườn xuống của quá độ nay đã trở thành thuật ngữ được định nghĩa chính thức ở Điều 3, nên sườn của bước nhảy điện áp là một đại lượng có định nghĩa mà nguồn phải dựng được, chứ không chỉ cần “đạt đúng biên độ”.
Tiêu chuẩn tổ chức yêu cầu thành bốn bảng: Bảng 1 nêu mức và thời lượng ưu tiên cho sụt áp, Bảng 2 cho gián đoạn ngắn, Bảng 3 quy định thời điểm của biến thiên điện áp ngắn hạn, và Bảng 4 đặc tả bộ tạo. Các mức thử được dùng là 0 %, 40 %, 70 % và 80 % điện áp danh định UT, với thời lượng trải từ nửa chu kỳ lên tới 300 chu kỳ.
Ý nghĩa thực hành của dải thời lượng đó: mức nửa chu kỳ thử khả năng tụ lọc đầu vào giữ được điện áp một nhịp; các mức vài chục chu kỳ thử vòng điều khiển của bộ nguồn có bám lại được không; còn mức 300 chu kỳ (khoảng 6 giây ở 50 Hz) thực chất là thử hành vi tắt và khởi động lại — thiết bị có tự phục hồi đúng trạng thái, hay treo, hay tệ hơn là khởi động lại ở trạng thái không an toàn.
Dòng AC6900 có sẵn chức năng mô phỏng nhiễu loạn lưới điện dựng ngay trong máy, cùng bộ tuần tự (sequencer) tạo chuỗi bước thay đổi điện áp và tần số theo thời gian — các kịch bản nêu trên chạy được từ mặt máy, không bắt buộc viết chương trình điều khiển từ máy tính.
Mô phỏng lưới ngoài phạm vi EMC: hàng không và tần số cao
Dải tần tới 5 kHz của dòng AC6900 không phải để phục vụ lưới dân dụng — lưới dân dụng chỉ cần 50 hoặc 60 Hz. Dải đó nhắm vào thiết bị hàng không, vốn làm việc ở danh định 400 Hz, 800 Hz hoặc tới 5000 Hz, theo hai tiêu chuẩn RTCA DO-160 và MIL-STD-704. Cả hai tiêu chuẩn này đều bao gồm phép thử miễn nhiễm cho cả nguồn AC lẫn nguồn DC, nên khả năng chồng thành phần DC lên sóng AC của máy là yêu cầu thực chất chứ không phải tính năng phụ.
Bên cạnh sóng sin chuẩn, máy dựng sẵn được dạng sóng đỉnh bị cắt (peak clipped) và dạng sóng đỉnh phẳng (flat curve) — đây là hai dạng méo điển hình của lưới thật khi có nhiều tải chỉnh lưu, và là bài thử sát thực tế hơn nhiều so với sóng sin lý tưởng.
Đo lường tích hợp: bớt được một tủ thiết bị
Một điểm dễ bỏ qua khi so sánh cấu hình: dòng AC6900 gộp năng lực của đồng hồ vạn năng, máy phân tích sóng hài và máy phân tích công suất vào cùng một khung máy. Máy đo được điện áp và dòng ở chế độ AC, DC và AC+DC; điện áp và dòng đỉnh; công suất thực, biểu kiến và phản kháng; hệ số đỉnh và hệ số công suất; sóng hài của cả điện áp lẫn dòng, cho biên độ và pha tới bậc 50; cùng méo hài tổng.
Độ chính xác đo điện áp AC đạt ±(0,03 % + 100 mV) trong dải 45 Hz đến 100 Hz — với các bài thử sóng hài dòng và dao động điện áp ở mức tiền chứng nhận, con số này thường là đủ, nghĩa là không phải mua thêm máy phân tích công suất riêng.
Chọn nguồn AC lập trình Keysight cho bài toán của bạn
Trong dòng AC6900, ký tự cuối tên máy cho biết trần tần số: hậu tố L giới hạn ở 550 Hz, hậu tố H lên tới 5 kHz. Con số ở giữa là công suất tính bằng kVA.
Nguồn xoay chiều Keysight AC6903L ở mức 3 kVA và 550 Hz là cấu hình phù hợp cho phần lớn công việc thử miễn nhiễm lưới dân dụng: đủ dải tần cho 50/60 Hz và các bội tần cần khảo sát, đủ công suất cho thiết bị gia dụng và thiết bị công nghiệp cỡ nhỏ. Ở cấu hình ba pha, dòng hiệu dụng tối đa là 10 A cho thang thấp và 5 A cho thang cao.
Khi cần chạy bài thử hàng không hoặc thử tải lớn hơn, nguồn xoay chiều Keysight AC6906H nâng lên 6 kVA và mở trần tần số tới 5 kHz, với dòng ba pha 20 A và 10 A tương ứng hai thang. Đây là mốc cấu hình đáng cân nhắc nếu phòng thử của bạn có ý định phục vụ khách hàng ngành hàng không trong vòng vài năm tới — nâng cấp sau tốn kém hơn nhiều so với chọn đúng ngay từ đầu.
Với nhu cầu lớn hơn nữa, nguồn AC ba pha Keysight AC6912L ở mức 12 kVA nằm trong nhóm cho phép ghép song song tối đa 4 khối máy. Ở chiều ngược lại, nếu chỉ cần thử thiết bị một pha công suất nhỏ trên bàn, nguồn AC lập trình Keysight AC6802B ở mức 1000 VA là lựa chọn gọn và tiết kiệm hơn hẳn.
Về bảo vệ, dòng AC6900 có bảo vệ quá dòng, quá áp, quá công suất và quá nhiệt, kèm rơ-le ngắt đầu ra và ngõ ức chế từ xa cho phép cắt đầu ra bằng một tín hiệu TTL — hữu ích khi cần dừng khẩn cấp bài thử tự động mà không phải chờ phần mềm phản hồi.
Nếu bài toán của bạn nghiêng về phía thử nghịch lưu và trả năng lượng về lưới thay vì chỉ cấp nguồn một chiều cho tải, bài Nguồn tái sinh hai chiều: thử nghiệm nghịch lưu và mô phỏng lưới bàn đúng lớp thiết bị đó.
Kết luận
Chọn nguồn AC lập trình nên bắt đầu từ danh sách tiêu chuẩn mà sản phẩm phải vượt qua, không phải từ con số kVA. Trần tần số quyết định bạn có phục vụ được ngành hàng không hay không; độ chính xác góc pha quyết định các phép thử nửa chu kỳ có lặp lại được hay không; và các chức năng mô phỏng nhiễu loạn cùng bộ tuần tự dựng sẵn quyết định một chiến dịch thử mất một ngày hay mất một tuần.
Techmaster Electronics là đại lý ủy quyền của Keysight tại Việt Nam, có phòng hiệu chuẩn đạt ISO/IEC 17025. Để được tư vấn cấu hình nguồn AC theo đúng bộ tiêu chuẩn sản phẩm của bạn, hoặc để đặt lịch hiệu chuẩn định kỳ, liên hệ hotline 0908 173 345.
