電能質量實例分析：出故障的醫療儀器

　　測量工具：Fluke43B電能質量分析儀

　　Fluke87真有效值數字萬用表，Fluke27數字萬用表

　　操作者：電氣承包商

　　所使用的功能：True-RMS電壓、平均電壓、電壓波形

　　問題描述

　　這是系統的解決問題的重要性的一個典型例子。它涉及一個與數家高技術制造廠合作的電氣承包商。

　　該案例首先以拜訪一個大廈經理開始，這個經理正受其電氣系統的困擾。按這個經理的說法，在他的建筑內，沒有什么電氣設備可以正常工作，并且沒有人能夠確定是什么原因或提出一個解決方案。這個經理還說，他的三個電工已經辭職了，現在他陷入了真正的麻煩之中。

　　承包商問了很多問題――試圖得到更加詳細的問題描述。這種努力毫無結果，于是，承包商被帶到了情況最糟糕的大廈部位。他遵循一種原則：“當拿不準時，從最糟糕的負載開始”。

　　在遠處的一個角落，一臺大的醫療儀器正在經受嚴格的測試程序。儀器裝備有一個大的顯示屏、一個鍵盤和一個有幾根電纜和軟管連接至其它設備的控制面板。操作者的顯示屏顯示測試程序正在運行。

　　和醫療儀器相鄰的是一個用于修理電路板的工作臺。工作臺上有一個烙鐵、一個放大鏡，和一個風扇。工作臺的電源板和醫療儀器使用同一個電源插座。當承包商正在觀察時，工作臺邊的人打開了風扇。就在此時，操作顯示屏成了空白，然后又出現了大字體顯示的“ProgramReset”（程序復位）字樣。

　　測量方法

　　承包商測量了為兩臺設備供電的插座的電壓。他的Fluke87真有效值數字萬用表測量的值為115V。大廈經理利用他的Fluke27平均響應數字萬用表重復了測量，顯示電壓為118V。為什么真有效值萬用表的讀數會較低呢？

　　真有效值設備在測量時將進行校正，但是在測量方波或類似方波的波形時，讀數較平均響應設備低。承包商連接了Fluke43B來顯示電壓波形。讀數顯示，波形（如圖１所示）在頂部被嚴重斬波了――使波形比正弦波更象一個方波。所測量的峰值只有135V，遠遠低于所期望的162V。

　　于是，承包商畫了一個系統的單線示意圖。示意圖顯示，為測試區域供電的變壓器在大廈內相對的另一端――大約有500英尺的距離（如圖２）。該變壓器的多數負載是非線性的，在電壓的峰值處，他們都吸收高峰值電流。高峰值電流和最后的高阻抗相結合，在電路的末端產生了嚴重的電壓斬波――正好是測試區域所在位置。

　　推理和分析

　　由于醫療儀器的內部電路工作在低電壓直流電源，內部的電源將有一個二級管/電容輸入電路，該電路需要一個維持正常操作的最小峰值電壓。醫療儀器的銘牌上顯示儀器所需的電源電壓在交流100到135V有效值之間。設計儀器和固定銘牌的工程師假設供電電壓為一個正弦波，那么，最小峰值電壓應該為141V(100×1.41)。而測量的輸入電壓的峰值僅為135V，則儀器的工作電壓比其所需的最小絕對值電壓低6V。當風扇打開時，風扇所引起的浪涌電流降低了儀器電源處的電壓不規則。這正是導致儀器復位的原因。

　　解決方案

　　在高技術大廈內，電壓峰值斬波（平頂）的問題是很普遍的。許多現在在用的大廈在設計時并沒有考慮當今非常典型的計算機和非線性負載。

　　在該例中，為了避免變壓器和負載之間的電壓損耗，大規模的重新布線是必要的。另一個解決方法就是將大多數的感應負載移到接近變壓器的一端。