電能質(zhì)量實(shí)例分析：出故障的醫療儀器

　　測量工具： Fluke 43B 電能質(zhì)量分析儀
　　Fluke 87 真有效值數字萬(wàn)用表，Fluke 27數字萬(wàn)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(wèn)題描述

　　這是系統的解決問(wèn)題的重要性的一個(gè)典型例子。它涉及一個(gè)與數家高技術(shù)制造廠(chǎng)合作的電氣承包商。

　　該案例首先以拜訪(fǎng)一個(gè)大廈經(jīng)理開(kāi)始，這個(gè)經(jīng)理正受其電氣系統的困擾。按這個(gè)經(jīng)理的說(shuō)法，在他的建筑內，沒(méi)有什么電氣設備可以正常工作，并且沒(méi)有人能夠確定是什么原因或提出一個(gè)解決方案。這個(gè)經(jīng)理還說(shuō)，他的三個(gè)電工已經(jīng)辭職了，現在他陷入了真正的麻煩之中。

　　承包商問(wèn)了很多問(wèn)題――試圖得到更加詳細的問(wèn)題描述。這種努力毫無(wú)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(shí)，從最糟糕的負載開(kāi)始”。

　　在遠處的一個(gè)角落，一臺大的醫療儀器正在經(jīng)受?chē)栏竦臏y試程序。儀器裝備有一個(gè)大的顯示屏、一個(gè)鍵盤(pán)和一個(gè)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(gè)用于修理電路板的工作臺。工作臺上有一個(gè)烙鐵、一個(gè)放大鏡，和一個(gè)風(fēng)扇。工作臺的電源板和醫療儀器使用同一個(gè)電源插座。當承包商正在觀(guān)察時(shí)，工作臺邊的人打開(kāi)了風(fēng)扇。就在此時(shí)，操作顯示屏成了空白，然后又出現了大字體顯示的“Program Reset”（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Fluke 87真有效值數字萬(wàn)用表測量的值為115V。大廈經(jīng)理利用他的Fluke 27平均響應數字萬(wàn)用表重復了測量，顯示電壓為118V。為什么真有效值萬(wàn)用表的讀數會(huì )較低呢？

　　真有效值設備在測量時(shí)將進(jìn)行校正，但是在測量方波或類(lèi)似方波的波形時(shí)，讀數較平均響應設備低。承包商連接了Fluke 43B來(lái)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(gè)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(huà)了一個(gè)系統的單線(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)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(gè)二級管/電容輸入電路，該電路需要一個(gè)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(gè)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(fēng)扇打開(kāi)時(shí)，風(fēng)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(shù)大廈內，電壓峰值斬波（平頂）的問(wèn)題是很普遍的。許多現在在用的大廈在設計時(shí)并沒(méi)有考慮當今非常典型的計算機和非線(xiàn)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(xiàn)是必要的。另一個(gè)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。