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診斷老舊電氣系統(tǒng)的電能質(zhì)量問(wèn)題

醫(yī)療器械故障排查是一個(gè)典型的案例，說(shuō)明了系統(tǒng)方法對(duì)檢修電能質(zhì)量問(wèn)題的重要性。這個(gè)案例來(lái)自于獨(dú)立承包商 Mike，他與多家高科技制造工廠合作。

測(cè)量供電電壓

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問(wèn)題

Mike 與一位大樓管理員開(kāi)了一次現(xiàn)場(chǎng)會(huì)議，這位管理員對(duì)其電氣系統(tǒng)很不滿意。據(jù)該管理員說(shuō)，大樓里的電氣設(shè)備似乎都無(wú)法正常工作，沒(méi)有人能夠確定原因或提供解決方案。該管理員接著告訴 Mike，他的三名電工已經(jīng)辭職，現(xiàn)在他真正遇到了麻煩。

Mike 向該管理員進(jìn)行了詢問(wèn)，以便更詳細(xì)地了解問(wèn)題，盡管反饋沒(méi)有提供任何有用的信息。由于他總是喜歡遵循“當(dāng)有問(wèn)題時(shí)，從問(wèn)題最嚴(yán)重的負(fù)載開(kāi)始調(diào)查”的原則，Mike 請(qǐng)求去問(wèn)題最嚴(yán)重的大樓區(qū)域?qū)嵉夭榭础?/p>

現(xiàn)場(chǎng)情況

在一個(gè)角落里，有一臺(tái)大型醫(yī)療器械正在執(zhí)行關(guān)鍵測(cè)試程序。該器械配有大尺寸顯示屏、鍵盤(pán)和控制面板，帶有多條連接其他設(shè)備的電纜和軟管。操作顯示屏顯示測(cè)試程序“正在進(jìn)行中”。

該器械旁邊有一個(gè)用于電路板維修的工作臺(tái)。工作臺(tái)配有電烙鐵、照明放大鏡和風(fēng)扇。工作臺(tái)插線板與大型醫(yī)療器械使用的是同一個(gè)插座。Mike 注意到工作臺(tái)上的那個(gè)人伸手打開(kāi)了風(fēng)扇。此時(shí)，該醫(yī)療器械上的操作顯示屏瞬間一片空白，之后又恢復(fù)了，并顯示“程序重置”幾個(gè)大字。

測(cè)量和評(píng)估

Mike 測(cè)量了為兩個(gè)負(fù)載供電的插座的電壓。他的 Fluke 87 V 工業(yè)萬(wàn)用表測(cè)量值為 115 V。大樓管理員使用 Fluke 27?II 堅(jiān)固型數(shù)字萬(wàn)用表重復(fù)進(jìn)行了測(cè)量，顯示值為 118 V。為何會(huì)有這樣的差異？?

在方波或看起來(lái)像方波的波形測(cè)量上，F(xiàn)luke 87 V 可提供正確的真有效值測(cè)量，讀數(shù)較低。而平均響應(yīng)儀器（如 Fluke 27 II）給出的數(shù)據(jù)則較大Mike 連接了他的 Fluke?120B 工業(yè)示波表并顯示了電壓波形。顯示屏顯示，波形頂部被嚴(yán)重壓縮，使其更像方波而不是正弦波。測(cè)得的峰值僅為 135 V，而非預(yù)期的 162 V。?

為醫(yī)療器械供電的電壓波形（模擬）

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Mike 繪制了該系統(tǒng)的一個(gè)單線圖。該單線圖顯示為測(cè)試區(qū)域供電的變壓器位于建筑物的對(duì)角 - 相距近 500 英尺。該變壓器上的大部分負(fù)載不是線性的，并且在電壓峰值電流較大。高峰值電流和長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的高阻抗相結(jié)合，在測(cè)試區(qū)域所在的電路末端造成嚴(yán)重的電壓下降。

高科技制造工廠的部分單線圖

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理論和分析

由于醫(yī)療器械的內(nèi)部電路使用的是低壓直流電，內(nèi)部電源將具有二極管/電容器輸入電路，該電路需要一定的最小峰值電壓才能正常工作。醫(yī)療器械上的銘牌顯示機(jī)器需要 100 至 135 V rms 的交流電源電壓。設(shè)計(jì)機(jī)器并標(biāo)注銘牌信息的工程師假定電源電壓為正弦波，因此最小峰值為 141 V (100 x 1.41)。由于峰值輸入電壓的測(cè)量值僅為 135 V，機(jī)器運(yùn)行所用的峰值電壓比所需的絕對(duì)最小值低 6 V。風(fēng)扇打開(kāi)后，風(fēng)扇電機(jī)引起的浪涌電流進(jìn)一步將電壓降低至機(jī)器電源失效的程度。這正是導(dǎo)致機(jī)器重置的原因。