电能质量实例分析：出故障的医疗仪器

测量工具： Fluke 43B 电能质量分析仪
　　Fluke 87 真有效值数字万用表，Fluke 27数字万用表
　　操作者：电气承包商
　　所使用的功能：True-RMS 电压、平均电压、电压波形
　　问题描述

这是系统的解决问题的重要性的一个典型例子。它涉及一个与数家高技术制造厂合作的电气承包商。

该案例首先以拜访一个大厦经理开始，这个经理正受其电气系统的困扰。按这个经理的说法，在他的建筑内，没有什么电气设备可以正常工作，并且没有人能够确定是什么原因或提出一个解决方案。这个经理还说，他的三个电工已经辞职了，现在他陷入了真正的麻烦之中。

承包商问了很多问题――试图得到更加详细的问题描述。这种努力毫无结果，于是，承包商被带到了情况最糟糕的大厦部位。他遵循一种原则：“当拿不准时，从最糟糕的负载开始”。

在远处的一个角落，一台大的医疗仪器正在经受严格的测试程序。仪器装备有一个大的显示屏、一个键盘和一个有几根电缆和软管连接至其它设备的控制面板。操作者的显示屏显示测试程序正在运行。

和医疗仪器相邻的是一个用于修理电路板的工作台。工作台上有一个烙铁、一个放大镜，和一个风扇。工作台的电源板和医疗仪器使用同一个电源插座。当承包商正在观察时，工作台边的人打开了风扇。就在此时，操作显示屏成了空白，然后又出现了大字体显示的“Program Reset”（程序复位）字样。

　　测量方法

承包商测量了为两台设备供电的插座的电压。他的Fluke 87真有效值数字万用表测量的值为115V。大厦经理利用他的Fluke 27平均响应数字万用表重复了测量，显示电压为118V。为什么真有效值万用表的读数会较低呢？

真有效值设备在测量时将进行校正，但是在测量方波或类似方波的波形时，读数较平均响应设备低。承包商连接了Fluke 43B来显示电压波形。读数显示，波形（如图１所示）在顶部被严重斩波了――使波形比正弦波更象一个方波。所测量的峰值只有135V，远远低于所期望的162V。

于是，承包商画了一个系统的单线示意图。示意图显示，为测试区域供电的变压器在大厦内相对的另一端――大约有500英尺的距离（如图２）。该变压器的多数负载是非线性的，在电压的峰值处，他们都吸收高峰值电流。高峰值电流和最后的高阻抗相结合，在电路的末端产生了严重的电压斩波――正好是测试区域所在位置。

　　推理和分析

由于医疗仪器的内部电路工作在低电压直流电源，内部的电源将有一个二级管/电容输入电路，该电路需要一个维持正常操作的最小峰值电压。医疗仪器的铭牌上显示仪器所需的电源电压在交流100到135V有效值之间。设计仪器和固定铭牌的工程师假设供电电压为一个正弦波，那么，最小峰值电压应该为141V(100×1.41)。而测量的输入电压的峰值仅为135V，则仪器的工作电压比其所需的最小绝对值电压低6V。当风扇打开时，风扇所引起的浪涌电流降低了仪器电源处的电压不规则。这正是导致仪器复位的原因。

　　解决方案

在高技术大厦内，电压峰值斩波（平顶）的问题是很普遍的。许多现在在用的大厦在设计时并没有考虑当今非常典型的计算机和非线性负载。

在该例中，为了避免变压器和负载之间的电压损耗，大规模的重新布线是必要的。另一个解决方法就是将大多数的感应负载移到接近变压器的一端。