Analyse av Elektriske Forstyrrelser fra LED-Teknologier
Master thesis
Date
2019Metadata
Show full item recordCollections
- Institutt for elkraftteknikk [2503]
Abstract
Denne oppgaven omhandler forskjellene mellom lav- og høyfrekvent støy, med fokus på frekvensområdet2-150 kHz. Det eksisterer et stort rammeverk med hensyn på EMC, både under ogover dette spekteret. Årsakene er et resultat av at standardene er nedarvet fra da topologieni det elektriske nettet var okkupert av mer eller mindre lineære laster. Moderne teknologi harmuliggjort opptrappingen av ulinære laster, men disse kan forårsake problemer med hensyn tildet elektriske nettet og andre elektriske apparater.
Relevant teori med hensyn til lav- og høyfrekvent støy er presentert i de første delene av denneoppgaven. Deretter følger en introduksjon til digital signal prosessering og fundamentalene omtid-frekvens-analyser, slik at potensielle utfordringer i dagens rammeverk av analysemetoder kanbli bedre satt på agenda.
En beskrivelse av eksperimentell utstyr er deretter presentert og vurdert, før resultatene avbåde lav- og høyfrekvent analysene er gjengitt. Lavfrekventanalysen fokuserer på aspektetmed harmoniske, mens høyfrekventanalysen fokuserer på hele spekteret og de tidsvarierendekaraktersitkkene som eksiterer der.
Resultatene er fulgt opp med en diskusjon rundt begrensingene i det eksperimentelle utstyretog analysemetodene. Resultatene viser og forklarer forskjellene med utførelsene av både lavoghøyfrekvent-analyse. Det fremgår at lavfrekvent-analyse er lettere å utføre og beskrive ennhøyfrekvent-analyse. Dette er på grunn av flere faktorer som omhandler usikkerhet i både ustyrog målemiljø.
Fouriertransformasjonen (FT) og "Kort-tid fouriertransformasjonen" (STFT) har blitt benyttetgjennom denne avhandlingen. Det vises at lavfrekventfenomen fra LED i stor grad består avharmoniske komponenter. FT er dermed et effektivt verktøy for å analysere lavfrekvent-fenomenerfra LED. Det er også vist i tidligere forskning at LED kan produsere høyfrekvent ledningsbundenforstyrrelser. Målinger utført på LED-pærer i denne avhandling indikerer også denne trenden. Dehøyfrekvente forstyrrelsene vises som "bredbånd"-komponenter i frekvensdomene når en FFTanalyse har blitt utført. Hvis analysen tas et sted videre i tid-frekvens-domene, avsløres dissebredbånd-komponentene å ha dynamisk karakteristikk. EMC-standarderer som blir benyttet idag kan ikke redegjøre for disse karakteristikkene, da intrumenter som typisk blir benyttet forå måle EMI fra feks. lysartikler ikke kan gi data som muliggjør tid-frekvens-analyser. Annetmåleutstyr og tid-frekvens-analyser kan derfor bli et nødvendig verktøy for å måle EMI fraforskjellige elektriske artikler. This thesis concerns the difference in low- and high-frequency disturbances, with the main focuson disturbances within 2-150 kHz. There’s lots of framework with respect to EMC both belowand above this spectrum. The distinction is inherited from the old electric topology when loadswere mostly linear. Modern technology has enabled the rise of non-linear loads, which can causeproblems with regard to the electric supply and other electrical appliances.
Relevant theory with respect to a formal understanding of differences between low- and highfrequency EMC are introduced in the first parts the thesis. Digital Signal Processing and anintroduction to time-frequency analysis are then presented in order to grasp the potential challengesof todays’ analyzing framework and the usage of time-frequency distributions.
A description of experimental equipment is then presented before the results of both a low- andhigh frequency analysis are conducted. The low frequency analysis focuses on the aspects ofharmonics, while the high frequency analysis focuses on the whole spectrum and time-varyingcharacteristics.
The results are followed with a formal discussion regarding limitations in experimental equipmentand analyzing methods. The obtained results shows and explains the differences with conductingboth low- and high-frequency analysis, in which the former is much easier performed than thelatter. Low-frequency analysis is mostly constant in character for each appliance. High-frequencyanalysis requires much more sensitivity and accuracy, and other more advanced methods arenecessary in order to describe interactions and characteristics.
The Fourier transform (FT) and the short-time Fourier transform (STFT) has been used throughoutthis thesis. It shows that low frequency phenomena emitted by LED consist mainly ofharmonic components. FT is therefore effective for analysis of low-frequency phenomena fromLED. It has been shown in earlier research that LED may emit high-frequency conducted disturbances.Measurements of simple retrofit LED bulbs conducted during this thesis may alsosupport these findings. The disturbances found in the higher spectrum of these measurementsappears as broadband components in the frequency domain when FFT analysis has been applied.If the analysis is further extended in the time-frequency domain, these broadband characteristicsreveal themselves as disturbances of dynamic character. EMC-standards currently in use, do notaccount for these characteristics, and instruments typically used for measuring EMI from lightningappliances cannot provide data for time-frequency analysis. Other measurement equipment andtime-frequency analysis may therefore be needed in future practise for measuring EMI fromvarious electric appliances.