산업별 어플리케이션

IS8000 통합 소프트웨어 플랫폼

1. 서론
50/60Hz 상용 전원 파형은 정현파이지만, 인버터 구동 모터나 스위칭 전원과 같은 기기가 연결되면 50Hz/60H 신호의 정수배에 해당하는 주파수 성분이 기기에서 발생하여 상용 전원을 왜곡시킵니다. 이러한 고조파 성분이 포함된 왜곡 신호가 전원선을 통해 가전제품이나 OA 기기에 인가되면 기기 의 과열 , 오작동 등 다양한 악영향을 초래합니다.
냉장고는 압축기가 작동하는 순간 순간적으로 전류가 증가하여 전원 전압 강하를 일으킵니다. 이러한 부하 변동은 조명 기기(백열전구)의 깜빡임을 유발하여 사용자에게 불쾌감을 줍니다.
이러한 고조파와 전압 변동/깜빡임을 억제하기 위해 고조파 및 전압 변동/깜빡임에 대한 규정이 있습니다.
고조파/깜빡임 기준 시험에는 세부적인 측정 방법, 전원 전압 설정 등이 규정되어 있습니다. 표준의 내용은 주기적으로 검토 및 개정되며, 엔지니어는 최신 규정 준수 테스트를 수행하기 위해 전문 지식과 최신 정보를 갖추고 있어야 합니다.

2. 과제
고조파 전류 및 전압 변동/플리커 측정에는 IEC 표준에 따라 높은 정확도로 전류/전압을 측정할 수 있는 전류 계측기(전력 계측기)가 필요합니다. 이러한 표준의 종류는 IEC61000-3-2, 3-3, 3-11, 3-12이며 각각 측정 절차와 표준 값이 다릅니다. 따라서 표준에 익숙한 사람이라도 절차가 매우 복잡하고 번거롭습니다. 예를 들어, 고조파 전류 측정 표준인 IEC61000-3-2에 정의된 한계값은 다양한 장치에 적용되며 A, B, C, D 등급으로 나뉩니다. EUT에 따라 등급을 선택하는 것은 비교적 쉽고 측정 데이터에서 고조파 측정 데이터를 계산하여 EUT의 고조파 전류가 한계값 내에 있는지 여부를 판단할 수 있습니다. 그러나 IEC 표준에 대한 충분한 지식 없이는 IEC61000-3-2에 따라 정확한 값을 계산하고 합격/불합격을 판단하기 어렵습니다. 측정
절차 로서 측정 중에는 전원이 켜지며 , 측정 대상을 변경하거나 시험이 완료되면 안전을 위해 전원을 꺼야 합니다. 하지만 절차를 잘못 수행하면 측정 중에 전원이 꺼질 수 있으며, 이 경우 시험을 다시 시작해야 합니다. 전원의 켜짐/ 꺼짐 타이밍 이 중요합니다. 또한, 측정 후 판정을 위해 잘못된 등급을 선택할 경우 재시험이 필요하여 더 많은 시간과 노력이 소모됩니다.
시험에서는 다양한 조건 설정 및 조작 절차를 정확하게 수행해야 하므로 인적 오류가 발생할 가능성이 높습니다. 따라서 사용자가 전문 지식 없이도 조건 설정부터 최종 시험 보고서 작성까지 쉽게 수행할 수 있는 표준 시험 소프트웨어가 필요합니다.

3. IS8000 솔루션

*해결책은 IEC61000-3-2 표준의 예를 사용하여 설명됩니다.

4. IS8010 솔루션 (상세 설명)
4.1 지원되는 IEC 표준
고조파 측정 및 전압 변동/플리커 　측정은 다음 표준*을 준수합니다.

고조파 표준
IEC 61000-3-2: Ed3.0(2005), Ed3.0 A2(2009),
IEC 61000-3-2: Ed4.0(2014), Ed5.0(2018)
EN61000-3-2: 2006, 2009, 2014
IEC 61000-3-12: Ed1.0(2004), Ed2.0(2011)
EN 61000-3-12: 2005, 2011
IEC 61000-4-7: Ed1.0(1991), Ed2.0(2002), Ed2.0 A1(2008)
EN 61000-4-7: 1993, 2002, 2009

전압 변동/플리커 표준
IEC 61000-3-3: Ed2.0(2008), Ed3.0(2013)
IEC 61000-3-3: Ed3.0 A1(2017)
EN 61000-3-3: 2008, 2013, 2019
IEC 61000-3-11: Ed 1.0(2000)
EN 61000-3-11: 2000
IEC 61000-4-15: Ed1.1(2003), Ed2.0(2010)
EN 61000-4-15: 2003, 2011
  *2021년 1월 기준

4.2 사전 설정 테스트 메뉴
5가지 유형의 사전 설정 테스트 메뉴가 제공됩니다. 사용자는 처음으로 테스트를 수행하는 "신규 측정", 측정된 데이터를 분석/재분석하는 "데이터 분석 저장", 데이터를 읽어 보고서로 출력하는 "데이터 인쇄 저장", 테스트 데이터의 반복성을 확인하기 위해 테스트를 반복하는 "측정 반복", 이전에 테스트된 장비의 업그레이드 모델을 테스트하는 "간단 테스트 측정" 중에서 선택할 수 있습니다. 사용자는 다음 절차에 따라 최종 보고서 출력(데이터 저장)까지의 과정을 쉽게 완료할 수 있습니다. 예를 들어, 신규 측정의 경우 WT5000과 PC 간의 통신 연결부터 시작하여 설정, 측정, 분석, 보고서 인쇄를 거쳐 데이터 저장으로 끝납니다.
테스트 데이터 분석 작업은 데이터 확인 작업이므로, 전체 판정이 PASS이면 분석을 수행할 필요가 없습니다. 또한, 간편 시험 측정 기능은 이전에 시험된 피시험기기의 기존 모델의 적합성 시험 데이터를 불러오는 것만으로 간편 시험 적용 조건의 충족 여부를 자동으로 판단합니다 . 조건이 충족되지 않을 경우, 메시지가 표시되고 간편 시험을 적용할 수 없으므로 시험 오류를 방지할 수 있습니다.

4.3 전력 측정
시험 대상에 따라 A, B, C 또는 D 등급을 지정하면 지정된 등급에 대한 판정 기준에 따라 자동으로 합격 또는 불합격이 판정됩니다. 측정값 목록 외에도 측정값 판정 그래프를 사용할 수 있습니다. 각 고조파 차수에 대한 한계값과 판정 결과는 그래프에 색상으로 표시됩니다. 또한 소프트웨어에는 사용자가 저장된 데이터 파일을 로드하고 등급을 변경한 후 다시 판정할 수 있는 편리한 기능이 있습니다. 고정밀 전력 측정(고정밀 전력 분석기)은 특히 C 등급 조명 장비의 전력 소비가 25W를 초과하는지 또는 D 등급 냉장고의 전력 소비가 600W를 초과하는지 여부를 판별하는 시험에 유용합니다.

WT5000은 세계 최고 수준의 정확도로 유효 전력을 측정할 수 있습니다. 또한 C급에서 확인해야 하는 역률도 측정할 수 있습니다. 회로 역률은 유효 전력을 피상 전력으로 나누어 계산하므로, WT5000을 사용하면 더욱 정확한 역률을 계산할 수 있습니다.
* 사용자는 값을 지정하고 적합성 시험을 수행할 수도 있습니다.

그림 3. 고정밀 전력 분석기의 전력 값을 사용한 테스트 결과의 예

4.4 전원 공급 장치* 제어를 통한 간편한 테스트(표준으로 포함)
IEC 표준 테스트에서는 테스트를 위해 EUT에 전원을 공급하므로 전원 의 ON/OFF 와 소프트웨어 간의 연계가 안전한 테스트 절차에 중요합니다.GP-IB 통신*을 사용하면 IS8010 IEC 고조파/플리커 측정 소프트웨어가 EMC 테스트 룸 외부에서 WT5000 정밀 전력 분석기 와 NF CORPORATION 전원 공급 장치 ES 시리즈 또는 DP 시리즈를 원격으로 제어하면서 안전하게 테스트를 수행할 수 있습니다. 전압 변동/플리커 측정에는 전원과 RIN(기준 임피던스 네트워크) ES4152(단상, ES 시리즈용) 또는 ES4153(단상/3상, ES 시리즈용)을 사용한 테스트가 필요합니다.또한 IS8000에서도 제어할 수 있습니다.

*NF CORPORATION 전원 공급 장치: 프로그래밍 가능 AC 전원 공급 장치 ES 시리즈, 프로그래밍 가능 AC 전원 공급 장치 DP 시리즈
*WT5000만 작동할 경우 이더넷 통신과 USB 통신을 사용할 수 있습니다.

그림 4. 공급원 및 RIN 설정 화면

4.5 합격/불합격 판정 및 측정 결과 데이터의 상세 분석
합격/불합격 판정은 IEC 규격 시험에서 중요합니다. 합격 판정 보고서나 시험 조건뿐만 아니라 획득한 시험 데이터도 파일로 저장할 수 있습니다. 사용자가 보고서의 세부 사항을 확인하고 나중에 고조파 데이터에서 한계값에 가까운 값을 발견하면 소프트웨어에서 시험 데이터를 읽어 고조파 데이터가 생성된 시점과 타이밍을 확인할 수 있습니다. 시험 데이터가 규격 한계값보다 약간 낮은 합격 EUT는 소비 전력 변동이나 시험 환경의 차이로 인해 재시험이나 외부 인증 기관에서 시험 시 불합격할 수 있다는 우려가 있습니다. 이를 위해 IS8010 IEC 고조파/플리커 측정 소프트웨어는 표준 한계값이 고정된 상태에서 한계값에 대한 마진을 백분율로 지정할 수 있도록 합니다. 예를 들어 한계값이 1A인 경우 마진 정도를 10%로 설정하여 한계값 0.9A를 기준으로 판정*합니다. 또한, 호출된 데이터는 JIS 또는 IEC 규격에 따라 판정할 수 있습니다. 사용자는 JIS 및 IEC의 버전을 지정할 수도 있습니다.* 모든 시험 데이터는 CSV 데이터로 저장하여 EXCEL에서 사용할 수 있습니다.

*IEC61000-4-7 규격과 관련된 측정 방법의 차이가 있는 경우 일부 사양은 변경할 수 없습니다.
*적합성 시험은 마진율을 0.00%로 설정하여 수행해야 합니다.  

4.6 시계열 고조파 전류 추세 표시 

각 고조파 차수에 대해 고조파 성분 한계가 지정됩니다. 고조파 성분은 측정 기간 내에 증가하거나 감소할 수 있습니다. 통과된 EUT의 고조파 성분조차도 특정 동작 타이밍에서 한계에 매우 가까워지거나 일부 차수에서는 불안정해지고 다른 차수에서는 안정될 수 있습니다. 시계열 추세 표시는 이러한 차수 데이터를 시계열로 표시하여 사용자가 장치 동작과 고조파 데이터 간의 상관 관계를 확인할 수 있도록 하는 매우 유용한 기능입니다. 소프트웨어는 전류뿐만 아니라 전압, 전력, 역률의 고조파 성분 추세를 표시할 수 있으므로 전류와 전압의 상관 관계 또는 전력과 역률의 상관 관계를 자세히 확인할 수 있습니다.

그림 5. 추세 그래프 분석(3차 고조파 변동)

표 1. 200ms 간격의 고조파 측정 데이터 ( CSV 데이터)

표 2. 각 차수의 한계값 및 측정 결과 (CSV 데이터)

4.7 보고서 출력 기능*
IEC 고조파 또는 플리커 측정 시험 결과를 보고서로 출력할 수 있습니다. 최대 40차까지의 전류 성분에 대한 한계값과 측정값을 수치 목록과 막대 그래프로 함께 표시할 수 있습니다. 사용자는 보고서에 제목과 주석을 추가하고 언어를 일본어 또는 영어로 설정할 수 있습니다. 보고서 출력은 PDF 형식으로 저장하여 PC에 정리하고 저장할 수 있습니다.
*보고서 출력 기능은 IS8010 구독 라이선스 및 영구 라이선스에 기본으로 포함되어 있습니다.

그림 6. IEC61000-3-2 표준 시험 보고서

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Harmonic and Voltage Fluctuation/Flicker Measurement According to IEC61000

IS8000 Integrated Software Platform

1. Introduction
The 50/60Hz commercial power supply waveform is a sine wave, but when a device such as an inverter-driven motor or switching power supply is connected, a frequency component that is an integer multiple of the 50Hz/60H signal is generated from the device, distorting the commercial power supply. If a distortion signal containing this harmonic component is applied to home appliances or OA equipment via the power supply line, various adverse effects such as overheating and malfunction of the equipment occur.
The current flowing through a refrigerator instantaneously increases the instant its compressor operates, which results in a voltage drop in the power supply. This load fluctuation causes the lighting equipment (incandescent light bulb) to flicker, giving discomfort to humans.
To suppress such harmonics and voltage fluctuation/flicker, there are regulations on harmonics and voltage fluctuation/flicker.
Detailed measurement methods, supply voltage settings, and others are specified for the harmonic/flicker standard test. The contents of the standards are reviewed and revised periodically, and engineers must stay current with the specialized knowledge and up-to-date information to carry out the latest compliance test.

2. Challenges
Harmonic current and voltage fluctuation/flicker measurements require a current measurement instrument (power measurement instrument) that is capable of measuring current/voltage with high accuracy according to the IEC standards. The types of the standards are IEC61000-3-2, 3-3, 3-11, and 3-12 and each has different measurement procedures and standard values. Accordingly, the procedure is very complicated and troublesome even for someone familiar with the standard. For example, the limits defined in IEC61000-3-2, which is the harmonic current measurement standard, apply to a variety of devices and are divided into class A, B, C, and D. It is relatively easy to choose a class depending on the EUT and it is possible to determine whether the harmonic current of the EUT is within the limits by calculating harmonic measurement data from measured data. However, it is difficult to calculate the correct value and to judge pass or fail according to the IEC61000-3-2 without a thorough knowledge of the IEC standards.
The power source is on during measurement as a measurement procedure and it should be turned off for safety when changing the measurement target or when the test is completed. Even so, if the procedure is followed incorrectly, the power source may be turned off during the measurement. In that case, the test must be started over again. The timing of on/off of the power source is important. Additionally, if a wrong class is chosen for judgment after measurement, a retest is required, which consumes more time and effort.
As various condition settings and operating procedures should be carried out correctly in the test, human error is likely to occur. There is, therefore, a demand for standard test software that enables a user to easily perform operations from condition setting to final test report creation without any specialized knowledge.

3. IS8000 Solution

*The solutions are described using the example of the IEC61000-3-2 standard.

4. IS8010 Solution (Detailed descriptions)
4.1 Supported IEC standards
Harmonic measurement and voltage fluctuation/flicker　measurement comply with the following standards*.

Harmonic standards
IEC 61000-3-2: Ed3.0 (2005), Ed3.0 A2 (2009),
IEC 61000-3-2: Ed4.0 (2014), Ed5.0 (2018)
EN61000-3-2: 2006, 2009, 2014
IEC 61000-3-12: Ed1.0 (2004), Ed2.0 (2011)
EN 61000-3-12: 2005, 2011
IEC 61000-4-7: Ed1.0 (1991), Ed2.0 (2002), Ed2.0 A1 (2008)
EN 61000-4-7: 1993, 2002, 2009

Voltage fluctuation/flicker standards
IEC 61000-3-3: Ed2.0 (2008), Ed3.0 (2013)
IEC 61000-3-3: Ed3.0 A1(2017)
EN 61000-3-3: 2008, 2013, 2019
IEC 61000-3-11: Ed 1.0 (2000)
EN 61000-3-11: 2000
IEC 61000-4-15: Ed1.1 (2003), Ed2.0 (2010)
EN 61000-4-15: 2003, 2011

Figure 1. IEC standard evaluation menu

4.2 Preset test menu
Five types of preset test menus are provided. A user can choose from “New Measurement” for performing a test for the first time, “Save Data Analysis” for analyzing/reanalyzing the measured data, “Save Data Print” for reading out the data and outputting it to a report, “Repeat Measurement” for repeating the test to check the repeatability of the test data, or " Simple Test Measurement" for testing the upgraded model of the equipment that has been tested previously. Users can easily complete the process up to the final report output (data saving) by following the procedure. For example, in the case of New Measurement, it starts with making a communication connection between the WT5000 and a PC, goes on to setting, measurement, analysis, and report printing, and ends with data saving.
Since the test data analysis work is the data confirmation work, it is not necessary to perform analysis if the overall judgment is PASS. Furthermore, Simple Test Measurement automatically determines whether or not the conditions for applying the simple test are met just by loading the compliance test data of the EUT's conventional model tested previously. If the conditions are not met, a message is displayed and the simple test cannot be applied, preventing mistakes in testing.

Figure 2. Standard test measurement menu screen

4.3 power measurement
Specify Class A, B, C, or D according to the test target, and then pass or fail is automatically determined based on the judging criteria for the specified class. A judgment graph of measured values is available besides a list of measured values. The limits and judgment results for each harmonic order are displayed color-coded in the graph. Also, the software has a convenient function that allows a user to load the saved data file, change the class, and then make a judgment again. High-precision power measurement (a high-precision power analyzer) is useful particularly in a test to determine whether or not the power consumption of Class C lighting equipment exceeds 25 W, or the power consumption of a class D refrigerator exceeds 600 W.

The WT5000 can measure the active power with the world's best in class accuracy. It is also capable of measuring the power factor, which needs to be checked in Class C. Since the circuit power factor is calculated by dividing the active power by the apparent power, a more accurate power factor can be calculated* by using the WT5000.
*A user may also specify a value and perform a compliance test.

Figure 3. Example of test results using the power values of a high-precision power analyzer

4.4 Easy testing by Power Supply* Control (included as standard)
In the IEC standard test, power is supplied to the EUT for testing, so the linkage between the ON/OFF of the power source and software is important for a safe test procedure. With GP-IB communication*, the IS8010 IEC harmonic/flicker measurement software can perform the test safely while remotely controlling the WT5000 Precision Power Analyzer and NF CORPORATION Power Source ES series or DP series from outside the EMC test room.
Voltage fluctuation/flicker measurement requires a test using the power source and RIN (Reference Impedance Network) ES4152 (single-phase, for ES series or ES4153 (single-phase/three-phase, for ES series). They also can be controlled from the IS8000.

*NF CORPORATION power supply: Programmable AC Power Source ES series, Programmable AC Power Source DP series
*When operating the WT5000 only, Ethernet communication and USB communication are available.

Figure 4. Setup screen of supply source and RIN

4.5 Detailed analysis of pass/fail judgment and measurement result data
Pass/fail judgment is important in the IEC standard test. Not only the pass judgment reports or the test conditions but also the acquired test data can be stored as a file. If a user checks the details of a report and finds a value close to the limit value in harmonic data at a later date, the user can read out the test data on the software and see when and at what timing the harmonic data was generated. There is a concern that a passed EUT whose test data is barely below the standard limit may fail when tested again or tested by an external certification body due to the fluctuations in power consumption or differences in the test environment. For that, the IS8010 IEC harmonic/flicker measurement software allows a user to specify a margin to the limit as a percentage while the standard limits are fixed. For example, when the limit is 1A, judgment* is made using the limit of 0.9 A by setting the margin degree to 10%.
Furthermore, called data can be judged according to the JIS or IEC standards. Users may also specify* the edition of JIS and IEC. All test data can be saved as CSV data, which can be used in EXCEL.

*Some specifications may not be changed if there are differences in measurement methods related to the IEC61000-4-7 standard.
*The compliance test needs to be performed with the margin degree set to 0.00%.

4.6 Trend display of Harmonic current in time series
The harmonic component limits are specified for each harmonic order. Harmonic components may increase or decrease within the measurement period. Even the harmonic components of a passed EUT may become very close to the limit at a certain operation timing or may become unstable at some orders and stable at others. Time-series trend display is a very useful function that displays these order data in time series, allowing users to confirm the correlation between the device operation and the harmonic data. As the software can display the trend of harmonic components of voltage, power, and power factor as well as current, the correlation between current and voltage or the correlation between power and power factor can be confirmed in detail.

Figure 5. Trend graph analysis (fluctuations in 3rd harmonic)

Table 1. Harmonic measurement data every 200 ms (CSV data)

Table 2. Limits and measurement results of each order (CSV data)

4.7 Report output function*
The results of the IEC harmonic or flicker measurement test can be output as a report. The limits and measured values of the current components up to the 40th order can be displayed together in a numerical list and bar graph. Users can add a title and comments to a report and set the language to Japanese or English. The report output may be saved in PDF format to be organized and stored in a PC.
*The report output function is included as standard with the IS8010 subscription license and perpetual license.

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