电机电子产品共振问题探讨.PDF

檢驗新知  電機電子產品共振 問題探討 台南分局第一課 技正 林昆平 一、前言 「共振」一詞，相信大家最近常常聽到，但很多人似乎不太了解 它的含意。就拿前陣子張惠妹台北市立體育場舉辦的演唱會為例，群 眾的噪音居然引起臨近建築物的晃動，據建築師依民眾拍攝家中搖晃 之錄影帶解析，矛頭都指向噪音波與大樓鋼材結構的共振現像。在聖 經中也記載以色列人攻打「耶利哥城」的故事，當時以色列士兵一面 喊叫一面繞著城牆跑，結果城牆不攻而倒，此為聲波振動波週期與建 築物振動週期趨於一致，所產生共振效應。再如美國有一座橋，長期 經風的吹襲而損壞，主因為風的波長與橋的震動波長一致，兩者產生 共振效果，橋樑因而毀壞。如果大家還記得，去年南科高鐵的共振問 題，曾造成某晶圓廠自南科撤資，指的就是鐵軌與高速火車共振，所 帶來建築物搖晃的現像，什麼是「共振」呢？簡單的講，就是一種信 號或行為，本來很微弱，經由材質彼此間的感應，而有加乘效果。一 個簡單的例子，讀者家中的收音機，只有在某個頻率下，才能清楚地 接收到某個特定節目，其實這就是共振；收音機天線經由該節目發射 電磁波頻率的感應與內部電子電路產生共振，信號因而被放大出來。 那麼電機電子產品有沒有引起共振的問題？答案是肯定的，主要是由 其衍生低頻雜訊電流所引發，共鳴對像，則是供電系統或產品內部電 容性負載（例如電容器）。底下我們舉例，來說明一個電機電子產品產 生 1 安培雜訊電流，如何經由共振現像放大 700 倍，造成供電回路跳  56 標準與檢驗雜誌 57 期 92 年 9 月號 檢驗新知  脫的事實，相信對國內廠商在生產其產品時，更能重視低頻雜訊電流 的抑制。 二、電機電子產品的共振舉例 圖 1 所示，一個單相 110V ，1750VA 大容量電子產品，由於內部 具備交流變換直流之整流電路，因此會在電源輸入端衍生雜訊電流並 直接入侵供電系統，利用雜訊分析儀可在電子電路基板電源輸入端上 測得 300Hz 、1020Hz 及 1860Hz 三種雜訊電流，分別為 3A 、1.5A 及 1A 。由於該產品具非線性電路特質，功因特低，只有0.57 ，廠商特別 在該產品電源輸入端加了功因改善電容器 990VAR ，可有效的將產品 功因提高至 0.95 ，以節省電費。當此產品插入110V 的插座端運轉時， 我們來看看對供電系統有什麼樣的影響。 圖 1 某單相110V 1750kVA 電子產品內部架構圖  標準與檢驗雜誌 57 期 92 年 9 月號 57 檢驗新知  三、產品衍生雜訊電流對供電系統之影響分析 3-1 運轉於 60Hz （f=60 ）時 單相 110V 電源端屬電感性電源，短路電流約為 Isc=5000A 電源短路容量 Scc= 3× 110V × 5000A =952600VA 電源阻抗如下且與供電頻率成正比 2 Zs=V /Scc=j(2 πf)L= j0.0127 Ω 單相 110V Qc=990VAR 功因改善電容器其阻抗如下且與供電頻率成反比 2 2 Zc= V /Qc =110 /990=1/j(2 πfxC)=− j12.222 Ω 產品額定操作電流為 I=1750VA/110V=16A 3-2 產生 300Hz(f=300)雜訊電流時 300Hz 是 60Hz 的 5 倍，故又稱為第 5 次雜訊電流(I ) ，其分流流