信号发生器可以模拟多种电源故障场景，通过灵活调整输出信号的波形、幅值、频率和相位等参数，能够复现电压跌落、中断、瞬变、谐波干扰等典型电源问题。以下是具体实现方法及注意事项：
一、信号发生器模拟电源故障的原理
电源故障的本质是电压或电流的异常变化，而信号发生器可精确控制输出信号的以下特性：
- 幅值：模拟电压跌落（Sag）或过压（Surge）。
- 频率：模拟电源频率偏移（如50Hz→45Hz）。
- 波形：生成方波、脉冲波等非正弦波，模拟谐波或瞬态干扰。
- 相位：模拟相位突变（如三相不平衡）。
- 持续时间：控制故障的起始和结束时间。
二、常见电源故障模拟方法
1. 电压跌落（Voltage Sag）
- 场景：电网短路、大负载启动导致电压暂时降低。
- 模拟方法：
- 设置信号发生器输出正弦波，频率为50Hz（或目标电源频率）。
- 通过幅值调节将电压从额定值（如220V）降至较低水平（如150V）。
- 使用方波或脉冲信号控制跌落的持续时间（如10ms至1分钟）。
- 示例：
输出一个50Hz正弦波，幅值从220V骤降至150V并保持100ms，再恢复至220V。
2. 电压中断（Voltage Interruption）
- 场景：线路故障、开关操作导致电压完全消失。
- 模拟方法：
- 输出零电压信号（或极低幅值）模拟中断。
- 通过脉冲信号控制中断时间（如5ms至数秒）。
- 示例：
输出一个50Hz正弦波，在特定时刻将幅值降至0V并保持50ms，再恢复供电。
3. 电压瞬变（Voltage Transient）
- 场景：雷击、设备切换导致的电压尖峰或凹陷。
- 模拟方法：
- 使用脉冲波叠加在正弦波上，模拟瞬态过压或欠压。
- 调整脉冲宽度（如1μs至1ms）和幅值（如±500V）。
- 示例：
在220V正弦波上叠加一个幅值为300V、宽度为10μs的脉冲，模拟电压尖峰。
4. 谐波干扰
- 场景：非线性负载（如变频器）导致的电压波形畸变。
- 模拟方法：
- 通过傅里叶合成生成含谐波的正弦波（如3次、5次谐波）。
- 使用信号发生器的任意波形生成（ARB）功能输入谐波参数。
- 示例：
生成一个基波为50Hz、幅值为220V，叠加10% 3次谐波（150Hz）的畸变波形。
5. 频率偏移
- 场景：发电机失步、电网频率波动。
- 模拟方法：
- 直接调整信号发生器的输出频率（如从50Hz变为45Hz或55Hz）。
- 示例：
输出一个频率为48Hz的正弦波，持续10秒，模拟频率偏低故障。
三、操作步骤与注意事项
1. 操作步骤
- 连接设备：
- 使用同轴电缆将信号发生器输出端连接至被测设备（DUT）的电源输入端。
- 若需模拟高电压/电流，需通过功率放大器或隔离变压器升压。
- 设置信号参数：
- 选择波形类型（正弦波、方波、脉冲波等）。
- 调整幅值、频率、相位和持续时间。
- 使用触发功能精确控制故障的起始时刻。
- 叠加故障信号：
- 若需模拟复杂故障（如谐波+瞬变），可通过加法器将多个信号叠加。
- 监测与记录：
- 使用示波器或数据采集系统观察被测设备的响应。
- 记录故障参数和设备行为，用于分析。
2. 注意事项
- 安全防护：
- 模拟高电压故障时，需穿戴绝缘手套，使用隔离变压器或高压探头。
- 避免信号发生器输出直接接触人体或低阻抗负载。
- 信号发生器能力限制：
- 普通信号发生器输出功率较低（通常<1W），需配合功率放大器模拟大电流故障。
- 检查信号发生器的带宽（如10MHz）是否满足高频瞬变模拟需求。
- 被测设备保护：
- 在故障模拟前，确保被测设备具备过压/过流保护功能，防止损坏。
- 逐步增加故障严重程度（如从10%电压跌落开始），避免设备瞬间损坏。
- 标准参考：
- 参考国际标准（如IEC 61000-4系列）或行业规范（如汽车电子ISO 16750），确保故障模拟符合实际场景。
四、应用场景示例
- 工业设备测试：
- 模拟电网电压跌落，验证变频器能否在低电压下维持运行。
- 汽车电子验证：
- 模拟车载电源瞬变（如发动机启动时的电压凹陷），测试ECU的抗干扰能力。
- 新能源系统评估：
- 医疗设备认证：
- 模拟电源谐波干扰，确保医疗设备（如MRI）的电磁兼容性（EMC）。
五、替代方案（若信号发生器能力不足）
- 专用电源故障模拟器：
如Chroma 61500系列，可模拟更复杂的电源故障（如环流、相移）。 - 可编程交流电源：
如Keysight SL系列，支持直接设置电压跌落、频率偏移等参数，无需外接信号发生器。
总结：信号发生器通过灵活调整输出信号，可高效模拟多种电源故障，适用于研发、测试和认证场景。但需注意安全防护、设备能力匹配及标准合规性，必要时可结合专用设备扩展功能。
