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The properties and behavior of disturbances in the frequency range 9 kHz to 150 kHz produced by household appliances in a residential network environment

Sudiarto, Budi

Many household appliances are equipped with inverter technology which may generate disturbances in the frequency range 9 kHz to 150 kHz. Since the standards managing the disturbance in this frequency range are not covering all household appliances, the effort to limit the disturbance produced by some appliances become less. The disturbance produced by the appliance may influence the operation performance of neighbor appliances which are connected to the same network. In the other hand, the neighbor appliances due to their internal properties may also influence the disturbance produced by the appliance. Some phenomena regarding the interaction of disturbance characteristics between appliances have been recognized and reported by some researchers, but no further analysis can be done due to the limited knowledge about this disturbance characteristics. The study focuses on observing the properties and behavior of disturbances in the frequency range 9 kHz to 150 kHz produced by some household appliances in a residential network environment. The disturbance properties and behavior are important to predict and investigate the disturbance occurred in the network. The effect of some parameters of residential network environment to the disturbances are observed including the variation of mains voltage level, the presence of neighbor appliances and the variation of mains network impedance. There are four main works conducted in this study, the first is identifying the internal impedance properties of appliances, the second is defining the disturbance properties and behavior for individual and simultaneous operation of appliances, the third is simulating the disturbance for simultaneous operation of appliances in residential network environment, and the last is reviewing the existing standards of disturbance in the frequency range 9 kHz to 150 kHz corresponding to the real residential network situations. The equipment under test used in this study are induction cooker, inverter microwave, conventional microwave, mixer, hand blender, water cooker, personal computer, notebook, television LED, hair dryer, electric massage, iron, compact fluorescent lamp and LED lamp. The disturbance emitted by each household appliance in the frequency range 9 kHz to 150 kHz has unique properties and behavior. The disturbance is affected by the presence of neighbor appliance in the network. The neighbor appliances, depending on their power consumption and internal impedance properties, may increase or decrease the disturbance occurred in the network. Besides, the mains voltage level and the mains network impedance variation are also influencing the disturbance. Some conditions in the real residential network environment may lead to the difference of disturbance obtained in the standard emission test and the real network environment. The user should be aware that there are situations in which the emission occurred in the field could be different.

Viele Haushaltsgeräte sind mit Inverter-Technik ausgestattet, welche Störungen im Frequenzbereich zwischen 9 kHz und 150 kHz erzeugen kann. Der Standard zur Vermeidung dieser Störungen in diesen Frequenzbereich deckt nicht alle Haushaltsgeräte ab und die Bemühung diese für einige Haushaltsgeräte einzuschränken ist gering. Die durch Haushaltsgeräte produzierten Störungen können die Betriebsleistung anderer im selben Netz angeschlossener Geräte beeinflussen. Ebenfalls können benachbarte Haushaltsgeräte durch ihre internen Eigenschaften die Störungen beeinflussen. Einige Phänomene bezüglich der Interaktion der Störungscharakteristik zwischen den Haushaltsgeräten wurden zwar von einigen Forschern festgestellt und publiziert, aber noch keine weiteren Analysen wegen der begrenzten Kenntnis über die Störungscharakteristik durchgeführt. Diese Arbeit untersucht an Hand von Beobachtungen die Eigenschaften und das Verhalten der Störungen im Frequenzbereich zwischen 9 kHz und 150 kHz von Haushaltsgeräten in der Umgebung von Haushaltsnetzen in Wohngebäuden. Die Störungseigenschaften und das Verhalten sind wichtig zur Prognose und Ermittlung der im Netzwerk erzeugten Störungen. Der Effekt einiger Parameter in Netzen von Wohngebäuden auf die Störungen sowie die Variation der Netzspannung und Netzimpedanz, als auch die Anwesenheit von benachbarten Geräten, werden untersucht. Diese Untersuchungen bestehen aus vier Hauptteilen: Der Erste identifiziert die internen Impedanz-Eigenschaften der Geräte. Der Zweite definiert die Störungseigenschaften sowie das Verhalten der einzelnen und gleichzeitig betriebener Geräte. Der Dritte simuliert die Störung von Geräten im Haushaltsnetzwerk für den gleichzeitigen Betrieb. Der Letzte behandelt die Prüfung von existierenden Standards für Störungen im Frequenzbereich von 9 kHz bis 150 kHz im vergleich mit realen Zuständen in Haushaltsnetzen. Die Testprüflinge, die in dieser Untersuchung verwendet werden sind: ein Induktionsherd, Inverter-Mikrowelle, konventionelle Mikrowelle, Mixer, Stab Mixer, Wasserkocher, Desktop-Computer, Notebook, Flachbildschirm mit LED-Technik, Föhn, elektrisches Massagegerät, Bügeleisen, Kompaktfluoreszenzlampe und eine LED Lampe. Die Störung, die durch jedes Haushaltsgerät im Frequenzbereich von 9 kHz bis 150 kHz emittiert wird, hat einzigartige Eigenschaften und Verhalten. Die Störung wird beeinflusst durch die Anwesenheit von benachbarten Haushaltsgeräten im Netz. Die benachbarten Geräte können, in Abhängigkeit ihrer Leistungsaufnahme und internen Impedanz-Eigenschaften, die im Netz auftretenden Störungen verstärken oder abschwächen. Zusätzlich werden die Netzspannung und die Netzimpedanz durch die Variation der Störungen beeinflusst. Einige Situationen in realen Haushaltsnetzen können zu Unterschieden zwischen den Standard Emission Tests und den realen Netzbedingungen führen. Der Nutzer sollte sich bewusst sein, dass die in diesen Situationen auftretenden Emissionen von den realen Bedingungen unterschiedlich sein können.

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Sudiarto, Budi: The properties and behavior of disturbances in the frequency range 9 kHz to 150 kHz produced by household appliances in a residential network environment. 2017.

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