Електромагнітна сумісність засобів електроживлення з радіоелектронною апаратурою та електричною мережею

Значення ємності конденсатора C слід обирати на підставі того, щоб (U_с)_пік не перевищувало 300 В. Отже,

. (8.26)

Окрім того, для обмеження початкової швидкості наростання напруги на контактах значенням 1 В/мкс, щоб не допустити дуговий розряд значення ємності:

,(8.27)

де одиниці вимірювання І₀ - ампер, С - мікрофарад.

Потрібно також, щоб у LC-колі згасання було вище критичного. Для цього необхідно, щоб було забезпечена нерівність:

. (8.28)

де R₁ - значення загального опору, підключеного послідовно з LC-колом (R₁ = R_L+R).

VDRC-ланка (з діодом). На рис. 8.18, в наведено ланку захисту контактів, у якій немає недоліків ланок, наведених на рис. 8.18, a та 8.18, б. Якщо контакти розімкнуті, конденсатор С заряджений до значення напруги електроживлення з полярністю, яка вказана на рис. 8.18, в. В стані замикання контактів має місце розряд конденсатора через резистор R, який обмежує силу струму. Проте за умов розмикання контактів діод VD закорочує резистор, що створює безпосередній шлях для струму через конденсатор. Значення допустимої зворотної напруги пробою діода повинна бути вище значення напруги електроживлення, а значення допустимого імпульсного струму - більше максимального значення сили струму навантажувального кола.

Значення ємності конденсатора вибирають так само, як для кола з RC-ланкою.

Оскільки діод за умов розмикання контактів замикає резистор, вибирати компромісне значення опору в цій ланці не потрібно.

Значення опору R вибирають таким чином, щоб він обмежував струм в стані замикання контактів до значення, менше ніж 0,1 дугового струму:

(8.29)

VDRC-ланка забезпечує найкращий захист контактів, однак цей спосіб є дорожчим. Крім того, його не можна застосувати в колах змінного струму.

5.2 Конструкторські засоби притлумлення завад

Конструкторські засоби та заходи зниження ЕМЗ усувають або послаблюють паразитні ємнісні та індуктивні зв'язки між ДВЕЖ і мережею, створюють шунтувальні кола для струму завади, знижують рівень завад в навколишньому середовищі: індукції - наведення - в ближній зоні, випромінення - в дальній зоні.

Це забезпечують раціональним розташуванням вузлів один відносно одного, корпусу ДВЕЖ і застосуванням спеціальних екранувальних елементів.

Електростатичні екрани

Між обмотками трансформаторів силового кола й кола керування встановлюють електростатичні екрани, що при з'єднанні їх із вхідним та вихідним колами трансформатора, дозволяє створити шунтувальне коло для струму завади всередині вузлів ДВЕЖ, зменшує складову, яка проходить по корпусу (шасі) й землі.

В якості екрана застосовують незамкнутий виток мідної фольги. Розміщення екранів показано на рис. 8.19,а, електричну схему з'єднання - на рис. 8.19,б. Якщо екран розміщено між первинною та вторинною обмотками та з'єднано з проводом живлення первинної обмотки, тоді він замикає струм завади в цьому контурі, тобто перекриває шлях до вторинного кола. Якщо вторинна обмотка - високовольтна, застосовують додатковий екран між первинною й вторинною обмотками. Його з'єднання з колом вторинної обмотки перешкоджає поширенню завад із вторинного в первинне коло.

Рисунок 8.19 ? Застосування екранів в трансформаторі: а - розміщення екранів; б - схеми з'єднання: 1 - первинна обмотка; 2, 3 - екрани між обмотками; 4 - вторинна обмотка; 5 - магнітопровід

Екранувальна шайба

Один із головних шляхів поширення несиметричного струму завади є через паразитну ємність між колектором силового транзистора й радіатором (тепловідводом) С_к-р. Цей шлях усувають з'єднанням радіатора з колекторним або емітерним колами транзистора. Проте, якщо радіатор уземлено, то для зменшення цієї ємності, яка за умови застосування слюдяної прокладки складає десятки-сотні пікофарад, і створення замкнутого внутрішнього контуру струму завади, застосовують екранувальну шайбу з двох непровідних та одного провідного шару (рис. 8.20,а). Шлях шунтування струму завади показано на рис. 8.20,б.

Рисунок 8.20 ? Застосування екранувальної “шаруватої” шайби: а - розміщення шайби; б - схема, що ілюструє дію шайби: 1 - радіатор; 2, 4 - непровідні пластини; 3 - провідна пластина; 5 - транзистор

Застосування екранувальної шайби призводить до зменшення струму завади в електричній мережі приблизно на порядок.

Раціональне розташування елементів

З метою притлумлення паразитних ємнісних та індуктивних зв'язків міжвузловий монтаж ДВЕЖ повинен бути компактним, за можливості виконуватися в лінію, тобто послідовно вузол за вузлом; конденсатори слід розміщувати так, щоб монтажні проводи мали мінімальну довжину. Сигнальні й силові провідники повинні бути рознесені й виконані екранованим проводом.

Під час розташування функціональних вузлів і елементів необхідно враховувати орієнтацію силових ліній поля.

Раціональне уземлення

Також важливим засобом притлумлення завад є правильне виконання уземлення.

Повинна бути мінімізована напруга завад за умови проходження струмів від двох і більше кіл через загальний опір землі й вилучені контури уземлення, чутливі до магнітних полів і різниці потенціалів землі.

Необхідність у земляній шині в електронній апаратурі обумовлена вимогами безпеки та реалізації опорного еквіпотенціального рівня сигнальних кіл. Шина захисного уземлення звичайно має потенціал землі, для сигнальної землі ця умова - необов'язкова. В електронних колах, у яких застосовано реле, двигуни та інші електромеханічні пристрої, сигнальну землю кіл керування треба відокремлювати від шумлячої землі указаних пристроїв.

Таким чином, у електронній апаратурі за умови формування сигнального, шумлячого, корпусного (захисного) земляних кіл задача раціонального уземлення ускладнюється.

Для сигнальної землі на частотах до 1 МГц віддають перевагу уземленню в одній точці, вище 10 МГц - кращі результати забезпечує система уземлення в кількох точках проводами мінімальної довжини. У діапазоні 1...10 МГц уземлення виконують у одній точці, якщо найдовший провідник уземлення коротший за 1/20, інакше застосовують багатоточкове уземлення.

Сигнальну, шумлячу й корпусну землі разом слід з'єднувати тільки в основному, тобто мережевому, джерелі живлення. Уземлення екранів і вузлів повинно виконуватися проводом із мінімальним повним опором. Також низькоомними проводами треба виконувати шини живлення.

Схему ДВЕЖ із БТВ на основі прямого однотактного перетворювача із застосуванням протизавадових засобів (C, RC, VD-RCкола, екрани в трансформаторах, шарувата шайба), показано на рис. 8.21.



Рисунок 8.21 ? Схема ДВЕЖ КТ та протизавадовими елементами

Симетрування

Простим, але ефективним засобом зменшення завад в навколишньому середовищі є симетрування електричних кіл крученням проводів, якими протікають однакові за значенням протифазні струми (рекомендовано застосовувати не менше 33 кручень на 1 метр довжини провода). Тому електромагнітні поля компенсуються. У випадку двостороннього друкованого монтажу провідники треба розміщувати паралельно на протилежних площинах монтажної плати.

Монтажну схему зі звитими проводами ДВЕЖ із БТВ на основі двотактного інвертора з відводом від середньої точки первинної обмотки трансформатора із застосуванням екранування окремих вузлів і кіл показано на рис. 8.22.

Рисунок 8.22 ? Умовна схема раціонального монтажу ДВЕЖ

Досвід показує, що застосування лише тільки внутрішніх заходів дає зниження рівня кондуктивних завад приблизно на 20...25 дБ, що недостатньо для забезпечення регламентованих рівнів напруги й напруженості поля електромагнітних завад. З'ясуємо додаткові зовнішні засоби притлумлення ЕМЗ - екранування й застосуванням протизавадових фільтрів (ПЗФ).

6. Зовнішні засоби притлумлення електромагнітних завад

6.1 Екранування

Екран (металева перетинка) призначена для локалізації електричного і магнітного (в ближній зоні), електромагнітного (в дальній зоні) поля ДВЕЖ і його вузлів із метою зменшення рівня напруженості поля в навколишньому середовищі, або для захисту важливих вузлів від зовнішнього поля (рис. 8.23,а).

На рис. 8.23,б показано принцип екранування магнітного поля внаслідок компенсації вихровими струмами.

Ефективність екранування електричного й магнітного полів визначають як:

[ дБ] [дБ], (8.30)

де , - коефіцієнти ефективності екранування;

- напруженість відповідних складників електромагнітного поля перед екраном;

- напруженість відповідних складників електромагнітного поля безпосередньо за екраном.



Рисунок 8.23 ? До принципу дії екранів: а - локалізація завад в середині екранованого простору та захист від зовнішніх полів; б - екранування магнітного поля внаслідок дії вихрових струмів

Ефективність екранування залежить від частоти, конфігурації екрана, розміщення всередині екрана джерела емісії, виду поля, напрямку його поширення й поляризації.

Найчастіше для оцінки ефективності екранування застосовують модель як великийі плоский лист з провідного матеріалу.

Для електромагнітної хвилі, яка падає на металеву поверхню, характерні два види втрат. Хвиля частково відбивається від поверхні, а її невідбита частина заломлюється в середовищі екрана й поглинається. Втрати на поглинання однакові для ближнього електричного та магнітного й дальнього електромагнітного поля. Втрати на відбиття залежать від виду поля й повного хвильового опору середовища.

Загальна ефективність екранування матеріалу дорівнює сумарним втратам на поглинання - , втратам на відбиття - , та додаванням корегувального параметру - , який враховує багаторазове відбиття в екрані:

, [дБ]. (8.31)

Коефіцієнт ефективності екранування внаслідок втрат на поглинання:

, (8.32)

де d - товщина екрану в міліметрах;

- відносна питома провідність ;

=5,7·10⁷ Cм/м - питома провідність міді;

- відносна магнітна проникність.

Значення і різних матеріалів екранів, наведено у табл. 8.5. Розрахунок для ближньої і дальньої зони однаковий.

Таблиця 8.5 - Данні і деяких матеріалів

Матеріал	Відносна питома провідність	Відносна магнітна проникність
Мідь	1,00	1
Сталь	0,10	1000
Срібло	1,05	1
Алюміній	0,61	1
Золото	0,70	1
Латунь	0,26	1

Коефіцієнт ефективності екранування внаслідок відбиття:

, (8.33,а)

де Z₁ - модуль імпедансу навколишнього середовища. В ближній зоні визначають

, та . () ? повна діелектрична (магнітна) проникність матеріалу екрану, r ? відстань від джерела завади до екрану.

Z₂ - модуль імпедансу матеріалу екрану,.

Отже, в ближній зоні:

(8.33,б)

(8.33,в)

В дальні зоні і для вільного простору , тому:

(8.33,г)

Вплив багатократного відбиття враховують лише для магнітної складової поля:

. (8.34)

де d - товщина екрану в міліметрах;

- еквівалентна глибина проникнення електромагнітної хвилі в товщу металу, мм.

(8.35)

Ефект багаторазового відбиття призводить до несуттєвого зниження ефективності екрана, і за умови дБ його не враховують.

Узагальнені дані щодо екранувальних властивостей матеріалів наведено в табл. 8.6

Таблиця 8.6 - Якісні показники екранувальних властивостей суцільних екранів

Матеріал	Частота, кГц	Втрати на поглинання1) усіх видів полів, дБ	Втрати на відбиття2)
			ближня зона	дальня зона
			магнітного поля	електричного поля	плоскої хвилі
Магнітний (мr=1000,уr=0,1)	<1 1-10 10-100 >100	0-30 30-90 >90 >90	0-10 0-30 10-30 10-60	>90 >90 >90 60-90	>90 >90 60-90 30-90
Немагнітний (мr=1, уr=1)	<1 1-10 10-100 >100	0-10 0-10 10-30 30-90	10-30 30-60 30-60 60-90	>90 >90 >90 >90	>90 >90 >90 >90

Примітки:

1) для екрана завтовшки 0,8 м.

2) для відстані 1м від джерела завад (із зменшенням відстані ефективність екранування спадає; із збільшенням - навпаки).

За умов сильних полів внаслідок того, що мідь вносить більше згасання ніж сталь внаслідок відбиття, доцільно виготовляти двошаровий екран "мідь - сталь" або покривати стальний екран тонким шаром міді зі сторони джерела завад, тобто ДВЕЖ.

Водночас з екрануванням всього ДВЕЖ у цілому необхідно виконувати екранування елементів ДВЕЖ, які створюють звади в навколишньому середовищі високого рівня: трансформатори, транзистори, дроселі тощо..

Фізичний сенс екранування електричного поля металевим листом, з'єднаним із корпусом приладу, полягає в формуванні короткого замикання на корпус для кола, створеного паразитною ємністю між вузлами, які екранують один від одного. Крім металевих листових матеріалів для екранування застосовують фольгові, сіткові матеріали, струмопровідні фарби, використовують металізацію поверхонь, виготовляють еластичні екрани на основі фероеластів для високочастотних полів та інші засоби (радіопоглинальні матеріали, спеціальні тканини, електропровідний клей тощо).

Для притлумлення кондуктивних завад додатково до внутрішніх заходів застосовують спеціальні ПЗФ.

6.2 Протизавадові фільтри (ПЗФ)

Вимоги до ПЗФ. Особливості їх роботи

Протизавадові фільтри працюють за умови великої мережевої напруги й сили струму, споживаних від мережі, вносять необхідне згасання в широкому діапазоні частот.

За своїм призначенням ПЗФ - це широкосмугові фільтри нижніх частот (ФНЧ), які пропускають у ідеальному випадку без згасання постійний струм або струм промислової частоти (50; 400 Гц) і не пропускають високочастотні струми радіодіапазону. Між смугою пропускання й згасання є широкий проміжний діапазон (за винятком спеціальних вимог), тому ПЗФ звичайно виконують за порівняно простими схемами індуктивно-ємнісних фільтрів типу LC.

Ефективність ПЗФ, як і будь-якого фільтра, залежить не лише від параметрів його елементів, але й значень повних опорів вхідного (генератора завади, у даному випадку - ДВЕЖ) і вихідного (мережі, еквівалента мережі) кіл.

Для розрахунку будь-якого ПЗФ повинні бути відомі: рівень завад, створюваних пристроєм - генератором завад, повний внутрішній опір джерела завад Z_дз, допустимий рівень на рецепторі завади, повний опір рецептора завади Z_рз. Два останні параметри регламентовані, а два інші можуть бути розраховані або виміряні.

Згасання, яке вносить ПЗФ, у децибелах визначають за формулою

(8.36)

де Z_рз, Z_дз ? імпеданси рецептора та джерела завад відповідно,

E ? ЕРС джерела завад, U_рз ? напруга завад на рецепторі, зрозумілі з рис. 8.24,а, б.

Рисунок 8.24 ? Базові схеми ланок ПЗФ: а - узагальнена схема; б - П-подібний фільтр; в - Т-подібний фільтр; г - Г-подібний фільтр.

З (8.36) маємо для:

П-подібного ФНЧ (рис. 8.24,б)

(8.37)

Т-подібної ланки (рис. 8.24,в)

(8.38)

Г-подібної ланки (рис. 8.24,г)

(8.39)

де Z_L i Z_C - повні опори дроселя й конденсатора фільтра.

Наведені формули складено за топологією схем та не враховано вплив поля, створюваного вхідними струмами на вихідні кола фільтра, та конструкцією фільтра.

Вказані фактори обумовлюють між елементами фільтра паразитні зв'язки, які також впливають як і паразитні параметри елементів фільтра. Тому згасання фільтра знижується. Окрім того, внаслідок створення паразитних резонансних контурів на деяких частотах рівень завад може навіть зростати. Для зменшення взаємного впливу під час конструювання фільтра треба передбачити виконання монтажу у лінію. Зазначимо особливості застосування ПЗФ різного типу:

Фільтр С-типу (з урахуванням внутрішнього імпедансу) - фактично - прохідний конденсатор, котрий шунтує заваду на землю (уземлює її). Добре працює за високих імпедансів джерела і навантажувального кола (рецептора). Вище частоти зрізу крутизна характеристики вношуваного згасання складає 20 дБ на декаду. Слід уникати застосування цього фільтра в колах, де можливі перенапруги або нестаціонарні процеси.

Фільтр Г-типу слід застосовувати там, де імпеданси джерела та навантаження суттєво відрізняються. Індуктивність має розташовуватися з боку низькоомного кола. вище частоти зрізу крутизна характеристики вношуваного згасання складає 40 дБ на декаду.

Фільтр П-типу (в англомовній літературі - типу р) має два прохідних конденсатори, що уземлюють заваду, та індуктивність між ними. Такий фільтр створює високий імпеданс змінному струму як для джерела так і для навантажувального кола. Найбільш підходить для застосування в колах з високими, відносно рівними за значенням імпедансами джерела та навантажувального кола. Вище частоти зрізу крутизна характеристики вношуваного згасання становить 60 дБ на декаду.

Фільтри 2П-типу, 2Т-типу та інші застосовують в умовах, подібних з умовами застосування фільтрів П- та Т-типу, але відповідно до ситуації. Коли є більш високі вимоги до характеристик фільтру або необхідне ефективне притлумлення завад в нижній частині робочого діапазону частот від 10_кГц застосовують багатоелементні композиції з 5-ти та більше дроселів та прохідних конденсаторів. За необхідності, в мережевих фільтрах можуть бути елементи притлумлення нестаціонарних процесів (перенапруги, спричинені аварійними режимами в електромережі, блискавки тощо) - варистори, напівпровідникові прилади TVS(Trancient voltage suppresors).

Специфічною особливістю ПЗФ є необхідність притлумлення двох видів завад: симетричних (differential mode) і несиметричних (common mode).

На значення LC-елементів, призначених для притлумлення симетричних завад, обмежень майже немає. Шлях симетричної завади відомий, тому її притлумлення є звичайним. Конденсатори для притлумлення симетричних завад підключають між силовими проводами фільтра й позначають С_х.

Значно складніше притлумлювати несиметричні завади: з одного боку - шлях несиметричної завади неконтрольований, а з іншого боку - значення ємностей несиметричних конденсаторів С_у обмежені вимогами техніки безпеки.

Це зумовлено тим, що за допустимих значень струму спливу на рівні 0,5...3,5 мА в мережі 220 В; 50 Гц значення ємності несиметричних конденсаторів не повинно перевищувати відповідно 6800...62000 пФ.

На основі моделі поширення несиметричної завади (рис. 8.7, б) з'ясуємо порядок синтезу фільтра та оцінимо його ефективність.

На рис. 8.25, а показано розвиток моделі з урахуванням застосування ДВЕЖ (у корпусі- екрані) і ПЗФ як конденсатора С_у (С_г-к - ємність між елементом-генератором завади й корпусом, С_к-з - між корпусом і землею). Нехай: С_г-к = 200 пФ та С_г-к >> С_к-з (), а також , отримаємо рівень напруги несиметричних завад на опорі мережі (еквівалента мережі ) за відсутності конденсатора С_у

(8.40)

Рисунок 8.25 ? Моделі ДВЕЖ з елементами притлумлення несиметричних завад: а - модель з застосуванням С_у; б - еквівалентна схема для моделі з застосуванням С_у; в - модель з CLC-фільтрами; г - еквівалентна схема для моделі з CLC-фільтрами

За умови наявності конденсатора С_у=5100 пФ і умов: і , отримаємо

(8.41)

З (8.40) і (8.41) визначимо згасання фільтра

(8.42)

Збільшення значення згасання досягають ускладненням фільтра застосуванням дроселя та двох конденсаторів (ємність кожного повинна бути у два рази менша, бо загальна ємність не повинна перевищувати допустимого значення, рис. 8.25,в). З урахуванням прийнятих припущень, за еквівалентною електричною схемою рис. 8.25,г для С_г-к = 200 пФ, С_у1 = С_у2 =2400 пФ, L = 10 мГн, на частоті 150 кГц, маємо

(8.43)

У проаналізованих моделях генератор завади умовно показано однополюсним відносно землі. В реальних умовах елементи ПЗФ повинні встановлюватись для кожного з мережевих проводів.

У зв'язку з цим дроселі, включені (за умови двопровідної однофазної мережі) кожний у свою силову лінію, виконують на спільному магнітопроводі (двообмотковий дросель). Його обмотки підключають так (рис. 8.26а), що магнітні потоки, створювані в осерді навантажувальним струмом, взаємно протилежні й індуктивність дроселя для цього струму та струму симетричної завади відповідає індуктивності розсіювання. Падіння напруги живлення на ньому близько до нуля. Для струмів несиметричної завади, які протікають проводами в одному напрямку, такі дроселі є великим опором (орієнтовно в чотири рази більше, ніж звичайний однопровідний дросель).

Схеми протизавадових фільтрів

Розглянемо конкретні схеми ПЗФ. Ефективність ПЗФ великою мірою залежить від імпедансу джерела завад Z_дз. Для несиметричної завади цей опір великий (визначають паразитною ємністю від одиниць до сотень пікофарад). Для симетричної завади у ДВЕЖ із БТВ цей опір визначають значенням повного опору конденсатора вхідного фільтра (десятки мікрофарад), і він порівняно невеликий.

Тому елементи фільтра, призначені для притлумлення симетричних завад (Z_дз < 150 Ом), починаються (зі сторони ДВЕЖ із БТВ) із дроселя, а для несиметричних (Z_дз >> 150 Ом) - із конденсаторів (рис. 8.26,б). Якщо ж і для симетричної завади вихідний опір великий (трансформаторний ДВЕЖ), то симетричні й несиметричні конденсатори встановлюють з обох боків (рис. 8.26,а).

Якщо притлумлення завад від високоомного джерела не більше, ніж на 10...30 дБ, достатньо застосування тільки ємнісних елементів.

Одноланкові індуктивні фільтри забезпечують притлумлення завад на 30...50 дБ. Притлумлення завад на 40...60 дБ може бути досягнуто в дво-, три- ланкових LC-фільтрах.

Схему фільтра, який забезпечує в діапазоні частот 0.15...30 МГц згасання в межах 40 дБ, показано на рис. 8.26,а. Згасання до 60 дБ у цьому самому діапазоні забезпечує складніший ПЗФ, схему якого наведено на рис. 8.26,б.

Схему компактного ПЗФ із застосуванням сучасної елементної бази представлено на рис. 8.23,в, а залежність згасання, яке він вносить, симетричними й несиметричними шляхами поширення завади від частоти - на рис. 8.26,г.

На рис. 8.26,д, е наведено схему та частотну залежність згасання, яке вносить фільтр, для несиметричних завад трифазного ПЗФ.

Під час конструювання ПЗФ треба максимально зменшити довжину провідників від джерела завади до ПЗФ. Фільтр доцільно екранувати застосованням як екран корпуса; несиметричні конденсатори, зазвичай, прохідні, слід встановлюватися на корпусі в місці виходу (входу) проводів від фільтра. Усередині фільтр повинен бути розділений екранними перетинками на окремі відсіки, корпус (екран) фільтра повинен бути суцільним без щілин. Доцільно підключення проводів виконувати за допомогою екранованих рознімів.

Детальніші рекомендації з проектування ПЗФ наведено в спеціальній літературі. Для прикладу розглянемо фільтри виробника Epcos, що випускає ПЗФ (серійні та індивідуального замовленя) на силу струму від 0,5 до 2500 А, з напругою до 2000 В. Дані деяких наведено в табл. 8.7.

Рисунок 8.26 ? Електричні принципові схеми ПЗФ та характеристики згасання, що вони вносять: а - на 40 дБ; б - на 60 дБ; в - з чотирьох провідниковими та прохідними конденсаторами; г - згасання, що вносить фільтр за схемою в; д - трифазний ПЗФ; е - згасання, що вносить фільтр за схемою д

Таблиця 8.7 - Дані деяких фільтрів типу B84

Тип фільтра	Сила струму, А	Напруга фаза-корпус 50 Гц, В	Згасання в смузі частот	Габаритні розміри, мм	Маса, кг
			Гц	дБ
B84102-C B84110B B84771*A000 B84111A B84142-A*-R122 B84132-MBS B84142A*S002 … S018	0.5..4 1.4 1..15 1..20 8..180 16..150 250..1000	250 250 250 250 300 250 750..2000	105.. 108 105.. 107 104.. 108 104.. 108 104.. 108 104.. 109 104.. 108	40..70 30..60 0..60 0..80 15..100 10..80 5..100	10338,532 313433 5022,557,4 7784,538,1 33990150 - 412,5260126	0,25 0,047 0,04 0,80..0,21 0,7..8,0 0,8..3,4 12..26

Розробкою та промисловим виготовленням ПЗФ займаються багато великих вірм США, Європи і Азії, що подають на свтівий ринок близько 16000 найменувань завадопритлумлюючих конденсаторів і 8000 типів фільтрів. Додаткову інформацію щодо технічних характеристик, конструктивного виконання та особливостей застосування ПЗФ можна знайти на сайтах та в каталогах відомих виробників:

Spectrum Control - www.spectrumcontrol.com

Sprague ? www.spraguegoodman.com

Tusonix - www.tusonix.com

Tyco Electronics ? www.tycoelectronics.com

Corcom ? www.cor.com, www.corcom.com

Siemens ? w1.siemens.com

Murata Electronics ? www.murata.com

Загалом для цільового застосування можна знайти достатню кількість моделей фільтрів, що будуть задовольняти заданим вимогам.

Суттєві результати в галузі аналізу, розробки та застосування протизавадових фільтрів досягнуто науковою групою кафедри звукотехніки та реєстрації інформації "НТУУ КПІ".

Елементна база протизавадових фільтрів

Найпростіший С-фільтр, або прохідний конденсатор, - це трубчастий конденсатор з трьома виводами, два з яких з'єднують джерело завади і навантагу, а третій - уземлення. Частотна характеристика такого фільтра має найменшу крутизну. Зазначимо, що частота зрізу визначається лише значенням ємності конденсатора, а нахил частотної характеристики - типом фільтра.

Прохідні конденсатори серії КТП. Розроблені в наприкінці 50-х років минулого сторіччя, проте їх досі застосувують. Вони мають порівняно високу максимально допустиму напругу (800, 500 и 400 В) за постійним струмом. Змінна складова прикладеної напруги для конденсаторів КТП, як і для інших прохідних конденсаторів і фільтрів обмежується максимально допустимим значенням реактивної потужності і допустимою номінальною напругою змінного струму.

Таку саму конструкцію і призначення мають конденсатори серії КТПМ, що відрізняються від КТП меншими габаритами.

Прохідні конденсатори серії К10-54, на відміну від трубчсатих серії КТП, мають монолітну багатошарову конструкцію, що забезпечує збільшення діапазону номінальних ємностей більш ніж у 100 разів, а їх питому ємність - на декілька порядків. Конденсатори серії К10-54 застосовуються в різних конструкціях протизавадових фільтрів.

Зручними для застосування є конденсаторні ємнісні блоки типів 3Б і К75-37, які складено із симетричного та двох несиметричних конденсаторів (конденсатори С1 і С2, С3 рис. 8.27,а). Конденсатори К75-37 виконано на рівні кращих світових зразків виробів такого типу.

Ефективність конденсаторних блоків на високих частотах значно зростає, якщо на їхні виводи надіти феромагнітні трубки або бусини, які створюють дроселі безвиткового типу. Для цього рекомендують застосовувати феритові трубчаті осердя типу М600НН-2,80,812. Індуктивність таких дроселів становить від десятих частин до кількох мікрогенрі, резонансна частота - вище 10 МГц. Залежність повного опору безвиткового дроселя від частоти показано на рис. 8.27,б.

Зручно виконувати ПЗФ із застосуванням керамічних прохідних фільтрів Б7-2, Б14, Б23А, Б24 (для кіл змінного струму), Б15 (постійного) і симетричних плівкових чотирививідних конденсаторів К73-21 (С1, Ф1, Ф2 на рис. 8.27,в).

Згасання фільтрів серії Б7-2 в діапазоні частот 100-200 МГц складає 35 дБ, в діапазоні 200-800 МГц - 50дБ, 800-1500 МГц - 35 дБ; серії Б14 в діапазоні 100-1500 МГц - 40 дБ; серії Б-23А - 40-45дБ в усьому частотному діапазоні завадопритлумлення.

Конструктивно керамічний прохідний фільтр (рис. 8.27,г) виконано таким чином. Мідний посріблений відрізок проводу 1 із надітим на нього осердям із феромагнітного матеріалу 2 розміщено у керамічній трубці із сегнетокераміки 3. На зовнішню та внутрішню поверхні керамічної трубки нанесено срібні електроди. Між внутрішніми електродами 4 є невеликий зазор. Зовнішній електрод 5 - загальний, з'єднаний із фланцем 6. Така конструкція реалізує два циліндричні конденсатори, які разом із феромагнітним осердям створюють П-подібну схему ФНЧ. Частотну характеристику згасання показано на рис. 8.27,д. Ці елементи мають розміри не більше керамічних прохідних конденсаторів типу КТП (1-2 см у довжину, кілька міліметрів у діаметрі).

Максимальна ємність таких фільтрів складає 10 нФ, тому нижня межа частотного діапазону завадопритлумлення 100 МГц для фільтрів Б7-2, Б-14, Б23-А і 0,7 МГц для фільтрів Б24. LC-фільтри серії Б23Б виготовляють з монолітними багатошаровими конденсаторами К10-54 ємністю 0,047-6,8 мкФ, що знизило нижню межу діапазону завадопритлумлення до 10 кГц.



Рисунок 8.27 ? Елементи ПЗФ: а - типовий фільтр з конденсаторним блоком К75-37 та безвитковими дроселями L1…L4; б - частотна характеристика імпедансу безвиткового дроселя; в - типовий фільтр із конденсатором К73-21 та з керамічним фільтром (Б7, Б14 або Б23); г - конструкція керамічного фільтра; д - частотна характеристика керамічного фільтра

На рис. 8.28,а приведено залежності згасання від частоти за імпедансу джерела та рецептора завад 75 Ом. Зауважимо, що ці характеристики наведено як приклад, бо вони і залежать від значень повного опору джерела завад і навантаги, перехідного опору між корпусом фільтра і корпусом апаратури та ряду інших факторів.

а

б

Рисунок 8.28 - Характеристики згасання фільтрів типу: а - Б23Б; б - фільтрів серії К10-78

LC-фільтри серії К10-78 випускають в чіп-виконанні і монтують в корпус для поверхневого монтажу. За основу взято базову конструкцію багатошарового монолітного керамічного чіп-конденсатора. Особливість фільтрів цієї серії - конфігурація внутрішніх електродів. Частота зрізу на рівні 3 дБ є в межах від 0,25 МГц для конденсатора ємністю 22 нФ до 302,2 МГц для конденсатора ємністю 22 пФ. Значення згасання на частотах, близьких до 1000 МГц, складає 17-18 дБ .

У тих випадках, коли тумблер включення джерела живлення ДВЕЖ комутує коло живлення за протизавадним фільтром зі сторони мережі або тумблер не застосовують узагалі, а включення в мережу здійснюють штепсельною вилкою - необхідно паралельно симетричному конденсатору підключити, за вимогами техніки безпеки, розрядний високоомний опір. (Звичайно це резистор типу С2-23, який розсіює потужність 0.125...0.25 Вт із номінальним опором 100...1000 кОм (R1 на рис. 8.27,а, в).

електромагнітна сумісність апаратура завада

Висновки

1. Інтенсивне впровадження джерел електроживлення із застосуванням силових каскадів ключового типу (з імпульсним керуванням) та удосконалення технологій створення радіоелектронної апаратури високої чутливості призвели до зростання актуалізації проблеми забезпечення електромагнітної сумісності сучасних джерел електроживлення із функціональною апаратурою та електричною мережею, від якої формують електроживлення цієї та іншої апаратури.

2. Проблема забезпечення електромагнітної сумісності має два головних аспекти: забезпечення умов для штатного функціонування будь-якої радіоелектронної апаратури в наявній електромагнітній обстановці (несприйнятливість) та обмеження до допустимих рівнів в створюваних електромагнітних завад (емісія), одним із поширених джерел яких є сучасні ДВЕЖ.

3. Розв'язування задач з проблеми забезпечення ЕМС є одне із завдань розробників та користувачів сучасних ДВЕЖ.

4. Засоби та заходи забезпечення ЕМС ДВЕЖ можна розділити на декілька груп, які важко ідентифікувати: внутрішні, пов'язані із вибором схемотехнічних рішень та режимів роботи; зовнішні, пов'язані із застосуванням додаткових стосовно ДВЕЖ засобів (фільтрів, кранів, систем уземлення тощо); іншими в цих групах є електричні та конструкторські; за шляхами поширення завад: кондуктивні (в провідниках, корпусах тощо), в навколишньому середовищі.

5. Особливістю кондуктивних завад є наявність симетричного (за прямим та зворотним провідниками) та несиметричного (між прямим або/та зворотним провідником і землею) шляхів.

6. Особливістю завад заваду навколишньому середовищі є його розподіл на ближню зону (індукції) та дальню (випромінення).

7. Внаслідок глобального характеру проблеми ЕМС нормативні документи стосовно рівнів завад та несприйнятливості методик вимірювань та випробувань розроблено міжнародними, регіональними, національними установами відповідно, наприклад, «Міжнародна Електротехнічна комісія» (МЕК, IEC - International Electrotechnical Commission, в Україні відповідальними за нормативну документацію в галузі ЕМС є Технічний комітет ТК22 ЕМС в структурі Держспоживстандарту України).

8. Допустимі рівні електромагнітних завад кондуктивних та в навколишньому середовищі наведено в різних стандартах стосовно різної апаратури.

9. Для проведення випробувань за вимогами ЕМС існують спеціальні методики та прилади.

10. Ключові каскади та інші елементи ДВЕЖ КТ можуть створювати як кондуктивні завади, так і завади в навколишньому середовищі.

11. Для розрахунку кондуктивних завад слід скласти відповідну еквівалентну схему та врахувати характер імпедансу шляхів поширення (активний, ємнісний, магнітний. комбінований).

12. Під час поширення електромагнітних завад в провідниках слід враховувати вплив поверхневого ефекту.

13. Під час розрахунку рівнів завад в навколишньому середовищі слід враховувати тип зони (ближня - індукції, дальня - випромінення) та характер випромінювача: переважно електричний (висока напруга, мала сила струму); переважно магнітний (велика сила струму, мала напруга).

14. Різні характери процесів створюють різні рівні завад та інтенсивність згасання обвідної спектра (від 20 дБ/дек й вище), що слід враховувати під час проектування ДВЕЖ.

15. Стосовно ДВЕЖ інженерно-технічними засобами забезпечення ЕМС є:

- застосування різноманітних схемотехнічних реалізацій;

- вибір комутаційних елементів;

- балансування (симетрування);

- фільтрування (за симетричним та несиметричним шляхами);

- екранування;

- уземлення;

- рознесення і орієнтація функціональних вузлів (конструктивне розміщення).

16. Ефективним засобом притлумлення низькочастотних та високочастотних спотворень струму в електричній мережі є корекція коефіцієнта потужності (PFC - Power Factor Correction).

17. Специфічними конструкторськими засобами притлумлення завад є застосування екранної обмотки в силових трансформаторах, екранувальної шаруватої шайби між силовим транзистором та тепловідводом (радіатором), раціональний монтаж.

18. Ефективним засобом локалізації електромагнітного поля є екранування.

19. Явища, які забезпечують екранування: поглинання, обумовлене згасанням електричного та магнітного полів в матеріалі екрана та відбиття, обумовлене різними значеннями хвильових імпедансів (в дальній зоні) навколишнього середовища і екрана - відношення (в ближній зоні).

20. Ефективним засобом притлумлення кондуктивних завад є мережеві протизавадові фільтри.

21. Особливістю протизавадових фільтрів є наявність двох типів завад за шляхами поширення: симетричних і несиметричних.

22. Стосовно притлумлення завад симетричних обмежень майже немає: цю функцію виконують дроселі (за схемою differential mode) та конденсатори С_х, з практично несуттєвим обмеженням обумовленим значенням накопиченої енергії.

23. Стосовно притлумлення несиметричних завад - значення ємності конденсаторів С_y обмежено, що обумовлене допустимим значенням сили струму спливу; тому застосовують увімкнення обмоток дроселя за схемою common mode.

24. У зв'язку із широкою смугою частот згасання протизавадових фільтрів (від 10..150 кГц до 30 МГц й вище), необхідно враховувати не лише регулярні параметри компонентів, а й паразитні, що ускладнює процес проектування та застосування таких фільтрів.

25. Забезпечення ЕМС ДВЕЖ з функціональною апаратурою та електричною мережею вимагає комплексного підходу на основі знань принципів роботи силових каскадів, засад електродинаміки, теорії електричних кіл тощо.

Список використаної літератури

Теоретические основы электротехники. В 3т. Т.2 / К.С. Демирчян, Л.Р. Нейман, Н.В. Коровкин, В.Л. Чечурин. СПб., 2006.

Зевеке, Г.В. Основы теории цепей / Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, А.В. Нетушил, С.В.Страхов. М., 1989.

Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи / Л.А. Бессонов. М., 2006.

Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей. Линейные цепи. - М.: Высш. шк., 1981.

Толстов Ю.Г. Теория линейных электрических цепей. - М.: Высш. шк., 1986.

Атабеков, Г.И. Основы теории цепей / Г.И.Атабеков. СПб., 2006.

Лосев А.К. Теория линейных электрических цепей. - М.: Высш. шк., 1987.

Беляцкий А.Ф. Теория линейных электрических цепей. - М.: Радиосвязь, 1986.

Попов В.П. Основы теории. - М.: Высш. шк., 1985.

Батура М.П., Кузнецов А.П., Курулёв А.П. Теория электрических цепей. Учебник. 2-е изд., исп. - Мн.: Вышэйшая школа. 2007.

Бакалов, В.П. Основы теории цепей / В.П. Бакалов, В.Ф. Дмитриков, Б.И. Крук. М., 2000.

Запасный, А.И. Основы теории цепей / А.И. Запасный. М., 2006.

Касаткин, А.С. Электротехника / А.С. Касаткин, М.В. Немцов. М., 2000.

Коровкин, Н.В. Теоретические основы электротехники: Сборник задач / Н.В. Коровкин [и др.]. СПб., 2006.

Ломоносов, В.Ю. Электротехника / В.Ю. Ломоносов. М., 1990.

Мурзен, Ю.М. Электротехника / Ю.М. Мурзен, Ю.И. Волков. Питер, 2007.

Новогородцев, А.Б. Теоретические основы электротехники / А.Б. Новогородцев. Питер, 2006.

Рекус, Г.Г. Основы электротехники и электроники в задачах и решениях

Размещено на Allbest.ru