3.3 Индуктивная связь и способы ее ослабления
Индуктивная связь возникает между двумя или несколькими контурами с током из-за нежелательного потокосцепления.
На рис.3.15 показаны два индуктивно связанных контура. Если в контуре 1 происходит быстрое изменение тока Δi/Δt (например, в результате коммутации), то в контуре 2 индуктируется напряжение помехи, определяющееся по формуле:
, (3.5)
где Ф – магнитный поток, пронизывающий контур 2, М – взаимная индуктивность контуров 1 и 2.
Рис. 3.15 Индуктивная связь двух контуров
Взаимная индуктивность зависит от размеров и формы контуров. Для схемы на рис.3.15 она рассчитывается по формуле:
. (3.6)
Как следует из формул (3.5) и (3.6) при l=10 м, a/d=0,1 и Δi/Δt=1000 А/с напряжение помехи будет равно Uп=23 В.
Рассмотрим другой случай – разряда статического электричества на проводящий корпус технического средства (рис.3.16).
Рис. 3.16 Индуктивная связь проводящего корпуса с экранируемым контуром
В контуре, находящемся внутри устройства и удаленном от корпуса с током разряда i на расстояние r0 индуктируется напряжение, согласно формуле:
. (3.7)
Например, при a=l=1 см, r0=5 см и Δi/Δt=10 А/нс напряжение помехи составит Uп=4 В.
Аналогично по формуле (3.7) можно оценить влияние магнитного поля молнии. На рис.3.17 показаны два контура. Первый образован проводами линии и имеет площадь a1l. Второй, имеющий площадь a2l, создан заземленным проводом линии и землей. При r0=25 м, l=20 м, a1=0,4 см, a2=60 см и Δi/Δt=200 кА/мкс напряжения помех будут равны Uп1=128 В (для первого контура) и Uп2=19,2 кВ (для второго контура).
Мероприятия по снижению индуктивного влияния:
снижение нежелательной индуктивной связи за счет увеличения расстояния между силовыми и информационными проводами, уменьшение площади контура, подвергающегося воздействию;
компенсация индуктированного в контуре 2 напряжения путем скрутки проводов, так как это обеспечивает уменьшение площади контура 2 и разбиение проникающего магнитного потока на составляющие, токи которых компенсируют друг друга (см. рис. 3.18);
Рис. 3.17 Влияние магнитного поля молнии на удаленные друг от друга электрические устройства
снижение действия созданного магнитного потока путем скручивания соединительных проводов контура 1 (см. рис. 3.19);
Рис. 3.18 Компенсация индуктированного напряжения путем скрутки проводов чувствительного контура
Рис. 3.19 Самокомпенсация магнитного потока влияющего контура
экранирование кабелей, соединительных проводов и устройств экранами с высокой магнитной проницаемостью и толстыми стенками;
уменьшение скорости изменения магнитного потока с помощью короткозамкнутого контура, расположенного вблизи подверженного влиянию контура.
3.4 Воздействие электромагнитного излучения
Причиной излучения являются электромагнитные волны, излучаемые контуром с током. Сформировавшаяся электромагнитная волна действует в дальней зоне на расстоянии r>λ/2π. Величина длины волны и частота излучения связаны между собой известным соотношением:
,
где с – скорость света, равная 300000 км/с.
Например, при частоте поля 1 МГц излучение оказывает воздействие на расстоянии более 50 м.
Напряженность электрического поля на расстоянии r от источника мощностью P определяется по формуле:
.
Здесь Er выражается в В/м, P – в кВт, r – в км.
Под воздействием такого излучения в электропроводных объектах, обладающих антенным эффектом, возникают высокочастотные напряжения, которые могут создавать помехи в сигнальных контурах. Приближенно индуктируемая в антенне ЭДС рассчитывается по формуле:
,
где lэф – эффективная длина антенны.
Защитой от электромагнитного поля служат экраны, устанавливаемые между источником и рецептором. Уменьшение напряженности поля с одной стороны, связано с поглощением энергии поля в материале экрана, а с другой стороны – частичным отражением волны. Эффективность действия экрана зависит от его толщины, электропроводности, магнитной проницаемости и частоты излучения.