ЭМС_конспект_полный

Помехи из сети питания переменного тока в свою очередь можно подразделить на импульсные и длительные помехи.

Длительные помехи делятся на провалы, перенапряжения и искажения формы синусоиды.

Провал напряжения в сети переменного тока - помеха, в течение действия которой значение амплитуды напряжения в сети в каждом полупериоде частоты переменного тока превышает регламентированное максимально допустимое значение.

Импульсные помехи в сети питания по виду воздействия можно подразделить на симметричные и несимметричные. Напряжение симметричных помех приложено между проводами питающей сети, а несимметричных - между проводом и землей.

Под помехами из внешних линий связи подразумеваются помехи, попадающие в аппаратуру рассматриваемого объекта из линии связи с устройствами, не являющихся частями объекта. Наиболее характерными помехами из внешних линий связи являются симметричные и несимметричные импульсные помехи и помехи от неэквипотенциальности точек заземления.

Напряжение симметричной импульсной помехи из однофазной линии связи приложено между входными зажимами прямого и обратного проводов связи, из парафазной линии - между дифференциальными входными зажимами.

Напряжение несимметричной импульсной помехи по линии связи приложено между проводом линии связи и землей.

Напряжение помехи от неэквипотенциальности точек заземления приложено между точками заземления отдельных устройств. Если связи между двумя устройствами (ЦТС) являются гальваническими, а обратные провода связи соединены с корпусами устройств, то напряжение от неэквипотенциальности оказывается приложенным к обратному проводу

(рис.2).

Квнешним помехам, наиболее часто приводящим к сбоям и отказам

вработе ЦТС, относятся: импульсные и длительные возмущения в сети питания переменного тока, неэквипотенциальность точек заземления, разряды электростатических зарядов, помехи от импульсных электрических и магнитных полей, помехи от напряжения промышленной частоты, помехи от ВЧ электромагнитных излучений.

ЦТС. Наибольшее значение амплитуд импульсов помех в системных линиях связи наводятся при грозовых разрядах. Другая причина наводимых в линиях связи помех - наличие в окружающем пространстве импульсных полей, создаваемых различного рода источниками искусственного происхождения: электрическими аппаратами, высоковольтными установками и ЛЭП, радиопередающими устройствами. В этом случае амплитуды напряжения помех в линиях связи не столь велики, как при грозах, но зато частота следования таких помех выше.

1.3.1. Способы описания и представления помех.

Основные параметры помех. Помехи можно представить и описать как во временной, так и в частотной областях (см. рис. ). Обычно не так важно точное описание формы помехи, как ее точные параметры, от которых зависит ее мешающее воздействие.

Параметры помех могут быть определены в соответствии с рис.2.16. Для периодических помех (рис.2.16,а) это:

частота f и амплитуда Xmax; эти параметры определяют амплитуду напряжения помехи Usmax во вторичных контурах.

Для непериодической помехи (рис.2.16,б) важнейшие параметры следующие:

скорость изменения х/ t (скорость нарастания или спада) помехи х; она определяет максимальное напряжение помехи Usmax вызванной во вторичной цепи;

Рис. 2.16. Пояснение параметров периодических (а ) и непериодических (б) переходных помех: Е - приемник сигналов; G - источник сигналов; х - помеха (напряжение или ток); us - напряжение помехи, обусловленное связью; 1 - влияющий контур; 2 - гальваническая, емкостная или индуктивная связь; 3 - контур, подверженный влиянию

изменение времени t, или интервал времени, в течение которого, например, помеха х имеет максимальную скорость изменения амплитуды; этот интервал идентичен длительности действия напряжения помехи us во вторичной цепи;

максимальное значение изменения амплитуды x, пропорциональное интегралу напряжения помехи вторичной цепи по времени (площади импульса помехи).

Для взаимосвязанного представления этих величин с точки зрения электромагнитной совместимости используют при периодических помехах амплитудный спектр, а для импульсных - спектр амплитудной плотности (см.рис.2.14). Оба представления позволяют применительно к рассматриваемой (измеряемой) помехе:

оценить воздействие помехи на узкополосную систему;

рассчитать воздействие, обусловленное заданной связью;

выбрать параметры средств подавления, например, фильтров;

определить граничные области, например, максимального возможного или характеризовать границы помехоустойчивости;

наконец, получить представление о воздействии при испытаниях согласно нормам электромагнитной совместимости, т.е. о параметрах генераторов, применяемых при испытаниях.

Важнейший параметр помехи при непериодических процессах - спектр амплитудной плотности, который может быть измерен экспериментально и сопоставлен со спектром импульсов трапецеидальной, прямоугольной или треугольной форм [2.26]. Кратко поясним это [2.27].

В спектре амплитудной плотности величину A= ASP

T

периодически меняющегося во времени процесса a(t) представляют в зависимости от частоты f в двойном логарифмическом масштабе. Для трапецеидального напряжения помехи a(t)=u(t) в соответствии с рис.2.17 из (2.1) следует

Эта функция графически приближенно может быть выражена тремя

Отрезок прямой, параллельный оси абсцисс, определяется из (2.2)

для f<<1/( ) и выражается в децибелах:

разряда 20дБ, представляет собой замкнутую кривую функции (2.2) в заданной области частот. Отсюда следует соотношение

где Umax, f и Tr выражены в вольтах, герцах и наносекундах соответственно.

- 40 дБ/декада

Рис.2.18. Зависимость составляющих спектральной амплитудной плотности А согласно (2.2) для трапецеидального импульса и огибающих от частоты f для различный форм импульсов (рис.2.17) одинаковых длительностей и амплитуд

Uмах:

1- трапецеидальный импульс; 2 - прямоугольный импульс; 3 - треугольный импульс

Уравнение (2.5) может быть положено в основу определения амплитуды импульса Umax, а (2.6) - скорости изменения напряжения во времени

Umax/Tr.

Если трапеция вырождается в прямоугольник, то Tr=0 и fК2= (кривая 2 на рис.2.18). Для треугольника с такими же амплитудой и площадью fК1=fК2=1/( Tr) (кривая 3 на рис.2.18).

Для удобства обработки экспериментально найденного спектра амплитудной плотности используют построенные на основе (2.4)-(2.6) специальные масштабные сетки [2.26, 2.28]. В качестве такой сетки показан рис.2.21, на котором приведены граничные значения большого числа измеренных величин в различных точках для симметричных (измеренных между внешним и нулевым проводами) и несимметричных (измеренных между внешним и защитными проводами) напряжений помех в сети питания (кривые 1 и 2). Обе кривые приближенно экстраполируются отрезками прямой 3. Это соответствует треугольному импульсу со следующими параметрами:

максимальной амплитудой

Umax=1080/20=10 000 В;

средней шириной импульса

=1/ fK=1/ 106=318 нс;

временем нарастания

Тr= =318 нс;

скорость изменения напряжения

Umax/Tr=1030/20=31,5 В/нс;

площадью импульса

Umax =1070/20=3150 мкВ с.

Эти значения следует считать экспериментальными. Они лежат в диапазонах параметров помех (табл.2.9) и почти идентичны значениям, характерным для коммутационных процессов, описанных в п.2.3.3.

Логарифмическое представление помех и свойств систем. При рас-

смотрении в частотной области [см.(2.4)-(2.6), рис.2.18] целесообразно приводить значения помех и других параметров, характеризующих электромагнитную совместимость, в виде логарифма отношений. Это по-

Уровень - логарифм относительной величины с постоянной базой - знаменателем. При помощи понятия «уровень» можно описывать системные величины, а также значения помех (напряжения, тока, напряженности полей помех и т.д.). Базовым значением напряжения, может быть, например, U0=1 мкВ. Логарифм относительного напряжения называют уровнем напряжения. Использование единицы децибел или непер предполагает применение в качестве базисного заметное значение. При применении десятичного логарифма справедливы следующие выражения для уравнений:

напряжения u=20lgUx/U0, дБ, при U0=1 мкВ; тока i=20lgIx/I0, дБ, при I0=1 мкА; напряженности электрического поля

E=20lgEx/E0, дБ, при E0=1 мкВ/м;

напряженности магнитного поля

H=20lgHx/H0, дБ, при H0=1 мкА/м;

мощности P=10lgPx/P0, дБ, при P0=1 пВт.

При принятии в качестве базовой величины Rx=R0 уровень мощности, дБ, определяется по другим правилам.

Уровень является величиной безразмерной. Физическая природа описываемых величин может подчеркиваться принятыми для них обозначениями, такими как u, i, E, H, P, а размерность базовой величины указывается в индексе или в скобках, например, дБ (мкВ), дБ (мкА) и

т.д. (см.рис.2.21).

Мера - логарифм отношения величин для обозначения измеряемых свойств объекта (степени передачи, коэффициентов усиления, ослабления). При этом берется отношение величин, на входе и выходе системы или отношение величин в определенной точке при наличии и отсутствии демпфирующего элемента (фильтра, экрана). Например, коэффициент затухания, дБ, вносимого фильтром, выражается десятичным логарифмом отношения (5.10) е=20lg (U20/U2), а общий коэффициент затухания, дБ,

при наличии экрана (5.25) s=20lg (Е0/Е1).

Здесь U2 и U20 - напряжение помех на входе с фильтром и без фильтра, а Е1 и Е0 - воздействующие на прибор напряженности электрического поля без экрана и с экраном соответственно.