Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ЭМС_конспект_полный

.pdf
Скачиваний:
163
Добавлен:
22.02.2016
Размер:
791.79 Кб
Скачать

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.

ИП ЦТС

ВП

ИК

ИК

1

2

ВК

ВК

3

ВК

1- линия питания,

2- внешняя линия связи,

3- цепь заземления,

ВК - восприимчивость кондуктивная, ВП - восприимчивость пространственная, ИК - излучение кондуктивное, ИП - излучение пространственное.

Рис.1 Восприимчивость ЦТС к внешним помехам и излучение помех.

ЦТС1

1

ЦТС2

 

2

 

U

Рис.2

 

Помехаотнеэквипотен-

1-линиясвязи,

циальноститочек

2-обратныйпровод,

заземления.

U-напряжениепомехи.

Импульсные помехи в сети питания ЦТС появляются вследствие включения и выключения различного рода активных и реактивных нагрузок, быстрых изменений токов в нагрузке, наводок от импульсных электрических и магнитных полей, влияние грозовых разрядов и т.п.

Длительные помехи в сети питания возникают вследствие работы автоматических сетевых прерывателей при перегрузках или коротких замыканиях.

Импульсные помехи в линиях связи между ЦТС появляются из-за внешних наводок и неэквипотенциальности точек заземления корпусов

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;

Xmax

Xmax

 

 

 

 

 

1

 

X

 

0

0

t

 

t

t

 

 

2

 

Usmax

 

 

Usmax

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~ X

3

 

 

~

 

X/

 

G

~f Xmax

 

t

 

t

 

 

t

 

 

0

 

 

 

a)

б)

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

k e a t

 

e b t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f1 x

 

 

a x , T r ,

x X

 

sin

 

t

x

 

 

max

c(n, )cos(n t)

x

X

max

e

t

cos

0

t

k

 

m

m a x

0

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n 1

 

 

 

 

 

 

 

a

 

f

2

 

r

,

 

 

0

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2 /T

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

0

 

0

 

 

 

b

f 3 T r ,

 

T

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b a k a b

X max

2

a/2

b/2

1/

2/

3/

Рис. 2.14

Систематизация

разновидностей

помех

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

 

 

ASP= a(t)e-j tdt;

=2 f

(2.1)

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

A=Umaх

 

sin( /2)

sin( Tr /2)

 

/2

( Tr /2)

 

 

 

 

(2.2)

 

 

 

Эта функция графически приближенно может быть выражена тремя

отрезками прямой

с частотами в точках изломов

 

fK1=1/( ) и

fK2=1/( Tr)

(2.3)

(см. кривую 1 на

рис. 2.18).

 

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

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

A0=20lg(Umax /Uб б)

(2.4)

где Uб=1мкВ, б=1 с - базовые величины.

трапецеидального импульса

Величина

А0 соответствует площади

(интегралу напряжения по времени).

 

Отрезок

прямой, соответствующий спаду по закону десятичного

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

А=20lg(106/ )+20lgUmax-20lgf.

(2.5)

Здесь f и Umax выражены в герцах и вольтах соответственно.

Прямая, соответствующая спаду по закону

десятичного разряда

40дБ, отражает замкнутую кривую функции (2.2)

в области f 1/( Tr).

Для ее описания пригодно уравнение

 

А=20lg(1015/ 2)+20lg(Umax/Tr)-40lgf,

(2.6)

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

Рис. 2.17. Импульс напряжения помехи U(t):

U(t)

 

 

- средняя длительность импульса;

 

 

 

 

Тr - время нарастания; Umax - мак-

 

 

 

симальное значение; 0 < Tr < T -

 

 

трапецеидальный импульс; Tr = 0 -

 

 

 

прямоугольный импульс; Tr = -

 

 

 

треугольный импульс

Umax

 

 

 

 

 

Tr

0

t

 

 

 

Tr

 

 

 

 

 

А, дБ

 

 

 

 

А0

 

- 20 дБ/декада

 

 

 

 

 

 

- 40 дБ/декада

А

3

1

2

fk1=1/

fk2=1/ Tr

lgf

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-

зволяет наглядно сопоставлять значения,

отличающиеся друг

от друга

на

многие порядки,

а также умножать эти

значения простым

сложением

их

логарифмов.

 

 

 

 

Следует различать два вида логарифмических относительных вели-

чин: уровень и меру

сигнала.

 

 

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 (Е01).

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.

Приведем часто используемые характерные значения, дБ, и соответствующие им отношения:

6 дБ - 2:1;

20 дБ - 10:1;

40 дБ - 100:1;

60 дБ - 1000:1;

80 дБ - 10000:1;

100 дБ - 100000:1;

120 дБ - 1000000:1.

Если вместо десятичного логарифма используется натуральный, то применяют понятие «непер». Между непером и децибелом имеют место следующие соотношения:

1Нп=8,686 дБ; 1дБ=0,115Нп.

Возможные диапазоны значения помех

 

 

Таблица 2.9.

 

 

 

Параметр

Обозначение

Значение

 

 

 

Частота

 

0-1010Гц

Максимальное значение напряжения

Umax

10-6-106В

Скорость изменения напряжения

du/dt

0-1012В/с

Напряженность электрического поля

E

0-105В/м

Максимальное значение тока

Imax

10-9-105А

Скорость изменения тока

di/dt

0-1011А/с

Напряженность магнитного поля

H

10-6-108А/м

Время нарастания импульса

Tr

10-9-10-2с

Длительность импульса

10-8-10с

Энергия импульса

 

10-9-107Дж

 

W

 

Комментарии к рис. 2.18.

1.Все три импульса имеют одинаковую амплитуду и разные длительности, но все три импульса имеют одинаковую площадь и следовательно одинаковую энергию.

Вопрос: Какой же из этих трех импульсов представляет наибольшую опасность в виде помехи?

Для того чтобы ответить на этот вопрос необходимо рассмотреть их амплитудные либо энергетические спектры.

Анализ энергетических (амплитудных) спектров показывает что наиболее широким спектром обладает прямоугольный импульс, затем трапецеидальный и самым узким спектром обладает треугольный импульс.

1.3.3. Механизм проникновения помех (паразитные каналы)

Проникновение помех в ЦТС возможно по трем паразитным каналам. Через гальваническую связь по проводам; Через емкостная связь (электрическое поле);