3 Средства улучшения качества электропитания
3.1. Электрические помехи, их виды, меры борьбы с ними
Параметры электрической сети не являются стабильными по целому ряду
объективных и субъективных причин. Отклонения величины или формы подаваемого напряжения принято называть искажениями или помехами. Эти искажения по-разному влияют на работу СВТ и даже могут вывести оборудование из строя. Поскольку сами по себе современные СВТ достаточно дороги и наиболее подвержены губительному воздействию помех по входному напряжению, в некоторых случаях возникает необходимость защитить это оборудование от подобного рода воздействий. Наиболее требовательным к стабильности параметров электропитания является оборудование, применяемое для медицинских систем жизнеобеспечения, компьютерные системы банков, страховых компаний, офисные ЛВС и системы управления производством.
Все электромагнитные помехи можно подразделить на:
кондуктивные - это электромагнитные помехи, созданные в проводящей
среде;
излучаемые - это электромагнитные помехи, созданные в пространстве,
По месту создания все помехи можно разделить на:
внутренними; внешними.
К внешним помехам в первую очередь относятся промышленные помехи, которые являются особенно опасными для персональных компьютеров. Эти помехи создаются аппаратурой дуговой и контактной сварки, силовой пускорегулирующей аппаратурой, приводными электродвигателями, медицинской аппаратурой и т.п. Например, включение электропаяльника может вызвать выбросы напряжения в сети в десятки вольт, а
включение люминесцентного источника света - до 1000В!
Допустимое стандартом отклонение сетевого напряжения составляет +10...-15%. Однако в сетях переменного тока имеют место кратковременные провалы и выбросы напряжения, превышающие допустимые нормы, вызванные импульсными помехами.
Исследования AT&T Bell Labs показали, что типичными для сетей являются
следующие нарушения:
снижение (провалы) напряжения;
отключение напряжения;
броски напряжения и импульсные помехи; помехи различного вида.
Наиболее распространенным нарушением является снижение напряжения на
величину более 10%. Такие нарушения составляют 87% (см. рисунок 62).
Рисунок 62 - Соотношение нарушений, распространенных в электрических сетях
Высокочастотные помехи сети, проникающие на выход ИБП через паразитные
цепи (межобмоточные емкости трансформаторов ИБП, соединительные провода, межобмоточные емкости дросселей фильтров и т.п.), приводят к сбою в работе интегральных схем. Особенно опасными для элементов схемы компьютера являются
«Электропитание средств вычислительной техники»
Учебно-методический комплекс
Романов В. П. 75
импульсные помехи, амплитуда которых может достигать десятков вольт при
длительности фронтов, составляющих доли микросекунд.
Для уменьшения воздействия внешних кондуктивных помех рекомендуется:
• первичное напряжение переменного тока подводить к компьютерной сети от
отдельной (собственной) трансформаторной подстанции, предназначенной только для
питания компьютеров;
• во избежание проникновения внешних помех в цепь электропитания осуществлять развязку с помощью широкополосных помехоподавляющих фильтров с большим затуханием.
Уменьшение воздействия внешних излучаемых помех достигается, в основном, за счет экранирования.
Источником внутренних помех, могущих привести к сбою в работе компьютера, является, в первую очередь, его собственный импульсный блок питания.
Все выше сказанное позволяет заключить, что вопросы улучшения качества электропитания СВТ являются наиболее актуальными в настоящее время.
Базовые технологии устройств защиты
На сегодняшний день можно различить несколько базовых технологий и,
соответственно, реализующих их типов устройств, которые способны защитить систему в критических режимах работы. Простейшими из них являются устройства для подавления
выбросов напряжения:
• фильтры-ограничители (surge suppressor/protector); • сетевые фильтры (line conditioner).
Первые обычно реализуются схемой, содержащей металл-оксидные варисторы,
конденсаторы и индуктивности, вторые строятся на базе трансформатора, сглаживающего флуктуации входного напряжения. Остальные технологии реализуются с помощью источников бесперебойного питания.
Устройств защиты подразделяются на:
1. Ограничители выбросов
2. Ограничители выбросов в телефонной сети
3. Сетевые фильтры стабилизаторы
4. Источники аварийного питания
- Источники резервного питания (SPS)
- Источники бесперебойного питания (UPS)
В самом блоке питания компьютера (если он высокого качества) некоторые предохранительные устройства уже могут быть установлены.
В блоках питания некоторых СВТ высокого класса предусмотрена защита от высоких напряжений и токовых перегрузок, а также простейший фильтр для снижения уровня помех, проникающих из сети.
Ограничители выбросов
Простейшими приборами для защиты входных цепей блока питания от высоких
напряжений являются ограничители выбросов. Эти устройства включаются между компьютером и сетевой розеткой и предназначены для поглощения высоковольтных выбросов напряжения, возникающих в сети в результате ударов молний или при работе мощных электрических машин. Устройства подавления выбросов обычно строятся на основе варисторов, которые могут понижать все скачки напряжения, превышающие определенный уровень. Эти приборы выдерживают напряжения до 6 000 В и отводят на землю все напряжения, значения которых выше определенного предела. Они могут спокойно переносить средние перегрузки, но очень сильные скачки (например, при прямом попадании молнии) могут их ―пробить‖. Варисторы не могут рассеивать большую мощность и в такой ситуации обычно перегорают, т.е. после одного мощного или следующих друг за другом более слабых выбросов ограничитель перестает выполнять свои функции.
«Электропитание средств вычислительной техники»
Учебно-методический комплекс
Романов В. П. 76
~220В
Пр
U
CФ
Рисунок 63 - Ограничитель выбросов
ПК
Ограничители выбросов в телефонной линии
Очень важно защитить компьютер от всевозможных помех в телефонной линии, к
которой подключена система. Телефонные линии весьма уязвимы для молний, и подключенные к сетям модемы и компьютеры чаще всего выходят из строя именно по этой причине. Простейшие ограничители выбросов, которые включаются между телефонной линией и модемом, выпускаются несколькими фирмами.
Устройство сетевого фильтра
На устройства подавления выбросов напряжения и сетевые фильтры возложена
функция защиты подключенного оборудования, и имеются элементы подавления помех, распространяющихся по сети. Эти функции реализуются типовыми элементами. К ним
относятся:
• размыкатель (для отключения сети в случае короткого замыкания);
• ограничитель напряжения; • собственно фильтр.
Рисунок 64 - Схема сетевого фильтра
Ограничение напряжений осуществляется разрядниками и варисторами, которые обеспечивают защиту оборудования от значительных перенапряжений, вызываемых, например, грозовыми разрядами. Защита от длительных перенапряжений обеспечивается автоматическими выключателями.
Незначительные отклонения сетевого напряжения устраняют фильтры, которые
могут быть:
• емкостными;
• индуктивными;
• индуктивно-емкостными.
Защитные устройства сети питания предохраняют компьютерные системы от
повреждений при резком возрастании, выбросах и провалах напряжения сети.
В частности, повышение сетевого напряжения или его всплеск могут вывести из строя сам компьютер, а внезапное отключение или снижение напряжения приведет к потере данных.
Сетевые фильтры-стабилизаторы
Кроме повышенного напряжения и токовых перегрузок, в линиях электропитания
могут происходить другие инциденты. Например, напряжение в сети может упасть ниже допустимого предела. Помимо уже упоминавшихся выбросов, в линиях питания могут
«Электропитание средств вычислительной техники»
Учебно-методический комплекс
Романов В. П. 77
возникать, например, радиочастотные наводки или импульсные помехи, создаваемые
электродвигателями и другими индуктивными нагрузками. При воздействии внешних электромагнитных полей на него наводятся электрические напряжения. Источниками таких полей могут стать другие провода, телефонные аппараты, электронно-лучевые трубки, электродвигатели, люминесцентные лампы и индикаторы, электростатические разряды и, естественно, радиопередатчики. Цифровые схемы, в свою очередь, весьма чувствительны к помехам амплитудой всего 1-2 В.
Избавиться от помех и колебаний сетевого напряжения можно с помощью сетевых фильтров-стабилизаторов. В устройствах этого типа выполняется фильтрация и стабилизация напряжения питания, подавляются перепады тока и напряжения — одним словом, они представляют собой буферные каскады между компьютерами и линиями питания.
Фильтры-стабилизаторы полностью заменяют описанные выше ограничители выбросов и выполняют множество других функций. Будучи включенными, они постоянно находятся в активном состоянии (в отличие от ограничителей, которые срабатывают только при выбросах напряжения).
Устройство этих приборов довольно сложное: в их состав входят трансформаторы, конденсаторы и другие элементы, назначение которых— поддерживать постоянный уровень выходного напряжения. Стоимость фильтра-стабилизатора может достигать нескольких сотен долларов и существенно зависит от его выходной мощности.
3.2. Источники бесперебойного питания ИБП, основные структурные схемы их
достоинства и недостатки архитектуры
Для защиты оборудования используются приборы, с помощью которых можно в
течение некоторого времени поддерживать работоспособность системы при исчезновении напряжения в сети. За это время пользователь успеет спокойно закончить работу, сохранить ее результаты и выключить компьютер.
Существует два вида устройств такого типа:
-источники резервного питания (Standby Power Supply— SPS)
-источники бесперебойного питания (Uninterruptible Power Supply— UPS).
Однако, в соответствии с действующим стандартом IEC 60146-4, источники
бесперебойного питания классифицируют по принципу действия на три основные группы:
• Off- Line (Standby Power Supply);
• Line-Interactive;
• On-Line
Лучшие из всех сетевых буферных устройств, безусловно, блоки UPS, поскольку они не только обеспечивают работу компьютера в аварийных ситуациях, но и стабилизируют напряжение и очищают его от помех.
Источник резервного питания (SPS)
SPS включается только тогда, когда исчезает или сильно понижается сетевое
напряжение. В этом случае срабатывает соответствующий датчик, и к установленному в блоке преобразователю постоянного напряжения в переменное подключается аккумуляторная батарея. Начинает вырабатываться переменное напряжение, которое, в свою очередь, поступает на выход устройства, вместо сетевого. SPS в принципе работают неплохо, но в некоторых моделях переключение на резервное питание происходит недостаточно быстро. При этом компьютер может отключиться или перезагрузиться. В высококачественные устанавливаются феррорезонансные стабилизаторы. Это довольно громоздкие устройства, позволяющие запасать некоторое количество энергии, используемой для питания компьютера во время переключения схемы.
Источники резервного питания типа Off-Line
Источники бесперебойного питания типа Off-Line (с отключением сети)
стандартом определяются как пассивные, резервного действия (UPS-PSO). В нормальном
«Электропитание средств вычислительной техники»
Учебно-методический комплекс
Романов В. П. 78
режиме
функционирования штатным питанием
нагрузки является отфильтрованное
напряжение первичной сети при допустимых отклонениях входного напряжения и частоты.
Если параметры входного напряжения выходят за значения конструкторских допусков, включается инвертор ИБН, обеспечивающий непрерывность питания нагрузки. Инвертор питается от аккумуляторной батареи.
Это самые простые приборы (рисунок 65), а следовательно, и самые дешевые.
Источник бесперебойного питания данного типа состоит из двух параллельных ветвей:
• Фильтр - нагрузка;
• выпрямитель - батарея - инвертор - нагрузка.
Рисунок 65 - Архитектура источника бесперебойного питания резервного типа (STANDBY)
При нормальной сети напряжение в нагрузку полается через фильтр, отсекающий всевозможные помехи. Это, как правило, фильтр-ограничитель (surge suppressor), хотя может быть и фильтр-стабилизатор (line conditioner) или их комбинация, а также статический переключатель.
Одновременно через выпрямитель подзаряжается и аккумуляторная батарея. При пропадании, завышении или понижении входного напряжения питание нагрузки электронным переключателем переводится на батарейное (инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное).
Переключатель обеспечивает время переключения от 4 до 15 мс. Заметим, что пропадание электроэнергии в течение этого времени не оказывает сколь-нибудь заметного воздействия на компьютерные системы, которые спокойно переносят отключение питания на 10...20 мс. Учитывая, что почти у всей современной аппаратуры блоки питания импульсные, переключение происходит незаметно для пользователя. Источники бесперебойного питания такого типа способны поддержать работу персонального компьютера в течение 5.. 10минут.
Основными недостатками архитектуры Off-Line считают:
• неудовлетворительная работа источников питания данного типа в сетях с низким
качеством электрической сети: плохая защита от провалов напряжения, превышений
допустимого значения напряжения, изменений частоты и формы входного напряжения,
• невозможность своевременного восстановления емкости аккумуляторной батареи
и при частых переходах на батарейное питание:
• несинусоидальное выходное напряжение при работе от батареи.
Таким образом, основное рекомендуемое их использование — устройства зашиты
нагрузки с импульсным блоком питания с редкими отклонениями питающей сети.
Источники резервного питания линейно-интерактивного типа
В источниках бесперебойного питания линейно-интерактивного типа (Line-
Interactive, иногда Ferroresonant) сочетаются преимущества архитектуры On-line с надежностью и эффективностью резервных источников питания. В ИБП этого тип в отличие от технологии Off-Line в прямой цепи содержится ступенчатый автоматический регулятор напряжения (booster), построенный на основе автотрансформатора. В некоторых моделях используется сетевой стабилизатор напряжения.
Инвертор (INVERTER) соединен с нагрузкой. При работе он питает нагрузку параллельно стабилизированному переменному напряжению сети. Инвертор
«Электропитание средств вычислительной техники»
Учебно-методический комплекс
Романов В. П. 79
подключается
полностью только в том случае, когда
входное напряжение электросети
исчезает.
Из-за такого взаимодействия с входным сетевым напряжением эта архитектура и берет свое наименование. В некотором диапазоне изменения сетевого напряжения выходное поддерживается в заданных пределах за переключения обмоток трансформатора или стабилизатора.
Инвертор обычно работает при низком напряжении, регулирует выходное напряжение и подзаряд аккумуляторов до тех пор, пока не потребуется его включение для полного питания нагрузки при перебоях в электросети. Линейно - интерактивные ИБП нашли наиболее широкое применение в системах щиты компьютерных сетей.
Трансформатор, выполненный по специальной так называем fеrrо-технологии, сглаживает скачки напряжения, при этом ИБП реже переходит на работу от батарей и таким образом повышается срок службы батарей. Как правило, эти ИБП оборудованы
совершенными фильтрами, обеспечивающими защиту от помех различного
происхождения. Типовое время переключения в режим питания от батарей или обратно составляет 2 мс.
Рисунок 66 - Архитектура источника бесперебойного питания типа Line-Interactive
Одним из преимуществ данной архитектур является широкий диапазон допустимых
входных напряжений.
Источник бесперебойного питания (UPS)
Лучшим решением всех проблем, возникающих в цепях питания, является
установка источника бесперебойного питания, который одновременно выполняет функции фильтра стабилизатора и источника аварийного питания. В отличие от SPS, которые включаются периодически, источники бесперебойного питания работают постоянно, и напряжение на компьютер поступает только от них. Поскольку некоторые фирмы продают источники резервного питания SPS как UPS (так как они предназначены для одних целей), последние иногда называют ―истинными источниками бесперебойного питания‖ (―True UPS‖).
Хотя схема и конструкция UPS во многом похожи на SPS, главное различие между ними заключается в том, что в настоящем UPS отсутствует переключатель — питание компьютера всегда осуществляется от аккумулятора.
В UPS постоянное напряжение 12В от аккумуляторной батареи преобразуется в переменное.
Даже если напряжение в сети пропадает, UPS продолжает работать, поскольку при этом лишь прекращается процесс подзарядки батареи. Никаких переключений в схеме не происходит, а потому не возникает даже кратковременных провалов питающего напряжения. Батарея в этом режиме, конечно, разряжается, и интенсивность разряда зависит от мощности, потребляемой компьютером.
Но практически в любом случае вы успеете спокойно завершить работу и подготовить компьютер к нормальному выключению питания. UPS функционирует непрерывно, используя заряженный аккумулятор. После восстановления сетевого напряжения аккумулятор сразу, без дополнительных переключений, начинает
подзаряжаться, и вы снова можете включить компьютер и спокойно работать.
«Электропитание средств вычислительной техники»
Учебно-методический комплекс
Романов В. П. 80
Стоимость
UPS напрямую зависит от времени, в течение
которого он может
обеспечивать питание системы при отключении сетевого напряжения, и от выходной мощности.
Многие источники бесперебойного питания сегодня продаются вместе с кабелем и программным обеспечением, которое дает возможность защищенному компьютеру корректно завершить работу, получив сигнал от источника бесперебойного питания. При этом операционная система может завершить работу должным образом, даже если компьютер необслуживаемый. Некоторые операционные системы, например Windows NT, содержат собственные компоненты программного обеспечения для обработки сигналов от источника бесперебойного питания. ИБП данного типа используют технологию On-Line.
Технология On-Line
Технология On-Line позволяет реализовать самый надежный тип ИБП. С
выпрямителя (рисунок 67) напряжение сети поступает на преобразователь постоянного напряжения высокого уровня к в низкое ПН1, а затем - на преобразователь постоянного напряжения в переменное выходное напряжение (ПН2).
Преобразователь ПН2 — инвертор, питание на который подастся как от аккумуляторов, так и от сети через выпрямитель- преобразователь напряжения ПН1,
включенных параллельно
• при нормальной входном переменном напряжении инвертор ПН2 питается от
выпрямителя;
• при отклонениях в питающей электросети от нормы входное напряжение для ПН2 снимается с аккумуляторов.
Рисунок 67 - . Архитектура источника бесперебойного питаний типа On-line
Вывод: даже при незначительных отклонениях параметров входного напряжения от нормы эти устройства обеспечивают на выходе номинальное напряжение в пределах ±1...3%. Наличие обходной цепи (bypass) позволяет подключать нагрузку прямо к силовой сети. Качество питания и надежность поставки электроэнергии, предоставляемое устройствами с архитектурой этого типа, значительно выше, чем у предыдущих.
Недостатки ИБП архитектуры On-line: невысокий, по сравнению с ранее рассмотренными архитектурами, КПД (85...90%) из-за двойного преобразования (по отношению к STANDBY и Line-Interactive) и высокая цена.
Тем не менее, уровень зашиты нагрузки и стабильность выходных параметров ИБП — разумный компромисс между безопасностью, КПД и ценой устройства. Потери в ИБП мощностью в 4000 ВА не превосходят 380 Вт и могут быть несоизмеримыми с той задачей, которую решает подобный источник.
Основные технические характеристики ИБП
Форма питающего напряжения
Немаловажное значение для нагрузки имеет именно эта характеристика источника бесперебойного питания. В режиме работы ИБП от аккумуляторных батарей на нагрузку может подаваться выходное переменное напряжение близкое к прямоугольной форме («меандр»), из-за сглаживающих свойств фильтров, аппроксимированная синусоида и
«Электропитание средств вычислительной техники»
Учебно-методический комплекс
Романов В. П. 81
чистая синусоида. Наиболее близкая к синусоиде форма выходного напряжения
достигается применением широтно-импульсной модуляции. Получение синусоиды в качестве питающего напряжения характерно только для архитектуры On-line и некоторых устройств Line-Interactive.
Мощность
Полная иди выходная мощность (output power). Представляет собой геометрическую сумму активной и реактивной мощностей. Параметр вычисляется как произведение действующих (среднеквадратических) значений тока и напряжения, его значение указывается производителем ИБП.
Диапазон входных питающих напряжений
Диапазон входных питающих напряжений (input tallage) — определяет пределы допустимых значений напряжения в сети, при которых источник питания еще способен поддерживать напряжение на выходе, не переключаясь не питание от батареи. Кроме того, параметр характеризует срок службы батарей, чем шире диапазон, тем дольше прослужат батареи.
Частота входного напряжения
Частота входного напряжения (Input frequency) — характеризует диапазон
отклонения частоты источника сети, при нормальных условиях эксплуатации отклонение частоты от номинального значения обычно не превышает I Гц.
Коэффициент искажения формы выходного напряжения
Коэффициент искажения формы выходного напряжения (total harmonic distortion — THD) характеризует отклонение формы выходного напряжения от синусоиды, единица измерения - проценты Малые значения коэффициента соответствуют форме выходного напряжения, приближающейся к синусоидальной.
Время переключения режимов
Время перекяипеиия режимов (transfer time) характеризует инерционность ИБП. для различных источников составляет примерно до 4...15 мс.
Допустимая нагрузка
Допустимая нагрузка (aver load) характеризует устойчивость ИБП при перегрузках по мощности, задастся в процентах по отношению к номинальной. Параметр определяет устойчивость ИБП к нестационарным перегрузкам.
Время автономной работы
Время автономной работы определяется емкостью батарей и величиной нагрузки, нелинейно зависящей от последней. Для типовых ИБП небольшой мощности и персональных компьютеров оно составляет 5...10 мин.
Срок службы батарей
Срок службы батарей составляет 4-5 лет, однако реальный существенно зависит от условий эксплуатации частоты переключений в автономный режим, условий зарядки,
окружающей среды
Наличие холодного старта
Наличие холодного старта — возможность включения источника бесперебойного питания при отсутствии напряжения в питающей сети. Такая функция полезна при включении компьютера, например, для приема/отправки факса при отсутствии напряжения сети.
Соединение ИБП с ПК
Компьютер с источником бесперебойного питания соединяется посредством соединительного кабеля, вставляемого в электрические разъемы типа DB-9, DB-15. DB-25 Цифра в наименовании означает число контактов в разъеме, кроме того, добавляется суффикс F (female) или М (пик), указывая на конструкцию разъема гнездового или штырькового исполнения.
Друг с другом соединяются разъемы только противоположных суффиксов. Параллельные порты имеют разъем DB-25F, в последовательных портах в стандарте IBM AT используется разъем DB-9M. а в стандарте IBM XT — DB-25M. Обобщенные характеристики основных типо ИПБ представлены в таблице 5.
«Электропитание средств вычислительной техники»
Учебно-методический комплекс
Романов В. П. 82
Таблица
5 - сравнительная
характеристика
ИПБ
3.3. Паразитные электромагнитные поля. Электромагнитные поля и меры борьбы с
ними
Все элементы СВТ при своей работе формируют сложную электромагнитную
обстановку (см. таблицу 1).
Таблица 1 ПК как источник ЭМП
Источник Диапазон частот (первая гармоника)
Монитор 50 Гц
сетевой трансформатор блока питания
статический преобразователь напряжения в
импульсном блоке питания
блок кадровой развертки и синхронизации блок строчной развертки и синхронизации
ускоряющее анодное напряжение монитора (только для
мониторов с ЭЛТ)
Системный блок (процессор)
Устройства ввода/вывода информации
Источники бесперебойного питания
20 - 100 кГц
48 - 160 Гц 15 110 кГц
0 Гц (электростатика)
50 Гц- 1000 МГц
0 Гц, 50 Гц
50 Гц, 20- 100 кГц
Электромагнитное поле, создаваемое персональным компьютером, имеет сложный
спектральный состав в диапазоне частот от 0 Гц до 1000 МГц. Электромагнитное поле имеет электрическую (Е) и магнитную (Н) составляющие, причем взаимосвязь их достаточно сложна, поэтому оценка Е и Н производится раздельно. Пример спектральной характеристики ПК в диапазоне 10 Гц- 400 кГц приведен на рисунке 61.
«Электропитание средств вычислительной техники»
Учебно-методический комплекс
Романов В. П. 83
Рисунок
68-Спектральная
характеристика
излучения
ПК
в
диапазоне
10 Гц-400
кГц
Кроме этого и другие радиоэлектронные устройства в процессе своей работы так
же создают электромагнитные поля. Данный вид полей получил название паразитные
электромагнитные поля. Данные поля могут оказывать существенное влияние на работу радиоэлектронных устройств и средств вычислительной техники.
При воздействии электромагнитной волны на электропроводные объекты вследствие антенного эффекта возникают высокочастотные напряжения, непосредственно или косвенно являющиеся помехами в сигнальных цепях.
Например, при частоте f=300 МГц и напряженности электрического поля Е x=10
В/см, на расстоянии l=0,1 м от источника излучения, при эффективной длине проводники
«приемника» leff=0,2 м, напряжение помехи составит Ust=2 В, что соизмеримо с уровнем
полезного сигнала, например для мс ТТЛ логики.
Функциональные узлы РЭА можно защитить от внешнего электромагнитного поля
с помощью экрана:
электростатического; магнитостатического; электромагнитного.
Электростатический экран обычно выполняется из медной или алюминиевой фольги и окружает источник помех. Металлическая оболочка экрана замыкает электрическое поле провода, ограничивая его распространение в окружающую среду. Однако эффективность такого экрана существенно зависит от качества и принципов заземления экрана.
Магнитостатический экран выполняется из магнитных материалов и служит для уменьшения внешнего магнитного поля. Однако из-за вихревых токов эффективность его использования в преобразователях ограниченна.
Для экранирования высокочастотных полей можно использовать
электромагнитные экраны, защитное действие которых основано на отражении электромагнитной энергии. Однако из-за конструктивной громоздкости и дополнительных потерь активной мощности магнитостатические и электромагнитные экраны в современной преобразовательной технике используются редко. Как правило принимаются меры к исключению или существенному уменьшению высокочастотных помех вызванных электромагнитными полями.
Подавление высокочастотных помех
Комплекс мер по подавлению высокочастотных помех условно можно разделить
на:
Организационные
Конструктивные
К организационным мероприятиям относятся мероприятия по организации правильного подключения СВТ и возможных источников помех, действие, которых приводит к возникновению в течение коротких промежутков времени выбросов или «врезок», снижение амплитуды одной или нескольких полуволн и т. д. Причины
«Электропитание средств вычислительной техники»
Учебно-методический комплекс
Романов В. П. 84
возникновения
таких помех связаны обычно с резким
изменением сетевой нагрузки,
например при включении мощного электродвигателя, печи, сварочного аппарата. Поэтому следует по возможности осуществлять развязку от таких источников помех по сети (рисунок 62).
Рисунок 69-Варианты подключения СВТ к первичной питающей сети
Конструктивные мероприятия, выполняются на этапе проектирования СВТ и
включают применение следующих мер:
1. Введение сетевого фильтра на вводе питания устройства с целью подавления
кратковременных помех. Резонансная частота фильтра может лежать в пределах 0,1,5—300 МГц; широкополосные фильтры обеспечивают подавление помех во всем указанном диапазоне.
На рисунке 63 приведен пример схемы сетевого фильтра. В фильтрах должны использоваться высокочастотные конденсаторы и индуктивности либо без сердечников, либо с высокочастотными сердечниками.
В некоторых случаях обязательным является введение электростатического экрана (обычной водопроводной трубы, соединенной с заземленным корпусом щита питания) для прокладки внутри него проводов первичной питающей сети.
Рисунок 70-Пример схемы сетевого фильтра
2. Применение методов подавления сетевых помех непосредственно в блоке питания
устройства. Если первичная и вторичная обмотки силового трансформатора расположены на одной и той же катушке (рисунок 64, а), то за счет емкостной связи между обмотками импульсные помехи могут проходить из первичной цепи во вторичную. Рекомендуются четыре способа подавления таких помех (в порядке
возрастания эффективности):
a. Первичная и вторичная обмотки силового трансформатора выполняются на разных
катушках (рисунок 64, б). Проходная емкость С уменьшается, однако снижается КПД, так как не весь магнитный поток из области первичной обмотки попадает в область вторичной обмотки из-за рассеяния через окружающее пространство.
b. Первичная и вторичная обмотки выполняются на одной и тон же катушке, но
разделяются экраном из медной фольги толщиной не менее 0,2 мм. Экран не должен представлять собой короткозамкнутый виток. Он соединяется с корпусной
землей устройства (рисунок 64, в)
c. Первичная обмотка полностью заключается в экран, не являющийся
короткозамкнутым витком. Экран заземляется (рисунок 64, г).
d. Первичная и вторичная обмотки заключаются в индивидуальные экраны, между
которыми прокладывается разделительный экран. Весь трансформатор заключается в металлический корпус (рисунок 64, д). Экраны и корпус
«Электропитание средств вычислительной техники»
Учебно-методический комплекс
Романов В. П. 85
заземляются.
Этот тип трансформатора в силу предельной
защищенности от
прохождения помех получил название «ультраизолятор».
3. Рекомендуется параллельно первичной обмотке силового трансформатора в
непосредственной близости от выводов обмотки установить конденсатор емкостью примерно 0,1 мкФ и последовательно с ним — токоограничивающий резистор сопротивлением порядка 100 Ом. Это позволяет «замыкать» энергию, накопленную в сердечнике силового трансформатора, в момент размыкания сетевого выключателя.
Рисунок 71-Варианты защиты силового трансформатора от передачи импульсных помех из сети во вторичную цепь (и обратно): а—защита отсутствует; б — разнесение первичной и вторичной обмоток; в— прокладка экрана между обмотками; г — полная экранировка первичной обмотки; д — полная
экранировка всех элементов трансформатора
Контрольные вопросы и задания к разделу 3
1. Каковы причины возникновения помех в электрической сети?
2. Как классифицируются помехи в электрической сети?
3. Какие базовые технологии защиты от помех существуют в настоящее время?
4. Каков принцип работы и устройство ограничителей выбросов?
5. Каков принцип работы и устройство сетевого фильтра?
6. Каков принцип работы и устройство сетевого фильтра-стабилизатора?
7. Какова классификация ИБП?
8. Каков принцип работы и устройство источника резервного питания (SPS)?
9. Каков принцип работы и устройство источника резервного питания типа Off-Line?
10. Каков принцип работы и устройство источника резервного питания линейно-
интерактивного типа?
11. Каковы достоинства, недостатки и область применения источников резервного
питания различного типа?
12. Каков принцип работы и устройство USP типа On-Line?
13. Перечислите основные характеристики ИБП
14. Как и по каким параметрам производится выбор ИПБ?
15. Каковы причины возникновения электромагнитных полей вокруг СВТ?
16. Какие меры принимаются для защиты от высокочастотных помех?
17. Что включается в организационные мероприятия защиты от высокочастотных помех?
18. Что включается в конструктивные мероприятия защиты от высокочастотных помех?
«Электропитание средств вычислительной техники»
Учебно-методический комплекс
Романов В. П. 86