Принципы электропитания оборудования

Прежде чем приступить к созданию системы электропитания звукового оборудования, следует удостовериться в том, что источник электропитания соответствует требованиям надежности, электробезопасности и помехозащищенности. Как известно, корпуса всех электроприборов должны заземляться. Это требование электробезопасности должно соблюдаться для любого прибора, на корпусе которого может оказаться опасное напряжение. С этой целью внутренние электросети выполняются тремя проводниками для однофазных цепей и пятью проводниками для трехфазных. Неправильная топология заземляющих проводников, чувствительные к помехам приборы и ошибки в исполнении линий передачи аудиосигнала становятся причиной возникновения шумов в системе.

В связи с появлением многочисленных приборов, излучающих радиопомехи, выросла вероятность детектирования радиопомех на входных цепях аудиоустройств. Этот режим наступает, когда уровень синфазной помехи на симметричных входных цепях аудиоприборов достигает пороговой величины и перегружает входную цепь прибора. Так как радиопомехи не удается полностью исключить, то задача состоит в том, чтобы уменьшить эти помехи ниже порога перегрузки. В условиях особенно сильных синфазных помех выручают развязывающие трансформаторы.

Для борьбы с помехами применяются симметричные линии передачи аудиосигналов и схема выравнивания потенциала корпусов звуковых приборов с помощью проводников заземления. При соблюдении этих условий запас помехоустойчивости системы возрастает до такого уровня, что уже не требуется отдельный источник заземления — достаточно подключить заземляющий проводник звуковой системы к нейтрали электрощита. В современных звуковых системах подключение защитного заземления PE (Protective Earth) и соединение звуковых приборов стандартной симметричной экранированной витой парой выглядят следующим образом:

Подключение несимметричных приборов

Подключение симметричных приборов

Как видно из схемы, общий проводник заземления и экран аудиокабелей создают земляные петли, однако в современных приборах ущерб от наведенных токов нейтрализуется двумя приемами:

• в цепь экрана включены низкоомные резисторы, снижающие величину наведенного тока помехи;

• в полностью симметричных цепях контакт экранирующего проводника подключен к корпусу прибора и ток помехи не может попасть в схему прибора.

В условиях больших радиопомех отключение экрана от корпуса прибора разрывает земляную петлю, однако в этом случае экран вместе с находящимися в нем проводниками превращается в антенну, в которой радиопомехи индуцируют напряжение, способное перегрузить входные цепи приборов.

Часто приходиться сталкиваться с ситуацией, когда и звуковую, и осветительную системы приходится подключать от одного источника. Каким образом обеспечить электромагнитную совместимость такого оборудования? Начнем с того, что цепи электропитания оборудования должны прокладываться таким образом, чтобы способствовать снижению уровня взаимных помех. Случается, что от электрощитовой в тиристорную выполнена трубная разводка, не позволяющая осуществить прокладку проводов требуемого сечения в одной трубе. В этом случае следует разбить нагрузку на группы и запитать отдельными фидерами.

Непременным условием правильного монтажа является прокладка всех пяти проводов фидера в одной трубе. В этом случае будет выполнено условие, когда сумма токов, протекающих по всем проводникам, проложенным в трубе, равна нулю. Это значит, что при протекании тока в нагрузке магнитное поле за пределами трубы будет равно нулю. Теперь представим себе, что случится, когда фазные проводники находятся в одной трубе, а проводники нейтрали и заземления в другой.

Несимметрия нагрузки на разных фазах приводит к появлению разностного тока фазных проводников, который потечет в обратном направлении по нейтральному проводнику, проложенному в другой трубе. Как известно, вокруг любого проводника с током возникает магнитное поле, а металлическая труба только усиливает этот эффект. Получилась паразитная индуктивность, образуемая током, протекающим по одной трубе в нагрузку и возвращающимся по другой трубе. Все проводники, проложенные в соседних трубах, будут являться вторичной обмоткой такого трансформатора и приобретут наведенный потенциал помехи. Но это еще не все. Сила Лоренца, возникающая между соседними проводниками с током, приведет к появлению механического взаимодействия проводников. Как известно, это явление используется в электродинамическом громкоговорителе, и мы, вдобавок к электрическим помехам, услышим, как «поют» трубы.

Не меньшую опасность представляет индуктивность нейтрального и заземляющего проводников. Падение напряжения на этой индуктивности приводит к перекосу фаз и ограничению тока короткого замыкания, который может оказаться недостаточным для срабатывания автомата защиты.

Допустим, мы выполнили цепи электропитания в соответствии с правилами и избежали акустических и электромагнитных помех в звуковом диапазоне. Кроме помех звукового диапазона, еще существуют радиопомехи, которые хоть и находятся за пределами звукового диапазона, но, попадая на активные элементы звуковых приборов, вызывают перегрузку и становятся слышимыми в виде щелчков и зудения.

Как известно, радиопомехи быстро затухают с расстоянием, и если световое и звуковое оборудование подключено к общему источнику электропитания с помощью отдельных силовых кабелей длиной 15 и более метров, то этого обычно бывает достаточно для ослабления радиопомех до безопасной величины. Применение подключения звуковой и световой систем к разным фазам источника электропитания мало влияет на ситуацию, потому что общий нейтральный проводник служит таким же передаточным мостом для радиопомех, как и фазный.

Несмотря на простоту этих рекомендаций, существующие звуковые комплексы очень часто нарушают эти базовые принципы, со всеми вытекающими последствиями.