Основные способы ослабления электромагнитных помех

При разработке и использования средств ослабления электромагнитных помех следует исходить из того, что процессы, связанные с генерацией и распространением ЭМП, подчиняются общим законам электротехники. Однако паразитные цепи, по которым распространяются электромагнитные помехи,

существенно затрудняют как анализ этих процессов, так и применение конкретных мер для ослабления помех.

Электромагнитные связи между электрическими цепями и узлами проявляются через электрическое, магнитное, электромагнитное поля, провода и волноводы, связывающие электрические цепи и узлы.

На малых расстояниях действуют все четыре вида связи, по мере удаления от генератора помех прекращается вначале влияние электрического и магнитного полей, затем электромагнитного поля излучения и на большем расстоянии действует только связь по проводам, т.е. наиболее благоприятная среда для распространения помех - провода, причём в ближнем поле на них могут влиять электрическое и магнитное поля, формируя ток помех, который по проводам передаётся на большие расстояния. При этом провод действует и как передающая антенна.

Рассмотрим основные способы ослабления помех, генерируемых ИВЭП импульсного типа.

Помехоподавляющие средства группируем по следующим признакам:

1. Влиянию на вид электромагнитных помех: ослабление кондуктивных

помех (симметричных и несимметричных) и ослабление помех

излучения.

2. Размещению в аппаратуре: внутренние - в узлах собственно ИВЭП

и внешние - с применением специальных дополнительных узлов

(внешних по отношению к ИВЭП, например, помехоподавляющие

фильтры (ППФ).

3 Характеру исполнения: электрические - путём влияние на

электромагнитные процессы в источнике питания и конструктивные

(механические) - за счёт рационального конструктивного

исполнения ИВЭП.

Эти признаки весьма условны, так как одни и те же средства влияют на

кондуктивные и на помехи излучения, применение конструктивных мер влияет на электрические процессы и т.п.

а- внутренние средства ослабления ЭМП. Напряжение помех на сопротивлении сети (эквивалент сети) Z_с формируется симметричным и несимметричным токами, создаваемыми генераторами напряжения помех. Следовательно, для уменьшения напряжения помех в сети нужно уменьшить ток, протекающий через Z_с. Этого можно достичь, снизив уровень напряжения генераторов помех, уменьшив сопротивления шунтирующих цепей и увеличив сопротивление цепи, включенной последовательно Z_с. Следует также предусмотреть, чтобы контуры, по которым проходят токи помех, имели малые геометрические размеры - это обеспечить меньшие помехи излучения.

Параметры спектра ЭМП зависят от типа силовых каскадов. Например, перепад напряжения на силовых элементах первичной цепи в однотактном и двухтактном с отводом от средней точки первичной обмотки трансформтора инвертора в два раза больше, чем в мостовом и полумостовом, поэтому и помехи, создаваемые по этой причине, будут больше. В однотактном прямом преобразователе форма тока в коллекторной цепи “прямоугольна”, а обратном -

“треугольна”, поэтому уровень помех, обусловленной формой импульса, в обратном преобразователе несколько меньше, чем в прямом. Недостаток, обратного преобразователя низкий КПД.

Важное значение для уменьшения уровня помех имеет рациональный выбор элементной базы. Так, конденсаторы должны иметь минимальные паразитные параметры активного и индуктивного сопротивления, моточные изделия - минимальные индуктивность рассеивания и паразитную ёмкость, транзисторы и тиристоры - соотвествующие частотные свойства, выпрямительные диоды должны быть высокочастотными и обладать плавным восстановлением запирающих свойств или шунтировать конденсаторами небольшой ёмкости.

б- конструктивные способы ослабления помех. Конструктивные способы и средства снижения ЭМП устраняют или ослабляют паразитные ёмкостные и индуктивные связи между ИВЭП и сетью, создают шунтирующие цепи для тока помехи, снижают уровень помех излучения.

Это обеспеечивается рациональным размещением узлов друг относительно друга, корпуса ИВЭП и применение специальных экранирующих элементов.

Установка электростатических экранов между обмотками трансформаторов силовой и управляющей цепей при соединении их с входной и выходной цепями трансформатора позволяет создать шунтирующую цепь для тока помехи и внутри узлов ИВЭП, уменьшив её составляющию, проходящию по корпусу (шасси) и земле.

В качестве экрана применяется незамкнутый виток медной фольги. Электрическая схема соединения представленна на рисунке 2.93. Экран

размещен между первичной и вторичной обмоткой, при соединении с проводом питания первичной обмотки замыкает ток помехи в этом контуре, преграждая путь во вторичную цепь. При высоковольной вторичной обмоткии применяются второй экран между первичной и вторичной обмотками, который при соединении с цепью вторичной обмотки препятствует распространению помех из вторичной в первичную цепь.

Рисунок 2.93 - Электрическая схема соединения экранов в трансформаторе

Один из главных путей распространения несимметричного тока помехи

создаётся через паразитную ёмкость между коллектором силового транзистора и радиатором ( тепловодом) С_к-р. Этот путь устраняется при соединении радиатора с коллекторной или эмиттерной цепями транзистора. Однако, если радиатор заземлён, то для уменьшения этой ёмкости, которая при применении слюденой прокладки составляет примерно 100 пФ и создания внутреннего контура тока помехи применяется слоистая экранирующая шайба (рисунок2.94,а). Путь шунтирования тока помехи показан на рисунке 2.94, б. Применение экранирующей шайбы приводит к уменьшению тока через Z_с в 10 раз.

а) б)

а- размещение шайбы;

б- схема соединения

Рисунок 2.94 - Применннение экранирующей “слоистой” шайбы

С целью ослабления паразитных ёмкостных и индуктивных связей поузловой монтаж ИВЭП должен быть компактным, по возможности выполняться “ в линию”, т.е. последовательно узел за узлом, конденсаторы

должны располагаться так, стобы монтажные провода имели минимальную длину. Сигнальные и силовые проводники должны быть разнесены и выплняться экранированным проводом.

Важным средством ослабления помех является правильное выполнение заземления. Для “сигнальной” земли на частотах до 1 МГц предпочтительнее

заземление в одной точки, свыше 10 МГц лучшие результаты обеспечивает

система заземления в нескольких точках проводами минимальной длины. В диапазоне 1…10 МГц заземление осуществляется в одной точке, если самый длинный проводник заземления короче 1/20 ·λ, в противном случае применяется многоточечное заземление. “Сигнальную”, “шумящую” и корпусную земли вместе соединять следует в основном, т.е.сетевом, источнике питания. Заземление экранов и узлов должно выполняться проводом с минимальным полным сопротивлением. Такими же низкоомными проводами

следует выполнять шины питания.

Простым, но эффективным средством уменьшения помех излучения является симметрирование электрических цепей свиванием проводов, по которым протекают одинаковые по значению противофазные токи. При этом излучаемые электромагнитные поля компенсируются. В случае двухстороннего печатного монтажа такие проводники должны располагаться параллельно на противоположных плоскостях монтажной платы.

Опыт показывает, что применение одних только внутренних мер дает понижение уровня кондуктивных помех примерно на 20…25 дБ, что

недостаточно для обеспечения регламентированного уровня напряжения и напряженности поля электромагнитных помех

в- экранирование. Экран (металлическая перегородка) служит для локализации электромагнитного поля ИВЭП и его узлов с целью ослабления уровня напряженности поля в окружающем пространстве (рисунок 2.95).

Физический смысл экранирования электрического поля металлическим листом, соединёным с корпусом прибора заключается формировании короткого замыкания на корпус для цепи, образованной паразитной ёмкостью между экранированными друг от друга узлами.

Эффективность экрана зависит от частоты, свойств материала и его толщины.

При сравнительно низких частотах (О,1…10 кГц) и тонких экранах, эффективность экрана увеличивается с ротом удельной проводимости и не зависит от магнитной проницаемости материала. В этом случае считать эффективнее применение алюминиевого и еще лучше медного экрана.

Однако с ростом частоты и некотором увеличении толщины лучшими экранирующими свойствами обладает сталь.

В диапазоне частот 10…150 кГц для эффективного экранирования электромагнитного поля рекомендуется применять ферромагнитные материалы с высокой магнитной проницаемостью, большой удельной проводимостью и сравнительно большой толщины.

Рисунок 2.95 - Локализация помех внутри экранированного

пространства

В диапазоне частот 150… 10 МГц применяются медь, сталь, латунь, алюминий. В этом диапазоне частот необходимо учитывать потери на

отражение и поглащение, при этом максимальные потери на поглащение вносят стальные экраны, на отражение – медные экраны.

На частотах 10 МГц….1 ГГц экранирование от электромагнитных полей не вызывает особых затруднений.

Для улучшения экранирования на различных частотах применяются многослойные экраны. Коэффициент экранирования многослойного экрана значительно больше произведения коффициентов экранирования каждого из экранов. На практике обычно применяются экраны одинаковой толщины с промежутками между ними, равными 0,5…1,0 мм.

ВЫВОД. Исходя из характеристик экранирующего действия материалов в широком диапазоне частот, технологически изготовление экранов из различных материалов, их стоимости, можно сделать вывод, что во многих практических случаях целесообразно изготавливать экран из стали толщиной 0,5…2 мм. В виду того, что медь вносит больше затухание, чем сталь. За счёт отражения целесообразно изготавливать двухслойный экран медь-сталь или покрывать стальной экран тонким слоем меди со стороны источника помех, т.е. ИВЭП.

Одновременно с экранированием всего ИВЭП в целом необходимо производить экранирование элементов ИВЭП, создающих помехи излучения высокого уровня - трансформаторы, транзисторы, дроссели и др.

Кроме указанных металлических листовых материалов для экранирования применяют фольговые, сеточные материалы, токопроводящие краски, используются металлизация поверхности, с помощью ферроэластов изготавливаются эластичные экраны для высокочастотных полей, применяются другие средства (радиопоглощающие материалы, специальные ткани, электропроводный клей).

г- помехоподавляющие фильтры. Для ослабления кондуктивных помех дополнительно к внутренним мерам применяются специальные помнхоподавляющие фильтры (ППФ).

Помехоподавляющие фильтры работают при большом сетевом напряжении и максимальном токе, потребляемом от сети, вносят необходимые затухания в широком диапазоне частот, передавая энергию к ИВЭП и другому оборудованию, обеспечивая высокие эксплуатационные качества питаемых устройств.

По своему назначению ППФ - это широкополосные фильтры нижних частот (ФНЧ), пропускающие в идеальном случае беспрепятствено постоянный ток или ток промышленной частоты (50,60,400 Гц) и не пропускающие высокочастотные токи радиодиапазона.

Эффективность ППФ в значительной степени зависит от сопротивления генератора помех Z_п. Для несимметричной помехи это сопротивление велико (определяется паразитной ёмкостью, составляющей от единиц до сотен пикофарад). Для симметричной помехи в ИВЭП с ИТ это сопротивление определяется значением полного сопротивления конденсатора входного фильтра (десятки микрофарад) и сравнительно невелико.

Поэтому элементы фильтра, предназначенные для ослабления симметричных помех (Z_п< 150 Ом), начинаются (со стороны ИВЭП ИТ) с

дросселя, а для несимметричных (Z_п>> 150 Ом) - с конденсаторов (рисунок 2.96)

Рисунок 2.96 - Принципиальная схема ППФ обеспечивающая в

диапазоне частот 0,15…30 МГц затухание до 60 дБ

Данная схема состоит из элементов: конденсаторы С_х1 и С_х2 предназначенны для подавленя симетричной помехи; конденсаторы С_у1, С_у2, С_у3, С_у4 предназначенны для подавлення несимметричной помехи; дроссели L₁, включенные (при двухпроводной однофазно сети) каждый в свой провод, выполняют на общем магнитопроводе (двухобмоточный дроссель). Его обмотки подключаются так, что магнитные потоки, создаваемые в сердечнике нагрузочным током взаимно противоположны и индкетивность дросселя для этого тока и тока симметричной помехи соотвествует индуктивности рассеивания. Падение напряжения питания на нём близко нулю. Для токов несимметричной помехи, текущих по проводам в одном направлении, такие дроссели L₁ и L₂ представляют большое сопротивление. Во всех случаях, когда тумблер питания ИВЭП коммутирует цепь питания за ППФ со стороны сети или темблер не применяется вообще, а включение в сеть производится штепсельной вилкой - необходимо параллельно симметричному конденсатору подключить, по требованию техники безопасноти, разрядное высокоомное сопротивление. Обычно это резистор R₁ типа МЛТ – рассеивающий 0,125…0,25 Вт с номинальным сопротивлением 100…1000 кОм.

Фильтр целесообразно экранировать, используя в качестве экрана корпус; несимметричные конденсаторы, как правило, проходные должны устанавливаться на корпусе в месте выхода (входа) проводов фильтра. Внутри фильтр должен быть разделён экранными перегородками на отдельные отсеки, корпус (экран) фльтра должен быть сплошным без щелей. Целесообразно подключение проводов осуществить с помощью экранированых разъёмов.

Дата добавления: 2014-01-04