po  

В настоящее время все профессиональные разработчики электронной аппаратуры уделяют при проектировании много внимания созданию так называемой электромагнитной совместимости устройств. Это направлено на обеспечение безотказной работы самого проектируемого устройства в условиях возможных помех от других электронных устройств и уменьшения собственных электромагнитных влияний на другие устройства. Помехи могут быть различного характера, но по своей сущности могут быть разделены на две группы: естественные и искусственные.

ВНЕШНИЕ ИСТОЧНИКИ ПОМЕХ
ЕСТЕСТВЕННЫЕ
ИСКУССТВЕННЫЕ
Атмосферные разряды
Рязряды статического электричества
Электромагнитные процессы в технических системах
Ядерные взрывы

 

 

 

Электромагнитные помехи, излучаемые различными источниками, воздействуют на приборы, линии связи, на системы электропитания, на системы заземления устройств. Это может быть как избирательное из перечисленных воздействий, так и комбинированное воздействие. Совместно к момехам, вызванным внешними источниками помех, могут возникать также и внутренние помехи, которые могут распространяться по проводам или в виде электромагнитного поля внутри системы.
Перечислим некоторые внутренние источники помех:
- частота питающего напряжения;
- изменения потенциала в сетевых проводах питания электронных устройств;
- изменения сигналов в проводах управления или линиях передачи данных;
- высокочастотные ВЧ или низкочастотные НЧ тактовые сигналы;
- коммутационные процессы в катушках индуктивности электрических, электронных цепей;
- магнитные поля ходовых механизмов с накопителями энергии;
- искровые разряды при замыканиях и размыканиях контактов;
- резонансные явления при замыканиях контактов.

Помехи, созаваемые источниками, могут возникать как в виде периодически появляющихся, так и случайно распределенных по времени величин. Несмотря на бесконечное разнообразие вариантов, выделяют четыре типа помех. Примеры приведены в таблице ниже. А именно, синусоидальные (например, постоянно действующие периодические узкополосные помехи в форме переменного напряжения 50Гц, проникающие из системы питания, или в виде высокочастотной несущей волны), прямоугольные (например, последовательность тактовых импульсов микрокомпьютера, являющихся широкополосной периодически появляющейся помехой), периодические затухающие однократные импульсы, возникающие, например, при коммутациях в сети электроснабжения и, к примеру, одиночные импульсы, образованные двумя экспонентами (разряды атмосферного и статического электричества - примеры апериодических широкополосных помех.

умные часы
ПОМЕХИ
ПЕРИОДИЧЕСКИЕ
НЕПЕРИОДИЧЕСКИЕ, СЛУЧАЙНЫЕ
УЗКОПОЛОСНЫЕ
ШИРОКОПОЛОСНЫЕ
УЗКОПОЛОСНЫЕ
ШИРОКОПОЛОСНЫЕ
ВРЕМЕННАЯ ОБЛАСТЬ
Узкополосная периодическая помеха
широкополосная периодическая помеха
узкополосная непериодическая помеха
широкополосная случайная помеха
ЧАСТОТНАЯ ОБЛАСТЬ
помеха
помеха
помеха
помеха

Помехи, возникающие в проводах, могут рассматриваться как синфазные или противофазные напряжения и токи (рис.1).

помехи передающиеся по линии

читать далее...

На рис.1 СЕ - паразитные емкостти относительно заземленного корпуса; Q1 - источник противофазных помех; Q2 - источник синфазных помех; ZQ, ZS - полные сопротивления источника и приемника помех; ic1, ic2 - синфазные токи; id - проивофазный ток; Uc1, Uc2 - синфазные напряжения помех;Ud - противофазное напряжение помех.

Противофазные напряжения помех (поперечные, симметричные) возникают междй проводами 2-х проводной линии (Ud на рис.1). Они непосредственно накладываются на полезные сигналы в сигнальных цепях или напряжение питания в цепях электроснабжения воздействуют на линейную изоляцию между проводами и могут быть восприняты как как полезные сигналы в устройствах автоматизации и тем самым вызвать ошибочное функционирование. Противофазные помехи возникают через гальванические или полевые связи или преобразуются из синфазных помех в системах, несимметричных относительно земли.
Синфазные напряжения помех (несимметричные, продольные напряжения) возникают между каждым проводом и землей (Uc1, Uc2 на рис.1) и воздействуют на изоляцию проводов относительно земли. Синфазные помехи обусловлены главным образом разностью потенциалов в цепях заземления устройства, например, между точками 1 и 2 на рис.1, вызванной токами в земле (аварийные токи или токи молнии). Они могут быть также вызваны и магнитными полями.

В зависимости от механизма распространения между источником и приемником электромагнитные помехи могут разделяться на емкостные, индуктивные и кондуктивные. При воздействии высокочастотного электромагнитного поля в данной зоне говорят еще о наведенных электромагнитных помехах. Емкостными и индуктивными называют электромагнитные помехи, распространяющиеся в виде электрического и магнитного полдей в непроводящих средах. Кондуктивные электромагнитные помехи - это помехи, возникающие в общих цепях, например, в заземлении или любых металлических конструкциях и распространяющиеся по элементам электрической сети. Кондуктивные помехи в цепях, имеющих более одного проводника, принято делить на помехи "провод-земля" (или несимметричные, общего вида) и "провод-провод" (симметричные, дифференциального вида". В первом случае напряжение прикладывается между проводниками и землеё, во втором - между разными проводниками одной цепи. Рассмотрим основные пути передачи электромагнитных помех:

1. Гальваническая связь. Гальваническая или металлическая связь появляется тогда, когда два электрических контура имеют общее сопротивление Z, будь то участок провода, сопротивление связи или 2-х полюсник иного вида (рис.2):

гальваническая связь

2. Емкостная связь. Емкостная связь возникает между двумя контурами, проводники которых находятся под различными потенциалами (рис.3):

емкостная помеха

В реальности это можно представить как связь двух кабелей в земле через их недостаточное сопротивление изоляции.

3. Магнитная связь. Магнитная или индуктивная связь возникает между двумя или несколькими контурами тока (рис.4):

индуктивный путь передачи электромагнитной помехи

4. Связь через электромагнитное излучение. Такая связь осуществляется посредством электромагнитных волн, порожденных каким-либо передатчиком (рис.5)

связь через электромагнитное излучение

Внутрь прибора электромагнитные помехи могут попасть совместно с полезными сигналами или с напряжением питания по проводам, либо полевым путем, либо через антенны. В дополнение к этим помехам, вызванными внешними источниками, могут возникать и внутренние помехи, распространяющиеся по проводамили в виде поля внутри системы.

Влияние электромагнитных помех на электрооборудование

Отрицательное воздействие ЭМП, в первую очередь, являющихся показателями качества электроэнергии, многофакторно и проявляется по разному, в зависимости от вида ЭМП. Однако общим для всех ЭМП является увеличение потерь в электрооборудовании и сокращение его срока службы, а также функциональной надежности. При совместном воздействии нескольких ЭМП степень воздействия оказывается больше, чем их сумма.

Отклонения напряжения. Главным источником отклонений (изменений) напряжения в сети электроснабжния является изменение нагрузок, вызываемое прежде всего:
режимом работы потребителей электроэнергии;
изменением числа подключенных потребителей;
оперативными переключениями;
нарушениями работы сети.
Отклонения напряжения у потребителей и других электро технических устройств непосредственно связано с падением на пряжения и его регулированием в сети. Нагрузка изменяется во времени, в то же время изменяется падение напряжения у источников (и тем самым отклонения напряжения).

Влияние отклонений напряжения на поребляемую активную и реактивную мощность. Данное влияние можно увидеть на кривых статических характеристик нагрузки по напряжению.

Для о с в е т и т е л ь н ы х э л е к т р о п р и е м н и к о в характерно уменьшение светового потока при пониженном, в сравнении с номинальным, напряжением. Так, при напряжении, равном 0,9Uном , световой поток ламп накаливания снижается на 40 %, при увеличении до 1,1Uном – возрастает на такую же величину, однако при этом срок службы ламп уменьшается в 4 раза.
Л ю м и н е с ц е н т н ы е л а м п ы и л а м п ы т и п а Д Р Л - 4 0 0 менее чувствительны к изменению напряжения, чем лампы накаливания, однако при уменьшении напряжения до 0,8Uном и ниже зажигание ламп становится невозможным.

Несимметрия напряжений в системах электроснабжения предприятий обуслов лена наличием мощных однофазных нагрузок (индукционных плавильных и нагревательных печей, сварочных агрегатов, печей электрошлакового переплава), а также трехфазных, дли тельно работающих в несимметричном режиме (например, ДСП). Трехфазная система напряжений может быть несиммет ричной при питании сети предприятия от тяговой подстанции переменного тока.
При несимметрии напряжений в т р е х ф а з н ы х с е т я х появляются дополнительные потери в элементах электросетей, сокращается срок службы ламп и ЭО и снижаются экономические показатели его работы.
В э л е к т р и ч е с к и х м а ш и н а х п е р е м е н н о г о т о к а возникают магнитные поля, вращающиеся с синхронной скоростью в направлении вращения ротора и с двойной синхронной скоростью в противоположном. В результате возникает тормозной электромагнитный момент, а также дополнительный нагрев активных частей машины, главным образом ротора, за счет токов двойной частоты.
В а с и н х р о н н ы х д в и г а т е л я х ( А Д ) при коэффици ентах обратной последовательности напряжений, встречающих ся на практике K2U ≤ ( 0,05 ÷ 0,06) , снижение вращающего момента АД оказывается пренебрежимо малым. Влияние несимметрии на потери в электродвигателе и, следовательно, нагрев и сокращение срока службы изоляции его проявляются в большей мере.
При несимметрии напряжений сети в с и н х р о н н ы х д в и г а т е л я х ( С Д ) наряду с возникновением дополнитель ных потерь и нагревом статора и ротора могут возникнуть опасные вибрации в результате появления знакопеременных вращающих моментов и тангенциальных сил, пульсирующих с двойной частотой сети. При значительной несимметрии вибрация может оказаться опасной, в jсобенности при недостаточной прочности или нали чии дефектов сварных соединений. При несимметрии токов, не превышающей 30 %, опасные перенапряжения в элементах кон струкций, как правило, не возникают. Дополнительные потери мощности в СД при несимметричной нагрузке вызывают появление местных (локальных) нагревов обмотки возбуждения, что приводит к необходимости снижать ток возбуждения и тем самым уменьшать значение реактивной мощности (РМ), выдаваемой в сеть. При этом может возникнуть необходимость снизить активную нагрузку генератора или момент на валу СД.

При наличии высших гармоник в СЭС появляются дополнительные потери в электрических машинах, трансформаторах и сетях; затрудняется компенсация реактивной мощности (КРМ) с помощью БК; сокращается срок службы изоляции электрических машин и аппаратов; ухудшается работа устройств автоматики, телемеханики и связи; имеют место и другие негативные последствия. При работе а с и н х р о н н ы х д в и г а т е л е й в условиях несинусоидального напряжения его коэффициент мощности и вращающий момент на валу несколько снижаются. Практически влияние ВГ на коэффициент мощности АД можно не учитывать. То же относится и к моментам, развиваемым ВГ тока: они не превышают нескольких десятых процента момента, развиваемого при промышленной частоте.
Б а т а р е и к о н д е н с а т о р о в могут длительно работать при перегрузке их токами ВГ не более чем на 30 %; допустимое повышение напряжения составляет 10 %. Однако в этих услови ях срок их службы сокращается. В СЭС промышленных пред приятий, как правило, БК могут оказаться в режиме, близком к резонансу токов на частоте какой-либо из гармоник; вследствие перегрузок они выходят из строя.

Воздействие ВГ на с и с т е м ы и м п у л ь с н о - ф а з о в о г о у п р а в л е н и я ( С И Ф У ) преобразователей может привести к возникновению так называемой гармонической неустойчивости,
заключающейся в появлении на шинах многопульсного ВП большого напряжения четной гармоники или кратной трем. При этом в инверторном режиме ВП возможны нарушения коммутации; работа СИФУ также может оказаться неустойчивой. Гармоническая неустойчивость может возникнуть при подключении ВП к энергосистеме, мощность КЗ которой соизмерима с мощностью ВП, в случае, если имеются другие источники ВГ (например, силовые трансформаторы), и асимметрия управляющих импульсов СИФУ.
Наблюдались случаи возникновения автоколебаний в системах управления ВП вследствие проникновения в СИФУ 30 – 40-х гармоник тока. При этом возникали значительные колебания тока нагрузки и аварийные отключения ВП.
Высшие гармоники тока и напряжения в сети ухудшают работу т е л е м е х а н и ч е с к и х у с т р о й с т в , если силовые цепи используются в качестве каналов связи между полукомплектами диспетчерского и контролируемого пунктов, затрудняют применение системы телеуправления по линиям распределительных сетей с использованием ВГ. Высшие гармоники тока в воздушных линиях (ВЛ) электропередачи ухудшают работу каналов связи.

Результаты воздействия интергармоник. Токи ИГ вызы вают и с к а ж е н и е н а п р я ж е н и я в зависимости от амплиту ды составляющих тока и сопротивления системы электроснабжения на рассматриваемой частоте. Чем больше гамма частот составляющих тока, тем больше риск возникновения нежела тельных резонансных явлений, которые могут увеличить иска жение напряжения и привести к перегрузке или нарушению ра боты оборудования потребителя. Наиболее распространенными п о с л е д с т в и я м и в л и я н и я И Г являются: тепловой эффект; низкочастотные колебания механических систем; пробле мы в работе флюорисцентных ламп и электронного оборудова ния; создание помех сигналам защиты и управления в проводах электрической сети; перегрузка пассивных фильтров ВГ; помехи для телекоммуникаций; акустическое влияние; насыщение из мерительных трансформаторов.
Наиболее распространенным результатом воздействия ИГ является изменение действующего значения напряжения и появление миганий.