Beton-52.ru

Домашнему мастеру
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Компьютер как источник помех

Компьютер как источник помех

в разделе «Статьи» на сайте

www.electrosad.ru

Статья была помещена на сайт в 2006 году, но последние неграмотные публикации показали что ее надо доработать, расширив раздел посвященный распространению помех по линиям передачи и борьбе с ними. Это позволит более грамотно применять защиту от помех и избежать терминов «магнитный изолятор», «активный импеданс ферритового элемента». Пришлось даже поместить дополнительную статью «Виды помех и способы борьбы с ними»

Существует два основных вида помех генерируемых компьютером.

1. Помехи, генерируемые скоростными дискретными устройствами — системной платы. По характеру, высокочастотные помехи с частотами кратными тактовым частотам перечисленных ниже узлов и их составных частей (ядро, кеш, . ), а спектральное распределение определяется еще и алгоритмами работы ПО и процессора.

  • центральный процессор,
  • видеопроцессор,
  • микросхемы северного моста (главная доля) и южного моста НМС,
  • модули памяти.

а. Широкополосные — коммутационные , их генерируют:

  • БП компьютера,
  • регулируемые источники питания процессоров и памяти (инверторы)

ВЧ помехи генерируемые ПК

Здесь, на этом сайте ***** рассказано о механизме генерации помех первой группы источников, там же ***** описан способ их эффективного подавления непосредственно на источнике.

О распространении помехи по линиям связи, синфазной помехе, их влиянии на полезный сигнал и более подробно о методах борьбы с помехами распространяющимися по линиям связи (в том числе кабельным) рассказано в статье «Виды помех в линиях передачи информации и способы борьбы с ними».

А здесь скажу только несколько слов о способах борьбы с помехами.

Существует еще один способ подавления исходящих и входящих ВЧ помех в линиях передачи информации, о котором хотелось бы напомнить и настоятельно порекомендовать. Это ферритовые трубки, они защищают внешние линии подключения к компьютеру от высокочастотных помех. Они эффективно подавляют ВЧ помехи, распространяющиеся по поверхности коаксиальных линий (поверхностная волна) и синфазные помехи в двухпроводных линиях, подчеркиваю , как от исходящих, так и от внешних помех.

Для этого применяется два вида ферритовых материалов трубок: резистивного и индуктивного типа.

Принцип действия ферритовых трубок (колец) индуктивного типа основан на создание с помощью ферритовой трубки заградительной индуктивности ослабляющей поверхностную или синфазную волну. Трубка на линии связи эквивалентны нескольким виткам этой линии на ферритовом кольце, только при этом не укорачивается кабель. В рабочей полосе частот феррита применяемого в Ф. трубке — это чистая индуктивность, а на более высоких частотах энергия помехи поглощается материалом трубки и переходит в тепло.

Принцип действия резистивных трубок (колец), имеющих в широкой полосе частот постоянный импеданс, основан на поглощении помех распространяющихся по линии материалом сердечника.

Этот способ широко известен, но применяется только специалистами по борьбе с помехами.

На фото, вы видите утолщения на кабелях многих внешних устройств. Сейчас выпускаются разъемные ферритовые трубки, которые имеют разные типоразмеры и могут быть установлены Вами самостоятельно на кабель, нуждающийся в защите (на фото слева).

Достаточно 3-5 витков.

В случае показанном на рис.2, слева после установки кольца, посторонние шумы стали практически не слышны в динамиках колонок Microlab B 75 .

В идеальном случае, все кабели подключенные к системному блоку ПК, должны быть защищены ими.

Широкополосные помехи блока питания ПК

БП компьютера тоже является источником помех, как для его нагрузок, так и для питающей его сети. Источником помех является инвертор блока питания, он создает помехи в диапазоне частот от десятков килогерц до нескольких мегагерц. Влияние помех минимизируется до допустимых значений встроенными входными и выходными фильтрами. Иногда в » no name » блоки питания не имеют таких фильтров или минимизируют их с помощью блокировочных конденсаторов включенных параллельно сетевому кабелю, поэтому их применение не рекомендуется. Нормальные LC фильтры изображены на рис. 3, справа.

Поскольку данный вид помехи полностью устраняется заменой БП на нормальный, данный вид помех здесь не рассматриваем.

НЧ помехи создаваемые блоком питания компьютера в силовой сети

Так же известно, что симметричные (это мостовые и дифференциальные) схемы имеют минимум гармонических составляющих на четных гармониках, соответственно максимум на нечетных гармониках, поэтому суммарный потребляемый ток будет описан выражением

здесь I 1, I 3, I 5 — действующие значения 1,3,5 гармоник тока ( влияние гармоник I 2, I 4 – пренебрежимо мало).

Более 90% потребляемой энергии сосредоточено в области 1 — 5 гармоник. Это частоты 50, 150, 250 Гц.. Как помехи это не ахти, какие частоты, но тем они и страшны. Чем ближе к основной частоте помеха, тем ее сложнее подавить. Эти помехи обогащают питающую сеть повышенными гармониками, что приводит к нагреву элементов рассчитанных на работу в сети 50 Гц, в большинстве своем это устройства содержащие обмотки на сердечниках из электротехнической стали. Например трансформаторы устройств подключенных на линии с помехами.

В некачественных сетях с повышенным сопротивлением Z = XL + R ( протяженные сельские и городские сети частного сектора) уровень гармоник резко возрастает.

На рисунках слева изображены выпрямленное диодным мостом Br1 напряжение сети — зеленым цветом и напряжение на накопительных конденсаторах — красным цветом. Синим цветом показаны импульсы тока отбираемого от сети блоком питания компьютера. Эти импульсы тока сфазированы (синхронны) с напряжением сети. На современных блоках питания амплитуда импульсов тока превышает 10 А.

Ситуация особенно усугубляется, когда на одной линии питания работают десятки компьютеров, токи в питающей линии практически суммируются, по причине их синхронности.

В статье О.Григорьева «Компьютер в нагрузку» , Компьютера №472 http :// www . computerra / ru / offline /2002/22266 (скачать или здесь)описаны процессы в трехфазной питающей сети. Они отличаются гармоническими составляющими, это

здесь I 3, I 9, I 15 — действующие значения 3,9,15 гармоник тока. Кроме того, трехфазные сети питания в России имеют схему «Звезда». Они имеют 4х проводную схему, где три фидера, силовые сечение которых рассчитано на проектную мощность нагрузки, а один меньшего сечения «Ноль», через него в нормальных условиях протекает ток менее тока любой из фаз, поэтому пока его сечение всегда меньше.

Ток через нулевой провод может возрастать только при неравномерной загрузке фаз (перекос не более 10%) и наличии гармонических составляющих в токе нагрузки. Первое оговаривается проектными нормами, хотя сейчас в нашей стихии не всегда выполняется., а второе подробно описано в статье, о которой здесь говориться.

Все это имеет плачевные последствия, повышенные токи через нулевой провод сети приводит к его нагреву, разрушению изоляции, срабатыванию предохранителей. А гармоники приводят к увеличению тока в нулевом проводе более чем в 1,5 раза по сравнению с током в фазе. Они так же увеличивают потери в трансформаторах в устройствах подключенных к линии и на подстанциях, ухудшению условий работы конденсаторов компенсации реактивной мощности нагрузки и возможному возникновению резонансных явлений с индуктивностью сети на частотах гармоник.

Результат о котором не пишут

Главное к чему приводят повышенные токи в нулевом проводе, это возникновение на его сопротивлении Z , повышенного напряжения. Эти напряжения различны для различных объектов на территории, как «сидящих» на одном фидере, так и на различных фидерах. Мне известны случаи, когда разность напряжений в точках подключения нулевого провода на соседних объектах (зданиях) превышала 50 вольт.

К чему это приводит.

Для простого перекоса фаз при подключении нулевого провода к нулю объекта (защитное зануление, сейчас говорят система выравнивая напряжений) разность напряжений между соседними объектами создавало токи перетекания между объектами. Эти токи плавили кабели связи, оплетка которых заземлялась на объектах (реальные токи достигали десятков-сотен ампер). Даже если кабели не плавятся, этот ток, протекающий по оплетке или земляной жиле кабеля, наводит на сигнальных цепях напряжение соизмеримое с образующим этот ток.

В условиях наличия гармоник в цепи нуля их токи наводят в сигнальных цепях помехи с частотой 150, 450, 750 Гц.

К таким помехам особенно чувствительны компьютерные системы телевизионного наблюдения. Это описано в статье Есть мнение, что PC-based системы имеют «засаду на земле», авторы В.Трофимов, М. Кузнецов, В. Пыжов, А. Попов.

В последнем случае обязательно применение изолирующих трансформаторов на линиях связи между объектами в каждой линии.

Читать еще:  Проверка диэлектрических средств защиты

Как уйти от НЧ помех и защитить от них сети?

Например, подобно применению изолирующего трансформатора в каждой линии передачи информации, можно применить один изолирующий трансформатор в цепи питания на приемной стороне системы. Или для питания компьютеров. Применяя другие схемы включения его обмоток, можно кроме этого существенно усилить работу штатных и дополнительных фильтрующих устройств применяемых для фильтрации напряжения сети.

Как крайний выход из ситуации, может быть выполнен переход на питание групп компьютеров от сети постоянного тока с принятием мер по изоляции стороны постоянного тока от стороны переменного тока источника. Если подавить помехи близких по частотам нечетных гармоник в силовых сетях переменного тока сложно, то подавить их в сети постоянного тока не является сложной задачей.

Особенно важно, что в отличии от сети переменного тока, где в группе компьютеров подключенных к сети отбор тока происходит синхронно всеми компьютерами и токи суммируются 1 , то при питании от сети постоянного тока блоки питания компьютеров отбирают мощность из питающей сети асинхронно (случайно). В результате потребляемый ток усредняется, а его амплитуда снижается, поэтому снижаются и требования к исполнению сети постоянного тока.

Но оптимальное решение индивидуально для каждой ситуации.

1 Если вам ничего не говорит сказанное выше, вот простой и наглядный пример.
Блок питания системного блока компьютера мощностью 300 Вт, работающий на номинальной мощности, имеет средний ток чуть больше 1 Ампера. При этом амплитуда импульсов тока превышает 5 Ампер. Если в офисе работает 10 таких компьютеров амплитуда импульсов тока превышает 50 А, при среднем токе насколько более 10 А. Результат — автоматическая защита по току не срабатывает, но сети подвергаются пятикратной перегрузке по току, а это перегрузка соединений, потери в сети разводки (особенно если они длинные).

Виды скачков напряжения в сети электроснабжения

Трудно выбрать правильную систему защиты от перепадов напряжения, не зная их природу и характер. При этом все они имеют природный или техногенный характер:

  1. Зачастую напряжение в сети становится стабильно низким. Причина – перегрузка устаревшей линии электропередачи (ЛЭП), например, в результате массового подключения электронагревателей или кондиционеров в соответствующий сезон.
  2. В этих же условиях напряжение может оказаться завышенным длительное время при недостаточной нагрузке.
  3. Возможна ситуация, когда при стабильном общем уровне питания в линии электроснабжения появляются импульсы и скачки высокого напряжения. Причиной бывает работа сварочного аппарата, мощного электроинструмента, технологического оборудования или некачественного контакта в ЛЭП.
  4. Довольно неприятной неожиданностью является обрыв нулевого провода в сети 380 В питающей подстанции. В результате различной нагрузки по трем фазам возникает перекос напряжения, то есть на Вашей линии оно окажется слишком низким или завышенным.
  5. Удар молнии в ЛЭП вызывает огромный скачок перенапряжения, что приводит к выходу из строя и бытовой техники, и внутренней проводки зданий, что приводит к пожару.

Основные причины возникновения скачков напряжения в сети

Скачки напряжения могут отличаться по величине отклонения от нормы, по своей продолжительности и динамике возрастания/убывания в зависимости от причин их возникновения:

  • Большая нагрузка на сеть. Одновременное подключение большого числа электроприборов при недостаточной мощности сети приводит к нестабильности напряжения. Это может быть заметно, например, как мерцание лампочек или внезапное выключение электроприборов. Данное явление встречается часто, особенно по вечерам;
  • Мощный потребитель по соседству. Случается, если рядом находятся промышленные объекты, торговые центры, офисные здания с мощной вентиляционной системой и так далее.
  • Обрыв нулевого провода. Нулевой провод выравнивает напряжение у потребителей электроэнергии. При его обрыве (сгорании, окислении) часть потребителей получат повышенное напряжение (а другие заниженное), что с высокой вероятностью приведет к выходу из строя незащищенной электротехники.
  • Ошибки при подключении. Например, если были перепутаны нулевой и фазный провода;
  • Плохая проводка. Сбои возникают из-за изношенности проводки, использования некачественных материалов и неправильно выполненных монтажных работ.
  • Удар молнии. Попадание молнии в линии электропередачи может вызывать стремительный скачек напряжения в тысячи вольт. Представляет особую опасность, так как средства защиты не всегда успевают сработать.

Снижение уровня электромагнитных помех в медицинских приложениях

Электромагнитная совместимость устройства (ЭМС), с одной стороны, характеризует способность устройства работать в условиях окружающей электромагнитной среды, а с другой стороны, определяет насколько собственные помехи устройства влияют на работу окружающего оборудования. Если уровень помех, генерируемых устройством, становится слишком высоким, то это может нарушить работоспособность самого устройства и помешать работе других устройств. Таким образом, при проектировании оборудования производители должны обеспечивать необходимый уровень защиты от возможных помех.

Определение уровня электромагнитной совместимости подразумевает проведение двух видов испытаний: проверку устойчивости устройства к внешним помехам (создаваемых окружающими устройствами) и измерение помех, генерируемых самим устройством.

Стандарт IEC 60601-1-2 определяет требования к ЭМС для медицинского электрического оборудования. Медицинское оборудование должно отвечать жестким требованиям ЭМС, так как оно может использоваться не только в больничных условиях. В настоящее время все большее распространение получают портативные медицинские приборы. Такие приборы могут использоваться в любой точке мира в любых условиях окружающей среды. Стандарты ЭМС должны подталкивать производителей к дальнейшему улучшению медицинских устройств.

Важность экранирования для борьбы с электромагнитными помехами

Благодаря постоянному увеличению спроса на качественное медицинское обслуживание, развитие медицинских электронных устройств происходит очень быстро. Эффективность и точность медицинских приборов все время повышается, что позволяет ставить пациентам более детальные и точные диагнозы. Однако, чтобы обеспечить увеличение точности, необходимо гарантировать высокую устойчивость медицинских приборов к электромагнитным помехам. Измерительные устройства должны предоставлять надежные и не зашумленные данные даже в суровых условиях, например, когда рядом работает аппарат МРТ или рентгеновское оборудование.

При наиболее неблагоприятном развитии событий мощные электромагнитные помехи способны вызвать отказ системы мониторинга и жизнеобеспеченья пациента. Таким образом, жизнь пациентов зависит от того, насколько качественно выполнено экранирование чувствительного медицинского оборудования. По этой причине крайне важно гарантировать правильность работы устройства в каждый момент времени.

В настоящее время существует большая потребность в автоматизации медицинского оборудования для удаленного наблюдения за пациентами и выполнения удаленной диагностики. Это увеличивает спрос на такие беспроводные технологии, как Bluetooth, WLAN, GPS и др. Поскольку беспроводные интерфейсы физически работают в той же среде, что и другие устройства, то проблема с электромагнитной совместимостью и электромагнитными помехами становится еще острее. Повышение тактовых частот и плотности расположения компонентов на печатной плате вызывает необходимость увеличения соотношения сигнал/ шум (SNR) измерительных систем, что в свою очередь вынуждает разработчиков использовать экранирование.

Факторы, влияющие на ЭМС медицинского устройства

Помехи по цепям питания являются следствием электромагнитных волн, излучаемых устройствами связи, или электростатических разрядов (ESD), которые приводят к возникновению скачков тока и локальному излучению. В последнее время наблюдается значительное увеличение числа сотовых телефонов и других беспроводных устройств. В результате устройства, излучающие электромагнитные волны, становятся неотъемлемой частью окружающей среды.

Возникновение электромагнитных помех возможно при одновременном присутствии трех факторов: источника помех, приемника помех, канала электромагнитной связи между источником и приемником. Связь между источником и приемником может быть кондуктивной, магнитной или радиочастотной (передача помех посредством электромагнитного поля).

Электромагнитные помехи могут иметь как естественное, так и искусственное происхождение. Источниками искусственных помех являются такие устройства, как радио, компьютеры, беспроводные сети, мобильные телефоны или любые другие электрические устройства, предназначенные для передачи сигналов. В медицинской технике проблемы с помехами могут возникнуть по различным причинам:

  • из-за систем, использующих магниты для исследования тела пациента
  • из-за повышенной чувствительности измерительных устройств к магнитным полям, например, МРТ
  • Из-за фоновых электромагнитных полей, генерирующих токи и напряжения на проводах или контурах и т.др.

Для того чтобы повысить уровень ЭМС и устойчивость устройства к электромагнитным помехам, необходимо выполнить следующие шаги:

  1. Описать устройство
  2. Определить источники шумов
  3. Изучить взаимодействие источника и приемника шума
  4. Определить возможные решения проблемы
  5. Организовать испытательный стенд, необходимый для выполнения тестирования
  6. Провести испытания
  7. Рассчитать требуемое соотношение сигнал-шум SNR
  8. Определить значимость факторов и требуемый оптимальный уровень характеристик
  9. Протестировать предлагаемое решение
  10. Разработать прототип
  11. Провести финальное тестирование
  12. Оценить время выхода на рынок
Читать еще:  Защита однофазного электродвигателя от перегрузок

Металлизированный экран

Потребность в компактном и легком оборудовании постоянно растет, поэтому выбор пластиковых корпусов кажется наиболее очевидным. Однако непроводящий пластик требует дополнительного металлического экрана для обеспечения защиты от электромагнитных помех. Производители и разработчики вынуждены использовать экранирование, чтобы предотвратить выход из строя медицинского оборудования и обеспечить его соответствие существующим стандартам.

Многослойный металлизированный экран решает многие проблемы, характерные для традиционных технологий экранирования. Он представляет собой листы легкого металлизированного пластика, которые могут быть отформованы с учетом формы каждого конкретного устройства. Пластмассовый материал прикрепляется к печатной плате после монтажа компонентов. Его можно легко снять вручную, не повредив плату или пайку. В результате экран никак не влияет на эффективность проверки монтажа при производстве или после ремонта. Металлизированный экран имеет превосходную экранирующую способность и простой механизм крепления, чем выгодно отличается от перфорированных, распаиваемых металлических экранов (рис.1).

Рис. 1. Эффективность различных типов экранов

Металлизированные экраны широко применяются в широкополосных роутерах, в устройствах связи, портативных военных радиостанциях, промышленных сканерах штрих-кодов и мобильной бытовой электронике. XGR Technologies – поставщик различных решений для защиты от электромагнитных помех. Основным продуктом компании является металлизированный экран SnapShot. Экран SnapShot может иметь различную форму, например, круглую, квадратную, прямоугольную и т.д.

Билл Кэнди, технический директор XGR Technologies, говорит: «Часто в медицинских устройствах приходится очень плотно располагать элементы, умещая их в границах заданного форм-фактора. В то же время экраны SnapShot отличаются разнообразием форм и высокой гибкостью. Таким образом, защищаемое устройство не обязательно должно иметь традиционную прямоугольную форму. Наоборот, экран SnapShot выбирается, исходя из формы защищаемого устройства».

«Кроме того, для медицинских устройств чувствительных к магнитным материалам, например, для аппаратов МРТ, использование неферромагнитного экрана на полимерной основе, каким является SnapShot, позволяет размещать компоненты ближе к чувствительной головке, то есть в магнитном поле самого устройства. Это приводит к улучшению качества изображения».

ЭМС-фильтры

Электромагнитные пассивные фильтры помогают бороться с кондуктивными помехами и повышают устойчивость устройств к радиочастотным помехам. Фильтры обычно располагают на входе устройства, чтобы максимально эффективно бороться с распространением как входных, так и выходных помех. В некоторых случаях фильтры позволяют защитить устройства от катастрофических отказов, которые возможны при воздействии мощных помех.

Обычно выбор подходящего фильтра производится исходя из значений ключевых параметров, таких как затухание, полное сопротивление нагрузки, номинальный ток, номинальное напряжение, а также с учетом требований нормативных актов, указанных заказчиком. Однако существует множество других параметров, которые необходимо учитывать, чтобы обеспечить надежную, эффективную и правильную работу фильтра.

Конденсаторы, подключенные между линиями питания и защитным заземлением (PE), приводят к появлению токов утечки. В соответствии с медицинскими стандартами ток утечки на землю в медицинском электрооборудовании должен быть ограничен. Поэтому в фильтрах такие конденсаторы обычно отсутствуют, что негативно сказывается на эффективности фильтрации. В результате, для подавления синфазного шума необходимо использовать дополнительные индуктивности.

Конструкция фильтра зависит от требуемого уровня изоляции. Фильтр не должен иметь каких-либо дополнительных токов утечки, возникающих из-за паразитных параметров системы. Однако в менее критичных приложениях вполне могут использоваться фильтры, обладающие незначительными токами утечки. Стоит отметить, что даже если выбран фильтр без собственного тока утечки, тем не менее, при выполнении сертификации устройства требуется измерять ток утечки для всей системы.

Компания Schaffner Impulse предлагает фильтры FN92XX (в частности, тип B), соответствующие требованиям стандарта EN/ IEC 60601-1 по уровню тока утечки и рейтингу напряжения. Фильтры предназначены для создания устройств с различными уровнями токов утечки. Группа фильтров типа B (B-type) не имеет в своем составе конденсаторов, подключенных к шине заземления PE, и следовательно, такие фильтры не вносят своего вклада в общий ток утечки системы (рис. 2).

Рис. 2. Фильтры типа B (B-type) не имеют в своем составе конденсаторов, подключенных к шине заземления PE

Schaffner Impulse также предлагает фильтры типа EB. В них для улучшения эффективности фильтрации используется дополнительная индуктивность (рис. 3). По сравнению с фильтрами типа B, фильтры типа EB обеспечивают повышенную стойкость устройств к быстрым выбросам напряжения.

Рис. 3. В фильтрах типа EB дополнительная индуктивность используется для улучшения эффективности фильтрации

Металлизация элементов для повышения надежности и функциональности медицинских электронных устройств

Металлическое покрытие помогает эффективно бороться с электромагнитными помехами, и в то же время, металлизация не приводит к значительному увеличению веса медицинского оборудования. Кроме того, срок службы оборудования увеличивается. Проводящие материалы, такие как медь, отражают и поглощают электромагнитное излучение, тем самым защищая чувствительные цепи от электромагнитных помех. Таким образом, экран можно реализовать либо в виде металлического корпуса, либо в виде металлического покрытия. Использование проводящего металла в качестве экрана не влияет на производительность системы, метал только блокирует радиоволны и другие формы электромагнитных помех.

Гальванизация может использоваться для покрытия деталей медью, никелем, золотом, серебром и другими металлами, необходимыми для защиты от электромагнитных помех. При гальванизации своей продукции компания Sharretts Plating обеспечивает выполнение требований стандартов качества, в том числе ISO 13485 и ISO: 9001. Это гарантирует, что продукция компании является биосовместимой, то есть гарантирует минимальный риск заражения или отторжения при имплантации устройств.

Заключение

Электромагнитные фильтры для медицинских приложений должны гарантировать минимальный уровень тока утечки, обеспечивать оптимальные габариты и высокую эффективность. Они должны предусматривать возможность использования в условиях типовой медицинской среды.

Защита от электромагнитных помех становится все более сложной задачей, так как люди используют медицинские устройства не только в больницах, но и дома, и в дороге, и вообще повсеместно. По данным Electrical and Electronics Engineers (IEEE), портативные медицинские устройства оказываются более восприимчивыми к электромагнитным помехам, поскольку в них используются низковольтные малопотребляющие схемы. Кроме того, медицинские устройства становятся все компактнее и быстрее, а в их составе появляется все больше цифровых компонентов. Рост быстродействия и увеличение ширины полосы пропускания создает дополнительные проблемы для разработчиков устройств и существенно усложняет решение задачи по обеспечению электромагнитной совместимости.

Фильтр или стабилизатор

Чтобы определить, какой вариант подходит лучше всего, необходимо ознакомиться с положительными и отрицательными сторонами устройств.

Стабилизатор напряжения, в отличие от удлинителя с установленным предохранителем с защитой от скачков напряжения, имеет сложную многоступенчатую систему. Некоторые модели способны в реальном времени показывать входящее напряжение и преобразованное.

Если напряжение постоянно понижается (моргает или тускнеет свет), сетевой фильтр не поможет. Современный удлинитель со встроенным стабилизатором входного напряжения способен не только гасить высокие скачки, но и поднимать заметную просадку.

Устройство достаточной мощности можно поставить на весь дом и тем самым обезопасить все электроприборы. В случае с сетевыми фильтрами это невозможно.

При высоких скачках напряжения стабилизатор выполняет плавное отключение. Такой подход помогает сохранить все элементы защиты. В фильтре все наоборот. При резком скачке гарантированно сгорает предохранитель. В итоге приходиться разбирать корпус и производить замену, либо покупать новое устройство.

Удлинитель с фильтром и стабилизатор — устройства разной ценовой категории. Если необходима надежная защита любой ценой, дорогой преобразователь будет лучшим вариантом. Стабилизатор рекомендуется ставить на дорогую технику с длительным сроком эксплуатации.

Для небольших зарядных устройств или недорогой техники подойдут дешевые сетевые фильтры. Они надежно сработают в экстренной ситуации, а также уберут посторонние шумы. Такой фильтр отлично справляется с высокими скачками. Поэтому его лучше ставить там, где нет просадки электросети.

Фильтры и ферриты

Несмотря на все усилия по подавлению помех на вашей радиостанции, всегда найдется хотя бы один музыкальный центр, телевизор или видеомагнитофон, работе которого мешает ваш передатчик.

В этом случае необходимо принять меры по защите именно этой аппаратуры, устанавливая фильтры или ферриты только на внешних разъемах и соединительных шнурах, без всякого вмешательства в схему и конструкцию аппарата, особенно, если он принадлежит другому.

Эти фильтры в основном являются фильтрами верхних частот для подавления частот, меньших чем 30 МГц, включая любительские диапазоны. Фильтры могут быть также режекторными — для подавления конкретных гармоник.

Читать еще:  Устройство защиты от перенапряжения в квартире

Инструкция по подавлению помех и наводок преобразоваелей частоты

Преобразователи частоты для асинхронных электродвигателей несмотря на свои положительные стороны имеют ряд недостатков — их применение связано с интенсивными электромагнитными помехами и наводками, которые создаются в устройствах, непосредственно связанных с ними по цепям питания или находящимися рядом и попадающими под излучение.

Думаю многие сталкивались с набеганием импульсов от энкодера двигателя на программируемом контроллере или счетчике импульсов или с ошибкой работы преобразователя частоты с обратной связью по энкодеру при длинных кабелях — все это проблемы, связанные с наводками и помехами. Да и другое оборудование начинает сбоить, например емкостные или индуктивные датчики приближения, реле с малыми токами втягивания катушек начинали ложно срабатывать. Все это проблемы электромагнитной совместимости оборудования.

Проблема электромагнитных помех (ЭМП) преобразователей частоты решается, если понять причину и способ их появления. Производители преобразователей частоты давно придумали ряд мер по созданию электромагнитной совместимости (ЭМС), которая в настроящее время стандартизована Международной электротехнической комиссией (МЭК).

ЭМС – это способность оборудования удовлетворительно функционировать в электромагнитной среде в отсутствие влияния излучаемых электромагнитных волн на работу другого оборудования.

Основным источником ЭМП инвертора, является ШИМ-модуляция IGBT-транзисторами выходного напряжения, создающие большие скачки перетока энергии в звене постоянного тока инвертора и как следствие во входных цепях, а также на выходе преобразователя частоты. ЭМП означают любую помеху нормальной работе оборудования, вызванную как избыточной энергией, передающейся по кабелю (наведенная помеха), так и влиянием электромагнитных волн (помеха от паразитного электромагнитного излучения). ЭМП можно классифицировать следующим образом:

Типы и пути распространения помех преобразователей частоты

Кондуктивный шум (распространяемый по проводам)

Распространяется по проводникам и влияет на работу периферийного оборудования, подключенного к общему источнику питания с преобразователем частоты. Схематически путь распространения показан на рисунке под цифрой (1). При заземлении через общую шину заземления кондуктивный шум передается по пути (2). Помехи также могут распространяться от двигателя и по экрану или сигнальному проводу датчика по пути (3).

Индуцированный шум (наведенный)

В случае прокладки контрольных цепей и иных проводников периферийного оборудования в непосредственной близости (в одном кабель-канале, трубе, галлерее, лотке, связке) с силовыми кабелями преобразователя частоты (как питающего так и моторного), в которых протекают токи шумов, в этих проводниках могут быть наведены помехи или «наводки». Путь их проникновения показан на рисунке как путь (4). Частоты наведенных помех лежат в диапазоне от 150 кГц до 30 МГц.

Излучаемый шум

Шум, возникающий в преобразователе частоты и излученный в виде электромагнитной волны в окружающую среду вдоль входных/выходных кабелей как от излучающей антенны также вносит помехи в работу периферийного оборудования, но правда на более высоких частотах (более 30 мГц). Это так называемый излучаемый шум, а пути его распространения показаны на рисунке (5). Кроме того, он может также распространяться через корпус двигателя и инвертора.

Отдельно хочется отметить эффект длинных линий, что усугубляет эффекты трансформации токов между проводами, эффекты конденсатора, обкладками которого могут стать провода.

Основные методы подавления шумов и наводок преобразователей частоты.

Меры по подавлению шумов и наводок в основном связаны с конкретным путем распространения помех и действия, связанные непосредственно с периферийным оборудованием, на которое влияют помехи частотных преобразователей .

Подавление помех связанных с конкретным путем распространения помех:

  • Раздельная прокладка силовых кабелей (входных и выходных) и других цепей (например, сигналов управления, сигналов с датчиков и энкодера). Эта мера эффективна против излучения и наводок, увеличение расстояния между проводниками уменьшит эффект трансформации токов за счет индуктивностей и емкостного эффекта.
  • Установка фильтра помех: моторный дроссель , синус-фильтр, LC-фильтр на входе, а также фильтрация цепей, в которые проникают наводки фильтрами с частотой среза выше пропускной способности цепей устройств. Эта мера эффективна для кондуктивных помех и излучения.
  • Электрическое заземление преобразователя частоты и экранирование (установка металлических разделителей) между преобразователем частоты и периферийным оборудованием. Применение экранированных кабелей для силовых цепей или прокладка кабеля в металлической трубе. Эта мера эффективна для кондуктивных, наведенных помех и излучения.
  • Применение экранированных кабелей или кабеля типа «витая пара» для сигналов управления. Эта мера эффективна для наведенных помех и излучения. Дополнительной мерой может быть применение ферритовых колец с сигнальными кабелями. Примечание: кабели типа МКЭШ, КУПЭВ итп показывают низкую эффективность по сравнению со специализированными кабелями с витыми парами с двойным экранированием (LAPP, Belden, Hulukabel), есть опыт применения подобных кабелей для связи с 5-и вольтовым энкодером с длиной кабеля более 60м, потому предлагаю обращаться к нам за консультацией по подбору подходящего кабеля.
  • Осуществление правильного заземления, заземление должно быть произведено по кратчайшему пути а не через преобразователь частоты, независимого заземления инвертора и другого оборудования. Эта мера эффективна для наведенных помех.
  • Снижение несущей частоты ШИМ-модуляции преобразователя частоты. Эта мера эффективна для кондуктивных, наведенных помех и излучения и является самой дешевой из мер борьбы.

Примеры мер связанных с периферийным оборудованием:

  • Питание от источников, не связанных с преобразователем частоты, питание от другого фидера трансформатора, применение разделительного изолирующего трансформатора. Эта мера эффективна для кондуктивных помех.
  • Повышение рабочего напряжения для оборудования — нагрузка токами сигнальных линий, подтягивание большими сопротивлениями свободных линий к полюсам источника питания. Выбор оборудования с большими токами срабатывания, если речь идет о контроллерах, счетчиках, реле.
  • Разнесение оборудования на максимальное расстояние от инвертора, применение металлического корпуса для экранов. Эта мера эффективна для наведенных помех и излучения.

Устройства подавления шумов

Для подавления помех преобразователей частоты основными методами является фильтрация, для этого существует ряд готовых устройств — фильтров, которые можно классифицировать на 3 типа: емкостные фильтры, подключаемые параллельно силовым цепям, индуктивные, включаемые последовательно, и фильтры высокого подавления (LC-фильтры) для снижения радиопомех. В зависимости от желаемого результата, применяйте соответствующий фильтр.

Емкостный фильтр

Этот фильтр состоит из конденсаторов и уменьшает высокочастотные токи из сети, будучи подключенным между входными клеммами и клеммой заземления инвертора. Более удаленное подключение ухудшает эффект, поэтому соединительные проводники должны быть минимальной длины. Данный фильтр эффективен в диапазоне до нескольких мегагерц, т.е. в диапазоне АМ радиочастот.

Индуктивный фильтр

Это может быть нуль-фазный реактор, который представляет собой четыре витка силового кабеля (все три фазы в одном направлении) вокруг ферритового сердечника. Нуль-фазный импеданс при этом возрастает и высокочастотные токи уменьшаются. Хотя этот фильтр пригоден как для входной, так и для выходной сторон инвертора, он не может быть использован на выходе инвертора в случае с экранированным кабелем или при проводке кабеля в металлической трубе. В частности, такой фильтр пригоден для подавления помех, излучаемых кабелем и снижения токов утечки. Эффективен в диапазоне от АМ радиочастот до 10 МГц.
Установите фильтр как можно ближе к инвертору. При сечении кабеля 22 мм2 и более пропустите кабель через как минимум четыре ферритовых сердечника.

Еще один вариант — установка моторного дросселя, эффект еще более высокий, минус-это габариты устройства и цена.

LC-фильтр (высокого подавления)

Состоит из индуктивных (L) и емкостных (С) элементов. Подключите этот фильтр на входе инвертора. Имеет превосходные характеристики ослабления шумов инвертора в диапазоне от АМ радиочастот до 10МГц и менее. Разнесите входные и выходные цепи фильтра. Самым типичным представителем таких фильтров является синус-фильтр.

Эффективность мер по подавлению шумов (Пример оценки)

Встроенный в инвертор фильтр значительно снижает кондуктивные помехи, исходящие от преобразователя частоты. Если частотный преобразователь, содержащий фильтр, применяется совместно с внешним ЭМИ фильтром для соответствия ЭМС директивам, может быть достигнуто еще большее подавление помех до 40 дБмкВ в частотном диапазоне от 150 кГц до 1 МГц и около 30 дБмкВ в частотном диапазоне от 1 МГц до 10 МГц

Эффект снижения несущей частоты ШИМ показан на рисунке.

Эффект от экранирования моторного кабеля представлен ниже. Метод эффективен в случае излученных помех и малоэффективен в случае наводок.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector