Мероприятия по обеспечению электромагнитной совместимости

Мероприятия по обеспечению
электромагнитной совместимости
Для
этой
цели
применяются
пассивные
помехоподавляющие устройства:
•фильтры,
•ограничители напряжения,
•разделительные элементы
•экраны.
Они могут быть установлены непосредственно у
чувствительного элемента или около источника помех
Помехоподавляющие фильтры
Фильтры предназначены для пропускания полезного
сигнала и подавления помех в цепях питания и связи.
Целесообразное их применение предполагает, что
частоты полезного сигнала и помехи достаточно
отличаются друг от друга.
Это позволяет при соответствующих параметрах
фильтра обеспечить выборочное ослабление помехи
при отсутствии заметного искажения полезного
сигнала.
Kf
f
Требования к ФНЧ можно
разделить на следующие
группы:
•требования по частотному
диапазону;
•требования по нагрузке;
•требования по току утечки;
•требования по ослаблению
импульсных помех;
•требования по стойкости к
внешним воздействиям;
•требования к конструкции
фильтров.
Эффективность фильтров существенно зависит от их
конструкций и от монтажа элементов.
При конструировании фильтра и монтаже
помехоподавляющих элементов необходимо учитывать
следующие рекомендации:
• Фильтр необходимо экранировать. Обычно экраном
для фильтра служит его корпус.
• Входные и выходные провода должны вводиться в
корпус фильтра с противоположных сторон, а вне
корпуса проходить как можно дальше друг от друга.
• Большое внимание нужно уделять экранированию
входных и выходных цепей фильтра, включая
входной и выходной конденсаторы.
• Обычные конденсаторы и защитные типа КЗ
рекомендуется монтировать так называемым проходным
способом, т. е. присоединять помехонесуший провод
непосредственно к выводу конденсатора.
правильно
неправильно
Примеры установки проходного конденсатора
•Нельзя использовать выводы конденсатора для его
механического крепления.
•Конденсаторы, которые при отключении аппаратуры
от сети питания могут остаться заряженными, должны
иметь разрядные сопротивления.
Компоновка фильтра.
Ограничители напряжений
Ограничители напряжений делятся по
принципу действия на два класса:
-газоразрядные (искровые разрядники)
-полупроводниковые (варисторы и
полупроводниковые ограничители )
Они характеризуются:
• вольтамперной характеристикой (ВАХ),
• номинальными напряжениями и токами,
• перегрузочной способностью,
• быстродействием и др.
Основные характеристики ограничителей напряжения
Характеристики
Диапазон значений для различных ограничителей
Газонаполненные
разрядники
Рабочие напряжения, В
Импульсные токи, А
Максимальная поглощаемая
энергия, Дж
Время срабатывания, с
Межэлектродные емкости,
пФ
Защитное действие
Варисторы Полупроводниковые
ограничители
101 … 1,2 104
101 - 2 103
3…600
102 … 2 105
102 … 105
101 … 103
60
2000
0,1
10-6 … 10-5
10-9 … 10-8
10-11 … 10-9
2 … 30
200 -20000
10 … 10000
Грубая защита
Тонкая защита
Разрядники применяются для защиты входных и
выходных цепей РЗ и ПА, антенн и линий связи,
источников питания и т.д. от естественных и
искусственных источников перенапряжений
практически всех видов.
Различают:
- газонаполненные разрядники (крутая ВСХ,
пропускают стандартные токи 8/20 мкс до 104А.
Способны гасить токи до 1 А)
- воздушные защитные промежутки (крутая ВСХ, не
способны гасить сопровождающие токи)
- разрядники со скользящим разрядом (более пологая
ВСХ, ограничивают перенапряжения независимо от
крутизны импульса, способны обрывать
сопровождающие токи)
Варисторы– это нелинейные резисторы
изготавливаемые на основе окиси цинка,
сопротивление которых зависит от напряжения
I
lg I
LП
RВ
СП
U
а
б
lg U
в
Полная вольт- амперная характеристика (а),
ее фрагмент в рабочей области (б) и схема
замещения варистора (в)
• Индуктивность обусловлена индуктивностями
выводов варистора.
• Емкость Сп обусловлена высокой относительной
диэлектрической проницаемостью материала (r =
1200) и находится в диапазоне от ста до десятков
тысяч пикофарад в зависимости от нагрузочной
способности варистора.
• Влияние емкости препятствует применению
варисторов на высокой частоте.
В качестве полупроводниковых
ограничителей напряжения
используют диоды: выпрямительные,
лавинные, импульсные, стабилитроны и
стабисторы, ограничительные и
переключательные p–i–n диоды, диоды
Шоттки, дефензоры.
Комбинированные ограничители напряжения
Способствует гашению сопровождающего тока через
разрядник после его срабатывания.
Разрядник исключает протекание тока через
варистор в нормальном эксплуатационном режиме,
что позволяет оптимизировать уровень ограничения
и уменьшить размеры варистора.
Для устранения влияния большой емкости одно –
или двунаправленных стабилитронов (диодов
Зенера) последовательно с ними включают
малоемкостные диоды
Параллельное соединение разрядника и варистора
обеспечивает требуемое быстродействие при
условии, что в первые моменты времени
перенапряжение ограничивается только варистором.
После времени запаздывания срабатывает
разрядник и «берет на себя» всю оставшуюся часть
энергии помехи.
Повышение эффективности подавления
помех можно достичь в многоступенчатых
схемах с применением ограничителей
нескольких типов, разделенных резисторами и
дросселями
Сетевой защитный фильтр
Разделительные элементы
Применяются для гальванической развязки внешних
и внутренних контуров
• Во входных измерительных цепях и в цепях питания,
телемеханики и связи чаще других используются
разделительные трансформаторы, в выходных –
электромеханические реле.
• В информационных и других блоках аппаратуры
применяются оптронные развязки, твердотельные
реле (электронные ключи в виде интегральных
микросхем) и разделительные (буферные)
электронные схемы.
Тип
разделительного
элемента
Обозначение на
схеме
Емкость
связи
СП, пФ
Время
задержки,
мс
Электромеханическое реле
До 5
0,5…20
Оптическая
связь
До 1
10-4…0,5
Твердотельное
реле
5…10
0,5…20
Разделительный
трансформатор
10…100
-
Разделительные
электронные
схемы
До 1000
-
Электромагнитные экраны
ЭЕ=20lg(E0/E1) или
ЭН=20lg(Н0/Н1), дБ
Экранирование служит для ослабления электрических,
магнитных и электромагнитных полей на ТС, а также для
того, чтобы подавить исходящие из электрических и
электронных промышленных средств и устройств помехи,
обусловленные полями.
Экран устанавливается между источником и приемником
помех и снижает напряженности Е0 и Н0, воздействующего
поля до значений Е1, Н1 за экраном
Физическая сущность электромагнитного
экранирования сводится к тому, что под действием
источника электромагнитной энергии на стороне экрана,
обращенной к источнику, возникают заряды, а в его
стенках - токи, поля которых во внешнем пространстве по
интенсивности близки к полю источника, а по
направлению противоположны ему, в результате чего
происходит взаимная компенсация полей.
Эффективность экранирования
SE= R+A-B, дБ
R=f( f ,μr,σr)- потери на отражение
А=f(Δ, f ,μr,σr) потери на поглощение,
В- потери на повторные отражения внутри материала
(особенно проявляется в тонких материалахфольгах)
Расчет электромагнитных экранов с достаточной
точностью пока возможен только некоторых в
идеализированных случаях:
• бесконечно плоский экран на пути распространения
плоской волны;
• размещение точечного источника в центре
герметичного идеального проводящего экрана
сферической формы;
• бесконечно длинный идеально проводящий цилиндр
с излучателем в виде бесконечной нити,
расположенной на оси этого цилиндра.
На эффективность экранирования оказывают существенное
влияние частота поля, электропроводность и магнитная
проницаемость материала экрана, конфигурация, размеры
и
толщина экрана.
Эффективность экранирования зависит от наличия дефектов и
отверстий в стенке экрана (трещин, дверных, вентиляционных и
оконных проемов, кабельных вводов и отверстий для элементов
обслуживания и сигнализации), а также то, что внутри
экранированных объемов могут возникать резонансные эффекты.
Эффективность экранирующих устройств ориентировочно может
быть оценена следующим образом:
SE< 10дБ- недостаточное экранирование,
10<SE<30 дБ- минимальные требования по экранированию,
30<SE<60 дБ- достаточное экранирование,
60<SE<90 дБ- хорошее экранирование,
90<SE<120 дБ- предельно хорошее экранирование
Эффективность экранирования устройств
замкнутыми экранами, дБ
Экранируемое устройство, материал и
конструкция экрана
Экранирование оконных проемов:
- приваренный стальной или
припаянный жестяной лист;
- сотовая решетка;
- металлическая сетка с ячейкой до 2
мм.
Экранирование дверных проемов:
- одинарная дверь на каркасе, обшитым
стальным листом, контакт сплошной
регулируемый;
- двойная дверь с тамбуром, контакт
сплошной регулируемый.
Экранирование вводов коммуникаций:
-металлические трубы, приваренные к
экрану по всему периметру;
-металлические трубы, проложенные в
Диапазон частот, МГц
0,15-3 3-30 30-300
300-3000
100
100
80
80
100
70
100
60
100
40
20
80
70
70
60
100
100
80
60
100
100
100
100
100
100
100
100
Материалы для экранирования:
- Радиопоглощаемые материалы (резины,
поглощающие покрытия, ферритовые пластины).
Ограниченное применение из-за высокой стоимости
и узости спектра поглощения.
- Радиоотражающие материалы (металлы):
Они выбираются из условия:
• достижения заданной величины ослабления
электромагнитного поля и его составляющих в
рабочем диапазоне частот при соответствующих
ограничениях размеров экранов и его влияния на
экранируемый объект;
• устойчивости против коррозии и механической
прочности;
• технологичности конструкции экрана и получения
требуемых его конфигурации и высоко габаритных
характеристик.
1. Металлические листовые материалы
• Немагнитные материалы (r=1, r=0,6-1)
Экранирующее происходит из-за магнитных полей,
созданных вихревыми токами.
При этом постоянное магнитное поле совсем не
экранируется, а низкочастотное переменное
ослабляется незначительно.
Электрические поля такими экранами демпфируются
очень хорошо.
• Магнитные материалы (r>>1, r<1)
Ослабляют электрические поля в области низких
частот хуже, чем экраны из немагнитных, однако они
вызывают определенное ослабление постоянных
магнитных полей.
С повышением частоты демпфирующее действие в
отношении электрических и магнитных полей
возрастает.
•
•
•
•
К недостаткам листовых металлических экранов
можно отнести:
высокую стоимость (бронза, серебро и т.д.);
значительный вес и габариты;
сложность пространственного решения конструкции;
низкую эффективность самого металла,
реализуемую лишь на 10-20% из-за несовершенства
конструкции.
2. Сеточные материалы:
Различают густые и редкие сетки. К первым относятся сетки,
для которых: S/d< 4. При S/d>4 – редкие сетки.
Экранирующие свойства металлических сеток проявляются
главным образом в результате отражения электромагнитные
волны от их поверхности.
Параметрами сетки, определяющими ее экранирующие
свойства, являются шаг сетки S, радиус проволоки r и удельная
проводимость материала сетки.
Достоинства:
• значительно легче листовых материалов,
• проще в изготовление,
• удобны в сборке и эксплуатации,
• обеспечивают достаточный обмен воздуха,
• светопроницаемы, они обладают достаточной
• эффективностью экранирования во всем диапазоне
радиочастот.
Недостатки
не высокая механическая прочность,
быстро теряется эффективность экранирования из-за старения
3.Фольговые материалы:
К ним относятся электрически тонкие материалы
толщиной 0,01…0,05 мм. В сортамент фольговых
материалов входят в основном диамагнитные
материалы – алюминий, латунь, цинк. Стальные
фольговые материалы промышленность не
выпускает.
Достоинства:
- Простота, удобство монтажа
- Легкость
- Возможность изготовление экрана сложной формы
Недостатки
- Низкая механическая прочность
- Возможность возникновения резонансных эффектов
4.Металлизация поверхностей:
Нанесение металла на подложку: распыление
струей сжатого воздуха, гальванопластика,
нанесение проводящей краски.
Эффективность экранирования металлизированным
слоем ниже, чем сплошным листом той же толщины.
Нанесение
покрытий
на
диэлектрические
материалы (корпуса приборов), стекла (оловянные
пленки).
Эффективность экрана сильно зависит от свойств
подложки.
5 . Металлизированные ткани:
Из таких тканей обычно изготавливают специальные
костюмы для индивидуальной биологической
защиты.
Факторы влияющие на выбор прокладок и пружинных лент.
- проводимость: она должна быть такой же, как и материал панели;
-легкость монтажа;
-гальваническая совместимость с соединяемыми материалами:
--характеристики стойкости к внешним климатическим воздействиям
Экраны кабелей
В неэкранированных проводах под действием
электрического поля Е создается поперечное
(противофазное) напряжение
, а под воздействием магнитного поля Н продольное

U
(синфазное) напряжение
U
Если экран заземлен с одной стороны, то снижается только поперечное
напряжение
При двустороннем заземлении экрана возникает замкнутый контур, в
котором под действием переменного магнитного поля индуктируется
ток I. Продольное напряжение при этом уменьшается до величины
U  Zk  I
Если затухание в одном экране недостаточно,
используют два экрана, наложенные друг на друга и
изолированные между собой.
Двусторонне заземленный внутренний экран:
- при низких частотах не оказывает сильного
экранирующего действия
- в области высоких частот имеет место значительно
лучшее экранирование, чем при одном экране.
Односторонне заземленный внутренний экраннаблюдается обратная картина.
Для того чтобы полностью использовать
возможности кабельных экранов, необходимо
соблюдать следующие правила:
• экраны обычных кабелей и внешние экраны при
двойном экранировании должны иметь хорошие
контакты (пайка, сварка) с корпусами приборов или
стенками экранированных кабин;
• внутренний экран в зависимости от частоты поля
помехи следует заземлять с одной или с обеих
сторон;
• внешний экран нельзя вводить внутрь корпуса
прибора (кабины), т.к. при этом частично теряются
экранирующие свойства корпуса (кабины).