Синфазные помехи: 1.3.2. Противофазные и синфазные помехи – Противофазные и синфазные сигналы и помехи — groupnk.ru — Группа НК — комплексные поставки электрооборудования в Москве и регионах

Содержание

1.3.2. Противофазные и синфазные помехи

Помехи, возникающие в проводах, могут рассматриваться как противофазные или синфазные напряжения и токи.

Противофазные напряжения помех (поперечные, симметричные) возникают между проводами двухпроводной линии (u_d на рис. 1.3.). Противофазные помехи возникают через гальванические или полевые связи или преобразуются из синфазных помех в системах, несимметричных относительно земли. Конкретные примеры возникновения противофазных помех рассматриваются в последующих разделах.

Рис. 1.3. Помехи, связанные с передачей сигналов по линии:

С_Е — паразитные емкости относительно заземленного корпуса; Q

₁ — источник противофазных помех; Q₂ — источник синфазных помех; Z_Q, Z_S — полные сопротивления источника и приемника помех; i_C₁, i_C₂ — синфазные токи, i_d — противофазный ток; u_C₁, u_C₂ — синфазные напряжения помех; u_d – противофазное напряжение помех.

Противофазные напряжения помех непосредственно накладываются на полезные сигналы в сигнальных цепях или на напряжение питания в цепях электроснабжения, воздействуют на линейную изоляцию между проводами и могут быть восприняты как полезные сигналы в устройствах автоматизации и тем самым вызывать ошибочное функционирование.

Синфазные напряжения помех (несимметричные, продольные напряжения) возникают между каждым проводом и землей (u_C₁ и u_C₂ на рис. 1.3.) 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. 1.3., вызванной токами в земле (аварийными, при замыканиях высоковольтных линий на землю, рабочими или токами молнии) или магнитными полями.

1.4. Земля и масса

Другими важными понятиями ЭМС являются понятия: земля и масса. С понятием «заземление» инженеры, работающие с сильноточными устройствами, связывают, как правило, вопросы техники безопасности и грозозащиты, например, устранение недопустимо высоких напряжений прикосновения. Инженеры же, работающие в области электроники, — скорее электромагнитную совместимость их схем, например устранение контуров заземления, влияние частоты 50 Гц, обращение с экранами кабелей и т. д.

Следует строго различать два понятия — защитное заземление (защитный провод) для защиты людей, животных и т. д. и массу, систему опорного потенциала, электрических контуров (это справедливо как для сильноточных, так и для слаботочных цепей). Земля и масса, как правило, в одном месте гальванически связаны друг с другом, но между ними существует большое различие: провода заземления проводят ток только в аварийной ситуации, нулевые провода — в нормальной рабочей ситуации и часто представляют общий обратный провод нескольких сигнальных контуров, ведущий к источнику. Это различие существенно и характеризуется следующими понятиями:

Земля	Масса
Защитный провод	Нейтральный провод
Заземление	Масса схемы
Защитное заземление	Нулевая точка
Нулевой провод заземления	Сигнальная масса
Провод заземленной системы опорного потенциала	Измерительная земля
Заземленный корпус	Нулевое напряжение ( 0 В)

Понятие «земля» поясняет рис. 1.4. .

В нормальном режиме по нейтральному проводу Н протекает обратный ток электроприемников и его потенциал вследствие падения напряжения на его сопротивлении отличается от потенциала земли (за исключением эквипотенциальной шины, где он равен потенциалу земли). Защитный провод ЗП в нормальном режиме тока не проводит и его потенциал равен потенциалу земли. Поскольку корпус оборудования присоединен к защитному проводу ЗП, то и его потенциал также равен потенциалу земли и не создает угрозы для людей и животных.

При замыкании одного из фазных проводов (на рис. 1.4. провода Л

3 ) на корпус оборудования в фазном проводе возникает большой ток короткого замыкания и оборудование отключается предвключенным защитным автоматом З_з.

Рис. 1.4. Заземление в низковольтной сети:

Л₁, Л₂, Л₃ – фазные провода сети; ЗПН – защитный провод нейтрали; ЗП – защитный провод; Н – нейтральный провод; З_з – защитный автомат; R_А , R_В – сопротивление заземлителя потребителя и подстанции

Понятие «масса» поясняет рис. 1.5..

Рис. 1.5. К понятию «масса»

Под массой в схемотехнике понимают общую систему опорного потенциала, по отношению к которой измеряются узловые напряжения цепи (шина, провод опорного потенциала, корпус, нулевая точка). В простой цепи это просто обратный провод, в электронной схеме — общий обратный провод для всех электрических контуров (рис. 1.5. а,б). Масса может, но не должна иметь потенциал земли. Однако, как правило, она в одном месте непременно соединена с защитным проводом и тем самым заземлена. Масса выполняет те же функции, что и нейтральный провод. Прежде всего, на работу схемы не оказывает влияния заземление массы. Однако если занимающая достаточно обширное пространство масса заземлена в нескольких местах, возникает контур заземления (см. рис. 1.3). Тогда при различных потенциалах точек заземления могут протекать уравнительные токи, а на полных сопротивлениях массы возникать падения напряжения, которые накладываются на напряжения, действующие вдоль отдельных контуров цепи и являются противофазными помехами. При высоких частотах это даже не требует гальванического заземления, так как при наличии печатных плат с навесным монтажом и плоской массой контуры заземления могут образовываться благодаря их емкостям относительно массы.

Противофазные и синфазные сигналы и помехи

Пусть имеется двухпроводная система с учётом влияния земли, предназначенная для передачи информации. Фактически такая система состоит из трёх проводников.

Существуют несимметричные и симметричные двухпроводные системы для передачи данных.

В несимметричных систему опорного потенциала связывают с обратным проводником, в симметричных – со средней точкой между прямым и обратным проводниками.

Противофазным напряжением в симметричной или несимметричной системе называется напряжение между прямым и обратным проводниками.

u_пф(t) = u(t) = u₁(t) – u₂(t).

Противофазным током в несимметричной двухпроводной системе называется ток в прямом проводнике.

i_пф(t) = i₁(t).

Противофазным током в симметричной двухпроводной системе называется среднее значение токов прямого и обратного проводников.

i_пф(t) = (i₁(t)+i₂(t))/2.

Синфазным током в симметричной или несимметричной системе называется ток земли.

i_сф(t) = i_з(t) = i₁(t) – i₂(t).

Синфазным напряжением в несимметричной двухпроводной системе называется потенциал обратного провода относительно земли.

u_сф(t) = u₂(t).

Синфазным напряжением в симметричной двухпроводной системе называется потенциал средней точки между прямым и обратным проводом относительно земли.

u_сф(t) = (u₁(t)+u₂(t))/2.

Для передачи полезного сигнала используется противофазное напряжение или противофазный ток.

Противофазная помеха арифметически складывается с полезным сигналом, поэтому она является аддитивной.

Синфазное напряжение и ток никогда не используются для передачи сигнала. Эти сигналы всегда являются следствием действия синфазной помехи.

Если в системе передачи данных отсутствуют паразитные связи и не нарушена симметрия параметров, то синфазная помеха никак не будет влиять на передачу полезного сигнала. Эта помеха будет влиять только на условия электробезопасности.

Если в системе передачи данных нарушена симметрия параметров и имеются паразитные связи, то синфазная помеха обязательно будет преобразовываться в противофазный сигнал и будет поступать на вход приёмника вместе с полезным сигналом, поэтому в системах передачи данных выполняются мероприятия по борьбе с синфазными помехами.

Прохождение противофазных и синфазных сигналов и помех по двухпроводным системам с учётом влияния земли

Для описания прохождения этих сигналов изобразим схемы замещения симметричной и несимметричной системы.

−ЭДС полезного сигнала в начале линии.

−ЭДС противофазной помехи в начале линии.

−внутреннее сопротивление источника сигнала в начале линии.

−сопротивление заземлителя средней точки в начале линии.

−ЭДС синфазной помехи в начале линии.

l − длина линии или длина одного пролета схемы замещения.

−индуктивность линии на единицу длины.

−комплексное сопротивление приёмника сигнала.

−ЭДС противофазной помехи в конце линии.

−ЭДС синфазной помехи в конце линии.

−сопротивление заземлителя средней точки в конце линии.

−частичная ёмкость связи прямого провода с землей на единицу длины.

−частичная ёмкость связи обратного провода с землей на единицу длины.

−частичная ёмкость связи между проводами на единицу длины.

На данной схеме показана симметричная система сопротивлений и ЭДС в начале и конце линии.

Показана несимметрия емкостных параметров проводников. Эта несимметрия не может быть устранена никакими техническими мерами. Любое нарушение симметрии параметров приводит к появлению противофазного напряжения на входе приемника, при действии любого источника синфазной помехи. Количественно этот эффект может быть выражен следующими показателями:

1. Коэффициент преобразования синфазного сигнала в противофазный. , при остальных источниках равных нулю.

2. Коэффициент синфазно-противофазного затухания.

Данная схема не учитывает волновые эффекты при прохождении сигнала вдоль двухпроводной системы и может применяться, если l<λ/4. А более строго эта схема может применяться если l<λ/(π√8).

Для учета волновых эффектов можно применять многопролётную схему замещения.

Несимметричная система

Ослабление синфазных помех для повышения целостности сигнала

19 августа

Оптопары защищают системы и пользователей от бросков напряжения. Кроме того, эти устройства подавляют синфазный шум, который может привести к искажению переходных процессов или к избыточному шуму в выходном сигнале. В статье на примерах развязывающих оптопар Avago рассматривается вопрос обеспечения целостности сигнала.

шума имеется множество источников. Например, он может возникать при емкостной связи от электрических полей по соседству с устройством, магнитных полей при индуктивной связи или при резистивной связи, обусловленной разностью земляных потенциалов. Для подавления этого шума в устройствах используется ослабление синфазного сигнала (common-mode rejection, CMR) на входе. Учет CMR особенно важен в шумовых средах, т.к. шум искажает входные сигналы. Способность устройства ослаблять шум и обеспечивать прохождение сигналов внутри системы важна, с точки зрения цельности сигнала.
Основными параметрами, определяющими способность устройства ослаблять синфазные сигналы, являются синфазное напряжение и синфазные помехи, возникающие при переходных процессах. В случае если синфазное напряжение шума выше входного напряжения, необходима гальваническая развязка. Ток переключения, вызывающий частые всплески напряжения, приводит к появлению синфазных помех при переходных процессах, которые можно определить, зная напряжение и скорость его изменения. Синфазный шум и помехи при переходных процессах необходимо отфильтровать, чтобы избежать искажения сигнала.

Развязывающее устройство соединяет два модуля системы, обеспечивая прохождение в ней сигналов без физической связи с узлом назначения. Сигналы в развязывающем устройстве передаются с помощью света. В данном случае в качестве развязки используется оптопара, которая не только защищает систему и пользователя от бросков высокого напряжения, но и подавляет большие синфазные помехи, которые могут исказить сигнал напряжения или увеличить шум выходного сигнала.
Основным параметром, свидетельствующим об успешном подавлении синфазных сигналов в изоляторе, является уровень синфазного тока при неустановившемся напряжении. Следующее уравнение определяет синфазный ток:

I_CM = C(dV/dt),

где С — паразитная емкость корпуса и емкость интерфейса между светодиодом и детектором; dV/dt — скорость изменения сигнала напряжения. Это уравнение предполагает, что монтаж печатной платы или компонентов оптимизирован и имеет небольшую паразитную емкость.
Для уменьшения синфазного тока необходимо снизить паразитные емкости. Благодаря большому зазору между светодиодом и фотодетектором в 0,08–1 мм, обеспечиваемому, например, устройством ACPL-J313 от Avago, величина паразитной емкости становится минимальной, благодаря чему ток утечки, возникающий при переходном процессе, заметно снижается. Этот компонент также имеет встроенный экран Фарадея фирменной разработки между входным светодиодом и фотодиодом, чтобы усилить подавление синфазного шума.
Экран Фарадея не препятствует оптической связи с фотодиодом, но отводит наводимый электрический ток на землю, что снижает паразитную емкость и, следовательно, повышает CMR оптопары. Кроме того, экран препятствует накоплению заряда на кристалле детектора при большом синфазном напряжении, которое возникает на устройстве при продолжительной эксплуатации. Оптопара ACPL-J313 улучшает степень ослабления синфазной помехи до 40 кВ/мкс при синфазном напряжении в 1,5 кВ.
С другой стороны, в схеме с длинными проводными соединениями между микроконтроллером и развязывающим интерфейсом возникают индуктивные помехи, которые искажают полезный сигнал. В этом случае используется оптопара со встроенной схемой управления, например, ACPL-M61L, которая работает как фильтр. Для ограничения тока, который управляет светодиодом в оптопаре (см. рис. 1), требуется резистор. Совместно с внутренней входной емкостью светодиода этот резистор работает как НЧ-фильтр, который не пропускает ВЧ-шум.

Рис. 1. Токоограничивающий резистор R1 и паразитная входная емкость светодиода обеспечивают НЧ-фильтрацию высокочастотного шума

Развязывающее устройство характеризуется статическим и динамическим ослаблением синфазного сигнала. О статическом ослаблении говорят в том случае, если входной сигнал статичен как при высоком, так и при низком логическом уровне. Как правило, так происходит, когда система находится в нерабочем состоянии или режиме ожидания. В этом состоянии некоторые компоненты системы не функционируют, обеспечивая энергосбережение, тогда как отдельные модули отслеживают входной сигнал. Система должна сохранять логический уровень неизменным независимо от статического синфазного шума. Это требование защищает ее от ложного срабатывания.
В динамическом режиме система передает сигнал, который переключается между высоким и низким логическими уровнями. Для подавления синфазного шума, искажающего входной сигнал, необходимо отфильтровать помеху. Как правило, динамическое ослабление синфазного шума системы (переменное напряжение) хуже статического показателя (постоянное напряжение), а статический CMR ухудшается при увеличении синфазного напряжения.
Ослабление синфазного переменного сигнала обеспечивает целостность передаваемого полезного сигнала.

В некоторых оптопарах используется схема кодирования, запускаемая уровнем сигнала. В ней светодиод определяет уровень прямого тока, который задается входным сигналом, и отправляет световой импульс на детектор. В других схемах кодирования небольшие сигналы напряжения генерируются по фронтам входного сигнала (см. рис. 2).

Рис. 2. Схемы кодирования оптопары, запускаемые уровнем (а) и фронтом сигнала (б)

В схеме кодирования по уровню сигнала в оптопаре ACPL-072L от Avago продолжительность импульсов тока или напряжения равна 100 нс. В таких системах динамические синфазные помехи с меньшей вероятностью искажают сигнал, чем в схемах кодирования с запуском по фронту, где продолжительность импульсов составляет 2–3 нс. За счет короткого времени нарастания и спада импульсов светодиодного тока шум при переходном процессе может незначительно изменить длительность импульса в схеме кодирования с запуском по уровню сигнала. Напротив, в схеме кодирования с запуском по фронту сигнала импульсы могут моментально потеряться. Таким образом, оптопары с запуском кодирования по уровню сигнала имеют лучший показатель ослабления синфазного сигнала в динамическом режиме.
На рисунке 3 показан рабочий режим оптопары ACPL-072L с запуском по уровню сигнала, которая выдерживает всплеск напряжения в 10 кВ/мкс при передаче данных со скоростью 25 Мбит/с. При этом целостность сигнала сохраняется.

Рис. 3. Оптопара ACPL-072L выдерживает изменение напряжения в 10 кВ/мкс при передаче 25-Мбит/с сигнала. Желтым цветом отмечена синфазная помеха, зеленым — выходной сигнал

Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.

Противофазные и синфазные помехи — КиберПедия

Помехи, возникающие в проводах, могут рассматриваться как противофазные или синфазные напряжения и токи.

Противофазные напряжения помех (поперечные, симметричные) возникают между проводами двухпроводной линии (u_d на рис. 1.3.). Противофазные помехи возникают через гальванические или полевые связи или преобразуются из синфазных помех в системах, несимметричных относительно земли. Конкретные примеры возникновения противофазных помех рассматриваются в последующих разделах.

Рис. 1.3. Помехи, связанные с передачей сигналов по линии:

С_Е — паразитные емкости относительно заземленного корпуса; Q₁ — источник противофазных помех; Q₂ — источник синфазных помех; Z_Q, Z_S — полные сопротивления источника и приемника помех; i_C₁, i_C₂ — синфазные токи, i_d — противофазный ток; u_C₁, u_C₂ — синфазные напряжения помех; u_d – противофазное напряжение помех.

Синфазные напряжения помех (несимметричные, продольные напряжения) возникают между каждым проводом и землей (u_C₁и u_C₂ на рис. 1.3.) и воздействуют на изоляцию проводов относительно земли.

Земля и масса

Земля	Масса
Защитный провод	Нейтральный провод
Заземление	Масса схемы
Защитное заземление	Нулевая точка
Нулевой провод заземления	Сигнальная масса
Провод заземленной системы опорного потенциала	Измерительная земля
Заземленный корпус	Нулевое напряжение ( 0 В)

Понятие «земля» поясняет рис. 1.4. .

При замыкании одного из фазных проводов (на рис. 1.4. провода Л₃ ) на корпус оборудования в фазном проводе возникает большой ток короткого замыкания и оборудование отключается предвключенным защитным автоматом З_з.

Рис. 1.4. Заземление в низковольтной сети:

Л₁, Л₂, Л₃ – фазные провода сети; ЗПН – защитный провод нейтрали; ЗП – защитный провод; Н – нейтральный провод; З_з – защитный автомат; R_А , R_В – сопротивление заземлителя потребителя и подстанции

Понятие «масса» поясняет рис. 1.5..

Рис. 1.5. К понятию «масса»

Под массой в схемотехнике понимают общую систему опорного потенциала, по отношению к которой измеряются узловые напряжения цепи (шина, провод опорного потенциала, корпус, нулевая точка). В простой цепи это просто обратный провод, в электронной схеме — общий обратный провод для всех электрических контуров (рис. 1.5. а,б).Масса может, но не должна иметь потенциал земли. Однако, как правило, она в одном месте непременно соединена с защитным проводом и тем самым заземлена. Масса выполняет те же функции, что и нейтральный провод. Прежде всего, на работу схемы не оказывает влияния заземление массы. Однако если занимающая достаточно обширное пространство масса заземлена в нескольких местах, возникает контур заземления (см. рис. 1.3). Тогда при различных потенциалах точек заземления могут протекать уравнительные токи, а на полных сопротивлениях массы возникать падения напряжения, которые накладываются на напряжения, действующие вдоль отдельных контуров цепи и являются противофазными помехами. При высоких частотах это даже не требует гальванического заземления, так как при наличии печатных плат с навесным монтажом и плоской массой контуры заземления могут образовываться благодаря их емкостям относительно массы.

I-еIi-еIi-е стандартные отведения

Рис. 3а и 3б.

Грудные отведения

ПР

Рис. 3в, 3г и 3д.

Усиленные отведения

Использование эвм при анализе (расшифровке) электрокардиограмм

По теории Фурье электрокардиограмму можно представить как сумму гармонических колебаний с соответствующими амплитудами и частотами (гармонический спектр электрокардиограммы).

При изменении характера ЭКГ изменяется и ее гармонический спектр. С помощью специальных программ для ЭВМ электрические сигналы с отведений (на практике в стационарах используются многоканальныеЭКГ, которые одновременно регистрируют сигналы с нескольких отведений) подаются на компьютер. После расшифровки ЭКГ компьютер показывает параметры электрокардиограммы и с какой-то вероятностью предлагает диагнозы заболеваний сердца.

Наиболее эффективна ЭВМ при расшифровке ЭКГ, записанных на магнитный носитель (дискета, диск) при длительной (час, сутки и т.п.) регистрации ЭКГ.

Но во всех случаях окончательный диагноз ставит врач.

Некоторые методы снижения уровня помех при записи экг

1. ЭКГ желательно устанавливать на большом расстоянии от источников электромагнитных полей (от физиотерапевтических аппаратов, от высоковольтных линий электропередач, от троллейбусных линий, от проводов электропроводки и т.д.).

2. ЭКГ заземляется.

3. Обеспечивается хороший контакт электродов с телом человека.

4. Пациент во время записи должен расслабить мышцы, успокоиться.

5. Электрокардиограф должен обеспечивать высокий уровень подавления синфазныхпомех (помех в одинаковой фазе). Рассмотрим это положение более подробно.

Подавления синфазных помех электрокардиографом

При записи ЭКГ на человеке, на проводах, соединяющих электроды с входом ЭКГ, как на приемных антеннах наводятся сигналы от внешних электромагнитных полей, которые по величине могут значительно превосходить сигналы от отведений. Запись ЭКГ обычным способом из-за помех, как правило, невозможна.

Помехи на близко расположенных проводах от электродов практически одинаковы (по величине и по фазе). Для подавления таких синфазных помех при записи ЭКГ используются в электрокардиографии, электроэнцефалографии и т.д. так называемые дифференциальные усилители(ДУ), которые имеют 2 входаU_вх1иU_вх2(рис.4) и усиливают разность входных сигналов, т.е. на выходе ДУ получают:

U_вых
ДУ= К_ДУ (U_вх1— U_вх2),

где К_ДУ – коэффициент усиления ДУ по напряжению. А поэтому при записи ЭКГ от одного отведения необходимо 3 провода. При записи ЭКГ, например с I-го отведения на вход ДУ подаются U_вх1 (ПР — ПН) и U_вх2 (ЛР — ПН) – рис.4.

Рис. 4.

Дифференциальный усилитель

Сигналы U_вх1 и U_вх2 противофазные – рис. 5а.

Общий входной сигнал U_вх=U_вх1—U_вх2 в результате будет суммироваться рис.5б, а синфазные помехи U_{вх1
помех}и U_{вх2
помех}показаны, например, на рис.6 будут вычитаться, в результате при идеальном ДУ

U_вых _помехи = К_ДУ(U_{вх1
помех}— U_{вх2
помех}) = 0

Рис. 5.

Противофазные входные сигналы ЭКГ — рис.5а

Выходной усиленный сигнал ЭКГ – рис.5б

Реально в электрокардиографах полезный сигнал должен усиливаться не менее как в 10000 раз больше, чем синфазная помеха.

Степень подавления синфазных помех ЭКГ характеризуется коэффициентом подавления синфазных помехМ_сф=К_ДУ/К_{ДУ
помех}, показывающим во сколько раз ДУ усиливает больше полезный сигнал, чем синфазную помеху.

Для ЭКГ необходимо обеспечить значение величины М_сф10000.

Рис. 6.

Синфазная помеха

Недостатки теории Эйнтховена для ЭКГ

1. Организм не является однородной проводящей средой.

2. Начало ИЭВС — _сза цикл работы сердца незначительно меняет свое положение.

3. С электрической точки зрения представить сердце как токовый диполь можно лишь приближенно.

Однако, несмотря на эти (несущественные) недостатки теория Эйнтховена успешно используется по настоящее время.

В научно-исследовательских работах иногда используется многодипольная модель сердца.

Обратная задача электрокардиографии – оценка состояния органа по электрограмме изучается при дальнейшем обучении на ряде кафедр (нормальная физиология, патологическая физиология, пропедевтика внутренних болезней, функциональная диагностика, кардиология и др.).

ЭМС — Стр 2

Синфазные помехи могут быть вызваны токами в земле (аварийные токи или токи молнии) или магнитными полями. Синфазные помехи не вызывают мешающих напряжений на приемнике, но воздействуют на изоляцию проводов относительно земли и могут вести к пробоям.

При высокой частоте синфазной помехи или при больших значениях емкости проводников относительно земли происходит преобразование синфазной помехи в противофазную (рис. 1.7).

Синфазное напряжение вызывает в прямом и обратном проводе токи, которые через емкость и землю возвращаются к источнику питания.

При разных значениях сопротивлений прямого и обратного проводов и разных емкостях С1 и С2, через емкости протекают различные по значению токи, которые создают падение напряжения на сопротивлении

приемника,и происходит частичное или полное преобразование синфазной помехи в противофазную.

Мерой степени преобразования синфазной помехи в противофазную является коэффициент преобразования синфазной помехи в противофазную.

При полной конверсии К=1, а в абсолютно симметричных системах

Коэффициент преобразования синфазной помехи в противофазную можно легко определить экспериментально, удалив источник полезного сигнала и подав в короткозамкнутую со стороны входа систему синфазное напряжение (рис. 1.8).

7.5 Логарифмические относительные характеристики

Для оценки ЭМС используют логарифмические масштабы физических величин, что позволяет легко представить соотношения величин, отличающихся на много порядков.

Различают два вида логарифмических характеристик — уровень и степень п ере дачи.

Уровень — десятичный логарифм отношения величины к постоянному базовому значению в децибелах (дБ).

Различают следующие уровни:

Чтобы уровни мощности и тока или напряжения для конкретного сигнала были сравнимы в выражении (1 .6), для РдБ используется коэффициент 10, а не 20, так как мощность пропорциональна квадрату тока и напряжения. Так, например, уровень 20дБ соответствует отношению напряжения 10:1 и отношению мощности 100:1.

Степень передачи — логарифм отношения входных и выходных величин. Например, коэффициенты затухания или ослабления.

Коэффициент затухания, вносимого фильтром,- это логарифм отношения напряжений на входе U1 и выходе U2 фильтра:

Коэффициент экранирования напряженности поля определяется отношением напряженности поля перед экраном h2 и за ним Н2:

Коэффициент синфазно-противофазного затухания определяется как логарифм обратной величины коэффициента преобразования синфазной помехи в противофазную.

1.6Вопросы по теме 1

1.Какое устройство считается электромагнитно совместимым?

2.Что такое механизмы и пути электромагнитных связей?

3.Что стремятся обеспечить в первую очередь — совместимость приемпиков или совместимость источников? 4. Как планируют работы по организации совместимости? 5. Привести примеры синфазных и противофазных помех.

6.Что происходит с синфазной помехой на высокой частоте?

7.Как определяются уровни величин в децибелах?

8.Как определяется коэффициент преобразования синфазной помехи в противофазную?

2, Классификация и описание помех

2.1 Описание периодических помех в частотной области

Для описания периодических помех используют амплитудный спектр, показывающий зависимости амплитуд отдельных составляющих помех от частоты.

Синусоидальные периодические помехи имеют простой спектр

(рис. 2.1).

Несинусоидальные периодические помехи могут быть представлены в частотной области как бесконечная сумма периодических колебаний разных частот, кратных основной частоте, т. е. рядом Фурье. Например, на рис. 2.2 показаны первые 3 составляющие для напряжения прямоугольной формы (одна из них равна нулю).

Аналитически ряд Фурье может быть представлен в следующей форме:

Ряд Фурье может быть представлен в комплексной форме

Здесь Uo — постоянная составляющая сигнала помехи, а коэффициенты An и Вп определяют амплитуду n-й гармонической составляющей (гармоники) :

Комплексная форма ряда имеет двусторонний амплитудный спектр с отрицательными и положительными частотами. При анализе ЭМС вместо двустороннего математического спектра чаще всего Из вышеприведенных формул можно получить, что для

рассматривают односторонний физический спектртолько

для положительных п, амплитуды которого отличаются на коэффициент 2 от амплитуд двустороннего спектра.

На рис. 2.3 показаны импульсы прямоугольной формы периодически изменяющегося напряжения и соответствующий ему амплитудный спектр.

Наименьшая частота f1 спектра является основной частотой напряжения:

Амплитуды высших гармоник появляются с одинаковым интервалом и их частоты кратны основной частоте f 1:

Коэффициенты (спектральные амплитуды) прямоугольных импульсов определяются по формуле

где Um — величина прямоугольных импульсов;— ширина и период импульсов; п — номер гармоники.

Огибающая спектральных амплитуд описывается функцией si(x) (sin(x)/x). Огибающая амплитуд функции si(x) есть функция 1/х. С уменьшениемпри неизменном периоде Т высота амплитуд Umn уменьшается, а нулевые значения в спектре следуют реже.

Для прямоугольных импульсов с бесконечно большой длительностью периода Т спектральные линии и максимумы функции si(x) бесконечно сближаются,и получается спектр, описываемый функцией

1/f.

2.2 Представление непериодических помех в частотной области

Непериодические помехи в частотной области могут быть описаны с помощью интеграла Фурье, являющегося частным случаем ряда Фурье в

комплексной форме (2.6) с комплексными коэффициентами(2.7). Т.к. множитель

присутствует в выражении для всех коэффициентов Сn, его можно вынести за знак суммы ряда (2.6)

Непериодическую помеху формально можно считать периодической с периодомтогда конечное расстояниемежду линиями в спектре переходит в бесконечно малое расстояние:

а произведениебудет соответствовать непрерывному значению со:

В этом случае из ряда Фурье (2.10) получаем интеграл Фурье для непериодического процесса:

Здесь— спектральная плотность, идентичная линейчатому спектруотнесенному расстоянию между соседними частотами,

стремящимися к нулю.

Линейчатый спектризмеряется в вольтах, а спектральная

плотность имеет размерность В/Гц или В-с.

Таким образом, в отличие от периодической помехи, в образовании которой участвуют составляющие с частотами, кратными основной частоте, для непериодического процесса (например, импульса) спектр является

непрерывным, состоящим из всех частот от	с амплитудами
Используя (2.13), можно получить	плотность распределения

спектральных амплитуддля любого импульса или переходного процесса.

Например, для однократного прямоугольного импульса (рис. 2.4,а) длительностьюи амплитудой«физическая» плотность распределения

амплитудописывается функцией

Следовательно, спектр прямоугольного импульса совпадает со спектром периодических прямоугольных импульсов такой же формы (см. рис. 2.3 и выражение (2.9)), но, в отличие от него, является непрерывным.

Непрерывный спектр одиночного прямоугольного импульса представляет функцию

При изображении непрерывного спектра часто используют логарифмические масштабы (см. рис. 2.4,б), вследствие чего нулевые значения функции с ростом частоты плотнее располагаются друг к другу.

При низких частотах функция синуса в (2.15) совпадает со своим аргументом, так что начальное значение спектра пропорционально двойной площади импульса

2.3Физический спектр трапецеидального, прямоугольного

итреугольного импульсов

Для анализа распространения импульсных помех необходимо описать их частотный спектр (спектральную плотность).

Многие часто встречающиеся на практике импульсы могут быть аппроксимированы трапецеидальными импульсами.

Как видно из рис.2.5, прямоугольный импульси треугольный импульсявляются частными случаями трапецеидального.

При помощи преобразования Фурье для трапецеидального импульса можно получить физическую плотность распределения амплитуд:

Данная зависимость может быть аппроксимирована тремя прямыми линиями при изображении ее в логарифмическом масштабе (рис. 2.6).

Низкочастотный диапазон

При низких частотах функция синуса приблизительно равна своему аргументу, так что огибающая оказывается параллельной оси абсцисс.

СИНФАЗНЫЕ И ПРОТИВОФАЗНЫЕ ПОМЕХИ.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 6Следующая ⇒

Если ТС связанны через контуры заземления, то могут возникнуть синфазные помехи (СФП) из-за неэквипотенциальности «земель», т.е. точек 1 и 2 на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 Механизм образования синфазной помехи из-за различия потенциалов земли в точках 1 и 2

На рисунке приняты следующие обозначения:

Ė_ПС – ЭДС полезного сигнала;

Z_ИСТ, Z_ПР – полные сопротивления источника и приёмника, соответственно;

ЛС – кабельная линия связи, оболочка которой является обратным проводом для полезного сигнала.

По закону Ома ток в верхнем проводе ЛС, созданный Ů_СФП равен:

где, Z_ЛС – сопротивление центральной жилы кабеля линии связи.

Напряжение на приёмнике, обусловленное помехой:

Ů_ПФП = İ_ЛС·Z_ПР.

Коэффициент преобразования СФП в противофазную помеху (ПФП):

Таким образом, на сопротивлении приёмника Z_ПР будет создаваться напряжение помехи:

52 Что такое коэфициент преобразование синфазной помехи в противофазную и как его эксперементально определить?

Коэффициент преобразования СФП в противофазную помеху (ПФП):

Это коэфициент характеризующий отношение трансформации синфазной помехи в противофазную.

Эксперементально его можно определить:

-померя напряжения синвазной помехи между разными потенциалами земли;

-вичислить ток в линии связи;

— вычислить величину противофазной помехи;

-посчитать коэфициент преобразования.

53 Пояснить причину возникновения обратных перекрытий?

Обратные перекрытия.

Ещё одной опасностью при связи через контуры заземления является появление при ударе молнии на заземлителе молниеотвода высоких потенциалов. Так как нейтраль силового трансформатора ТП на напряжении 0,4 кВ обычно заземлена, причём проводник РЕ одним концом связан с нейтралью трансформатора, а другим – с удалённой землёй, то на указанном проводнике по мере приближения к молниеотводу будет иметь место всё увеличивающийся потенциал относительно земли (рис. 6.9.)

Рисунок 6.9. Механизм появления обратного перекрытия

Z_З1— сопротивление заземлителя молниеотвода;

Z_З2 – сопротивление заземления трансформатора ТП.

При ударе молнии в молниеотвод потенциал точки А относительно земли может достигать сотен киловольт. Провода линий 0,4 кВ находятся под потенциалом 220 В относительно земли, т.к. связанны с удалённой землёй в точке В. Повышенный потенциал на защитном проводе РЕ, связанном с молниеотводом МО, может вызвать пробой изоляции с провода РЕ на провода L₁, L₂, L_3. Так как проводник РЕ находится под более высоким потенциалом, чем провода L₁, L₂, L₃, то получающейся при этом пробой изоляции, называется обратным перекрытием.

Меры борьбы с обратным перекрытием (при наличии соединения МО с РЕ) – установка УЗИП (ближе к МО) (рис. 6.10)

Рисунок 6.10. Меры борьбы с обратным перекрытием

Что такое степень жесткости электромагнитной обстановки? По каким качественным признакам относят электромагнитную обстановку к той или иной степени жесткости? Каковы критерии качества функционирования вторичных технических средств при воздействии электромагнитных помех?

По степени насыщённости среды, в которой находятся ТС, электромагнитными помехами, электромагнитную обстановку делят на четыре степени жёсткости:

— лёгкая ЭМО;

— ЭМО средней жёсткости;

— жёсткая ЭМО;

— крайне жёсткая ЭМО.

ТС, эксплуатируемые в ЭМО с указанными степенями жёсткости, испытывают на ЭМС по различным требованиям. В частности, оборудование электроустановок напряжением до 1 кВ в зависимости от места подключения к источнику электропитания должно выдерживать различные уровни импульсных испытательных напряжений (6, 4, 2,5, 1,5 кВ).

При проектировании необходимо уметь правильно выбрать ТС, соответствующее данной степени жёсткости ЭМО. В таблице 1 приведены в качестве примера, качественные признаки классификации ЭМО с целью отнесения её к той или иной степени жёсткости (по ГОСТ Р 50746-2000 для атомных электростанций).

Таблица 5.1.

Качественные признаки классификации жёсткости электромагнитной обстановки.

Синфазные помехи: 1.3.2. Противофазные и синфазные помехи – Противофазные и синфазные сигналы и помехи