Zaloguj się
Wszystkie
2 października 2024
106
O nieprawidłowym działaniu i jego przyczynach
Obwody i urządzenia generujące zakłócenia. Z każdym kolejnym rokiem w gospodarstwach domowych wzrasta liczba urządzeń elektronicznych, które wprowadzają do sieci elektrycznej sporo zakłóceń. Urządzenia te można z grubsza podzielić na sześć grup:
- Fazowe regulatory mocy oparte na tyrystorach lub triakach, na przykład ściemniacze, regulatory obrotów i grzałek.
- Prostowniki dużej mocy, w których napięcie wyjściowe jest regulowane przez tyrystory.
- Generatory wysokiej częstotliwości z szybkimi tranzystorami mocy, stosowane w generatorach ultradźwiękowych w przemyśle.
- Przetwornice impulsowe.
- Urządzenia zawierające silniki, które są włączane i wyłączane w losowych momentach.
- Układy z zasilaczami beztransformatorowymi, jak żarówki CFL lub LED.
Układy elektroniczne stosowane w takich obwodach i urządzeniach wytwarzają napięcia zakłócające sieci prądu przemiennego. Te napięcia zakłócające objawiają się w postaci sygnałów o wysokiej częstotliwości, które mają częstotliwość do 20 MHz. Amplituda tych sygnałów czasami przekracza oficjalnie dozwolone wartości tysiąckrotnie. Szczególnie krytyczny jest zakres częstotliwości od 150 kHz do 20 MHz. Linie zasilające zachowują się jak idealne anteny dla tych częstotliwości, emitując w przestrzeń silne pole elektromagnetyczne o wspomnianych częstotliwościach. Te fale radiowe mogą być odbierane przez inne przewody przenoszące inne sygnały, i tą drogą wnikać do urządzeń. Może to prowadzić do niepożądanego mieszania się tych sygnałów, co w rezultacie tworzy nowe częstotliwości mogące zakłócać prawidłowe działanie sprzętu elektronicznego.
Metody eliminacji zakłóceń. Zasadniczo można obrać dwie bardzo różne drogi, aby wyeliminować wpływ sygnałów zakłócających o wysokiej częstotliwości.
Pierwszą opcją jest rozwiązanie problemu u źródła, co sprowadza się do dodania układów tłumiących przy każdym potencjalnym źródle zakłóceń. Są one nazywane filtrami EMI, gdyż filtrują zakłócenia elektromagnetyczne wytwarzane przez dany obwód.
Drugim sposobem jest zapobieganie przenikaniu sygnałów zakłócających do urządzeń na nie wrażliwych. Można to zrobić poprzez zamontowanie filtrów na wejściach zasilania i sygnałowych.
Ekranowanie urządzeń i wrażliwych części obwodów jest trzecią metodą, często stosowaną w połączeniu z pozostałymi dwoma. Przyp. tłum.
Pochodzenie sygnałów zakłócających. Zakłócenia o wysokiej częstotliwości powstają w wyniku uniwersalnego prawa fizycznego, które ma zastosowanie do wszystkich zjawisk falowych. Prawo to zostało zbadane przez Fouriera i opisane w pełni matematycznie. Prawo Fouriera stwierdza, że każde zjawisko fali okresowej składa się z pewnej liczby fal sinusoidalnych lub cosinusoidalnych, których częstotliwości są równe wielokrotności częstotliwości podstawowej fali okresowej. Fale te nazywane są „harmonicznymi sygnału podstawowego”. Wzajemne powiązania tych fal nazywane są „widmem częstotliwości sygnału podstawowego”.
Kilka przykładów. Teorię Fouriera wyjaśniono za pomocą kilku przykładów przedstawionych na poniższym rysunku. Wykresy po lewej stronie przedstawiają szereg okresowych zjawisk falowych. Wykresy przedstawiają przebieg amplitudy A w funkcji czasu t. Wykresy po prawej stronie przedstawiają widmo częstotliwościowe sygnałów. W tym widmie częstotliwości, które składają się na sygnał, są reprezentowane przez pionowe linie na poziomej osi częstotliwości f. Wysokość linii reprezentuje amplitudę A różnych częstotliwości składowych.
- W przykładzie A narysowany jest czysty sygnał sinusoidalny. Widmo częstotliwości składa się tylko z jednej linii. Położenie tej linii na osi poziomej odpowiada oczywiście częstotliwości sygnału sinusoidalnego.
- W przykładzie B rysowany jest sygnał sinusoidalny zanieczyszczony innym sygnałem sinusoidalnym o znacznie wyższej częstotliwości. Sygnał ten objawia się jako niewielkie tętnienie na powierzchni fali sinusoidalnej. Widmo częstotliwości pokazuje, że sygnał ten składa się z trzech linii widmowych, z których dwie leżą po obu stronach linii bazowej i mają dość wysoką amplitudę.
- W przykładzie C narysowany jest sygnał sinusoidalny, zakłócony dwoma ostrymi spadkami na okres. Takie zakłócenie może wystąpić w napięciu sieciowym, na przykład w przypadku włączania dużego obciążenia co pół okresu za pomocą triaka.
- Ze względu na duży prąd rozruchowy, napięcie sieciowe „załamie się” na chwilę, powodując te typowe spadki. Analiza Fouriera pokazuje teraz wiele linii, z których tylko kilka jest narysowanych. W rzeczywistości linie widmowe są tak blisko siebie, że pozornie tworzą ciągły obszar. Najważniejszą rzeczą, jaką można wywnioskować z analizy Fouriera, jest to, że amplituda harmonicznych powoli maleje wraz ze wzrostem ich częstotliwości.
- W przykładzie D narysowana jest fala sinusoidalna, która jest zakłócana wąskimi szpilkami napięcia. Takie zakłócenie może wystąpić na przykład w przypadku okresowego włączania i wyłączania obciążenia indukcyjnego, takiego jak silnik. Duża indukcyjność własna uzwojeń silnika generuje wówczas za każdym razem dość wysokie napięcie wsteczne, które trafia do sieci zasilającej. Ponownie, analiza harmonicznych pokazuje, że sygnał ten zawiera wiele harmonicznych, które utrzymują dużą amplitudę w zakresie do MHz.
Rodzaje sygnałów zakłócających. Napięcia zakłócające o wysokiej częstotliwości mogą występować pod dwiema postaciami w sieci prądu przemiennego:
- jako symetryczne napięcia zakłócające,
- jako asymetryczne napięcia zakłócające.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
