Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Расчет несимметрии напряжения




 

При несимметрии напряжения в трехфазных сетях появляется ущерб от дополнительных потерь в элементах электросетей, сокращения срока службы электрооборудования и снижения экономических показателей его работы. Исходя из этого, основной задачей расчета несимметрии напряжения в сетях с ЭТУ является расчет несимметрии, вызываемой эффективной нагрузкой, так как несимметрия, вызываемая пиковой нагрузкой, носит кратковременный характер и ущерб от нее незначителен.

Поскольку ЭТУ, как правило, включаются на линейное напряжение, при расчете несимметричных режимов следует определять только составляющие обратной последовательности U2. При расчете примем следующие допущения: напряжение на шинах источника питания постоянное; сопротивление элементов сети не зависит от нагрузки; для отдельных ЭТУ  неизменный; включение ЭТУ происходит независимо друг от друга. Такие допущения дают основание считать трехфазную сеть симметричной и полагать симметричные составляющие отдельных ЭТУ независимыми.

Напряжение обратной последовательности рассчитывается по формуле

,                                      (3.87)

где  - результирующее сопротивление обратной последовательности, - ток обратной последовательности.

Известно, что относительное значение тока обратной последовательности

,                              (3.88)

где  - эффективная однофазная нагрузка;  - мощность короткого замыкания.

Для определения результирующего сопротивления обратной последовательности Z2 необходимо составить расчетную схему и схему замещения сети относительно источника обратной последовательности согласно рекомендациям, данным в работах [1, 3] (расчет проводится в относительных единицах).

                                             Тогда

.                              (3.89)

Значение  сравнивается с допустимым по ГОСТ 13109-97: ,  .  Если , то  и несимметрию напряжений можно не рассчитывать.

 

Помехозащитные устройства

Вводные замечания.При решении проблем ЭМС в электроэнергетических системах важное значение имеют способы ослабления или подавления ЭМП. Практика эксплуатации систем электроснабжения показывает, что наиболее эффективна система подавления ЭМП в местах их возникновения. Однако, учитывая сложившуюся структуру электрических сетей, которые строились без учета требований по ЭМС, приходится помехозащитные устройства устанавливать не только у источников ЭМП, но и у ЭП, которые чувствительны к ЭМП.

Рассмотрим наиболее распространенные методы подавления ЭМП.

Фильтры.В электрических системах фильтры применяются прежде всего для того, чтобы уменьшить амплитуду токов или напряжений одной или нескольких фиксированных частот (параллельные фильтры).

Когда необходимо избежать проникновения токов определенной частоты в отдельные узлы преобразовательной подстанции или части энергетической системы (как, например, в случае пульсации управляющих сигналов), можно использовать последовательный фильтр, состоящий из параллельно включенных конденсатора и катушки индуктивности, создающих большое сопротивление протеканию тока на выбранной частоте. Однако такое решение не может быть применено для ограничения уровня гармоник самого источника, поскольку генерация гармоник нелинейными элементами подстанции (например, трансформаторами и статическими преобразователями) является неотъемлемой чертой их нормальной работы.

Говорят, что параллельный фильтр настроен на определенную частоту, если на этой частоте его индуктивное и емкостное реактивные сопротивления равны.

Добротность фильтра Q определяет точность его настройки. Фильтр с высоким уровнем добротности (от 30 до 60) настраивается строго на одну из низких гармонических частот (например, пятую). Фильтр с низким уровнем добротности имеет малое сопротивление в широком диапазоне частот, особенно в случае, если его уровень добротности не превышает 5. Если такой фильтр используется для подавления гармоник высоких порядков (например, свыше       17-й ), то его можно рассматривать и как фильтр верхних частот. На рис. 3.24 и 3.25 представлены основные схемы фильтров и соответствующие зависимости сопротивления от частоты.

Для настроенного фильтра Q определяется как отношение индуктивности (или емкости) при резонансе к активному сопротивлению:

.

 

 

Рис. 3.24. Схема параллельного фильтра, настроенного на одну частоту (а), и зависимость его полного сопротивления от частоты (б) Рис. 3.25. Схема параллельного фильтра второго порядка подавления частот (а)и зависимость его полного сопротивления от частоты (б)

 

Как показано на рис. 3.24, б,полоса пропускания частот фильтра Р ограничена частотой, на которой реактивное сопротивление фильтра равно его активному сопротивлению (т.е. угол полного сопротивления равен 45°), и частотой, на которой модуль полного сопротивления равен . Добротность фильтра связана с шириной его полосы пропускания следующим соотношением:

,

где  - настроенная угловая частота, рад/с.

Точность настройки фильтра подавления высоких частот обратна добротности настроенных фильтров.

Степень несоответствия настройки фильтра номинальной настроенной частоте характеризуется коэффициентом δ, учитывающим изменения основной (питающей) частоты, изменения емкости и индуктивности фильтра, вызываемые старением деталей фильтра и колебаниями температуры, а также собственную расстройку фильтра, связанную с промышленными допусками при его изготовлении и конечностью шагов настройки.

Общая расстройка фильтра на единицу номинальной настроенной
частоты:

.

Кроме того, изменение L или С, например, на 2 % вызывает такую же расстройку фильтра, как и изменение частоты системы на 1 %. Следовательно,

δ можно представить и в виде

.

Критерии расчета фильтров.Мощность фильтра определяется по реактивной мощности, генерируемой фильтром на основной частоте. Эта мощность почти в точности равна реактивной мощности основной частоты, генерируемой конденсаторами. Суммарная мощность ветвей фильтра определяется требованиями по реактивной мощности, предъявляемыми к источнику гармоник, и тем, в какой степени эти требования могут быть удовлетворены за счет сети переменного тока.

Идеальный критерий разработки фильтра - подавление всех искажений формы волны, в том числе и телефонных помех, являющихся самыми сложными для подавления. Однако идеальный критерий не реален. С технической точки зрения, очень трудно предварительно оценить проникновение гармоник в сеть переменного тока. С экономической точки зрения, уменьшение телефонных помех может быть получено с меньшими затратами, если принять некоторые предварительные меры в телефонных системах и энергетической системе в целом.

Более реальный критерий предполагает уменьшение искажений до допустимого уровня в точке общего соединения нескольких потребителей и использование или гармонического тока, или гармонического напряжения, или того и другого. Критерий, основанный на гармониках напряжения, более удобен для разработки фильтров, так как сопротивление сети переменного тока постоянно меняется и проще гарантировать работу фильтра в определенном диапазоне напряжений, чем значение рабочего тока.

Для того чтобы учесть требуемые гармонические ограничения, при разработке фильтров необходимо следовать схеме:

1) в цепь, состоящую из фильтров, параллельно соединенных с электрической системой переменного тока (рис. 3.26), вводится спектр гармоник тока, генерируемый нелинейной нагрузкой на соответствующих частотах, и рассчитываются гармоники напряжения;

2) результаты, полученные после выполнения предыдущего пункта, используются для определения других характеристик, таких как искажение напряжения, коэффициенты влияния на линии связи и др.;

3) в заключение рассчитываются напряжения на элементах фильтра (конденсаторах, катушках индуктивности, сопротивлениях) и их параметры и
потери.

Особое внимание при разработке фильтров следует уделить трем элементам: источнику тока, проводимостям фильтра и системы.

В зависимости от нагрузки, а для случая статического преобразователя и от углов зажигания будет меняться характеристика источника тока. После того как будут изучены проводимости фильтра и системы, потребуется рассчитать для каждой частоты минимальное значение общей эквивалентной проводимости, дающей максимальное искажение напряжения.

 

Рис. 3.26. Схема определения коэффициента искажения напряжения

 

Определив схему соединения конкретного фильтра, можно построить геометрическое место точек, соответствующее сопротивлению (проводимости) фильтра. Гораздо труднее построить кривую, соответствующую сопротивлению источника тока даже с малой точностью.

Описанный фильтр представляет собой однополюсную схему, способную гасить весь спектр пропускаемых гармоник (например, для случая шестипульсного преобразователя гармоники, начиная с пятой). Однако требуемая для осуществления этой цели емкость фильтра очень велика, и гораздо экономичнее подавлять гармоники малых порядков с помощью одноплечевого настроенного фильтра.

Настроенные фильтры.Фильтр одной частоты представляет собой последовательную RLC-цепочку (рис. 3.24), настроенную на частоту одной гармоники (обычно характеристической гармоники малого порядка). Полное сопротивление такого фильтра:

                              

на резонансной частоте fn уменьшается до чисто активного сопротивления R.

Широкополосные фильтры.Они имеют следующие достоинства:

1) меньшую чувствительность к изменениям температуры, отклонениям частоты, промышленным допускам при изготовлении элементов, потерям в емкостных элементах и т.п.;

2) малое сопротивление широкому спектру гармоник, отсутствие необходимости разбивки фильтра на параллельные ветви, вызывающей затруднения при переключениях и обслуживании;

3) удобство применения в случае, если использование настроенных фильтров вызывает появление резонанса токов между проводимостями фильтра и системы на гармониках меньших нижней частоты настроенного фильтра, или на гармониках, лежащих между настроенными частотами.

Основные недостатки широкополосных фильтров:

1) для получения одинакового уровня фильтрации они должны быть рассчитаны на более высокую мощность, хотя в большинстве случаев хорошая работа фильтра осуществляется в диапазоне, требующемся для регулировки коэффициента мощности;

2) потери в сопротивлении и реакторе гораздо выше.

Типы широкополосных фильтров.Существуют четыре типа гасящих фильтров: первого, второго, третьего порядков и С-типа (рис. 3.27). Фильтр первого порядка применяется редко, так как для него требуется конденсатор большой мощности, а потери на основной частоте велики. Фильтр второго порядка удобен в эксплуатации, но потери на основной частоте по сравнению с фильтром третьего порядка велики. Главным достоинством фильтра третьего порядка являются малые потери на основной частоте (по сравнению с фильтром второго порядка), связанные с увеличением полного сопротивления на этой частоте, вызванным наличием конденсатора С2. Емкость С2 много меньше емкости С1. Фильтр С-типа занимает положение между фильтрами второго и третьего порядков. Основным его преимуществом являются существенно меньшие потери на основной частоте из-за того, что на этой частоте С2 и L настроены последовательно. Такие фильтры наиболее чувствительны к изменениям основной частоты и отклонениям параметров элементов.

 

Рис. 3.27. Широкополосные высокочастотные фильтры:

а - первого порядка; б - второго порядка; в - третьего порядка; г - С-типа

В создаваемых в настоящее время мощных высоковольтных преобразовательных схемах велика вероятность резонанса гармоник малых порядков между полным сопротивлением системы и емкостным сопротивлением фильтра.

В зависимости от того, что является источником гармоник малых порядков - система переменного тока или преобразователь, может наблюдаться резонанс напряжений и токов. Из-за несимметрии системы преобразователь генерирует существенную третью гармонику тока. Такие гармоники имеют прямую последовательность чередования фаз и, следовательно, не поглощаются обмоткой трансформатора, соединенной в треугольник.

Для исключения появления резонанса на малых частотах следует применять схему фильтрации, состоящую из фильтра С-типа и фильтра второго порядка.

Разрядники.Разрядники для защиты от перенапряжений служат для ограничения переходных перенапряжений, вызванных молнией, при отключении индуктивных потребителей, разрядах статического электричества и т.д. Они являются нелинейными резисторами, которые в пределах рабочего напряжения обладают высоким сопротивлением, при перенапряжениях их сопротивление снижается. Вместе с полным сопротивлением источника помех (при длинных линиях это волновое сопротивление Z0) они образуют делитель напряжения с нелинейным коэффициентом деления, который снижает перенапряжения до значений меньших импульсной электрической прочности защищаемых элементов (координация изоляции при защите от перенапряжений) (рис. 3.28). Напряжение на нелинейном резисторе определяется так:

.                              (3.90)

Различают три группы разрядников, которые отличаются напряжениями срабатывания, устойчивостью к импульсам тока, сопротивлением при рабочем напряжении, остаточным сопротивленем при включении, динамическими характеристиками и др.

 

Рис. 3.28. Ограничение перенапряжения разрядником

Варисторы (ограничители перенапряжений). Варисторы - это нелинейные резисторы, изготовляемые из оксидов металлов (преимущественно ZnO), сопротивление которых зависит от напряжения. Их вольт-амперная характеристика в рабочем диапазоне приблизительно описывается уравнением

.                                   

Коэффициент К зависит от размеров таблетки (площади и толщины), а > 25 - показатель, зависящий от материала.

Выбор типа варистора происходит следующим образом.

1. Выбор типа варистора по заданному номинальному рабочему напряжению с учетом 10…20 % на повышение напряжения. Спектр рабочих напряжений от 5 В до нескольких киловольт.

2. Определение размеров варистора в зависимости от максимального импульсного тока, который вычисляется с учетом переходного напряжения и внутреннего сопротивления источника помех (полного сопротивления ZИили волнового сопротивления Z0 при электрически длинных подводящих линиях). Максимально допустимая нагрузка варистора импульсным током зависит от числа срабатываний варисторов во время срока службы. При однократном срабатывании диапазон составляет от 100 А до 70 кА (блочные варисторы). При повторяющихся срабатываниях эти значения при определенных обстоятельствах должны уменьшаться на несколько порядков.

3. Определение размеров варистора по способности потреблять энергию.

Импульсный ток выделяет в варисторе тепловую энергию:

.             

Если перенапряжение создано при отключении катушки, то предельная энергия, которая может быть выделена в варисторе:

.

Как и для максимального импульсного тока, максимальная способность поглощения энергии зависит от числа срабатываний варистора во время всего срока службы. При однократном срабатывании энергетический диапазон составляет от 0,14 Дж до 10 кДж. При повторяющихся срабатываниях эти значения при определенных обстоятельствах могут быть на несколько порядков меньше.

4. Определение размеров варистора по продолжительности нагрузки. При периодически повторяющихся перенапряжениях должна быть произведена оценка мощности длительных потерь. Она рассчитывается как произведение энергии одного импульса и частоты повторения n (число импульсов в секунду):

или как частное от деления энергии импульса на длительность интервала между импульсами:

.

В зависимости от конструкции варистора длительная нагрузка лежит в диапазоне 0,01…2 Вт.

5. Проверка уровня защиты. Если известен максимальный импульсный ток, то остаточное напряжение на варисторе можно определить из вольт-амперной характеристики; оно должно быть ниже значения электрической прочности защищаемого устройства при импульсном воздействии. Если максимальный ток заранее не известен, исходят из остаточного напряжения и рассчитывают при помощи (3.90) приближенное значение тока, а также уточняют остаточное напряжение. Многократное повторение этих вычислений дает искомое остаточное напряжение.

Подробные указания по применению варисторов следует брать из каталогов различных изготовителей. Варисторы бывают дисковой или блочной конструкции для больших токов и энергий в виде компонентов модульных устройств либо имеют трубчатую конструкцию для штепсельных разъемов. Кроме того, имеются заполненные ZnO термопласты и реактопласты, а также лаки для разнообразного применения. Наконец, имеются варисторы из других зависящих от напряжения материалов, например карбида кремния (большая мощность), которые по сравнению с ограничителями из ZnO находят меньшее применение. Карбид кремния используется при высоких требованиях к стабильности в течение длительного времени, его недостатком является низкий показатель нелинейности (α = 2…7).

Кремниевые лавинные диоды. У таких диодов по сравнению с обычными полупроводниковыми при превышении напряжения пробоя р-n-переход не разрушается, а пропускает большой ток в обратном направлении. До тех пор, пока допустимая термическая мощность потерь в закрытом состоянии или при импульсной нагрузке и допустимый интеграл квадрата тока  не превышаются, не наступает разрушения запорного слоя (контролируемый пробой). Диоды Зенера находят применение для защиты от перенапряжений в электронных схемах. Для обеспечения ЭМС были разработаны специальные кремниевые лавинные диоды с большим по площади р-n-переходом для высокого допустимого тока в обратном направлении (ограничительные диоды, стабилитроны, диоды-поглотители и т.д.). Кремниевые лавинные диоды имеют, как и варисторы, время срабатывания в субнаносекундном диапазоне, которое на практике из-за индуктивности токопроводов перемещается в наносекундный диапазон. Аналогично варисторам они имеют сравнительно большие емкости (до 15000 пФ), что препятствует их применению в ВЧ системах.

Кремниевые лавинные диоды - это, как правило, однополярные конструктивные элементы. Путем встречного последовательного включения двух диодов получают симметричную характеристику. Выбор кремниевых лавинных диодов происходит аналогично выбору варисторов на основании характеристик или предельных данных, даваемых изготовителем.

Искровые разрядники.Искровые разрядники перекрывают наибольший диапазон напряжений срабатывания. Они защищают и электроэнергетические системы при прямых ударах молнии (напряжение срабатывания вплоть до мегавольтового диапазона), и телекоммуникационные сети (напряжение срабатывания более 80 В). По сравнению с варисторами и лавинными диодами искровые разрядники отличаются ярко выраженными коммутационными свойствами (рис. 3.29). При динамической нагрузке напряжение на искровом промежутке сначала становится значительно выше статического напряжения пробоя (измеряемого при скорости увеличения напряжения 100 В/с). Спустя определенное статистическое время разрядник пробивается, в результате чего его сопротивление уменьшается в десятки раз, а напряжение падает сначала до напряжения тлеющего разряда (70…130 В), а затем при достаточно малом внутреннем сопротивлении источника тока до напряжения дуги U < 20…25 В (в основном это падение напряжения в прианодной и прикатодной областях).

 

а)                                                        б)

Рис. 3.29. Схематичное сравнение характеристик искровых

разрядников (а) и варисторов (б)

 

Гибридные разрядные цепи.Высокая работоспособность искровых разрядников, а также большое быстродействие и отсутствие сопровождающего тока у варисторов и диодов делают целесообразным создание гибридных схем. Возможной комбинацией является последовательное включение обоих видов защитных устройств (рис. 3.30).

 

 

Рис. 3.30. Последовательное включение защитных элементов:

а - разрядника и варистора (грозозащита);

б - помехоподавляющего и малоемкостного диодов;

в - помехоподавляющего и малоемкостного диодов в мостовой схеме

 

На рис. 3.30, а показана схема вентильного разрядника, в которой последовательное включение нелинейного элемента способствует гашению дуги сопровождающего тока. В грозозащитных вентильных разрядниках в качестве материала варистора находит применение карбид кремния вследствие его долгосрочной стабильности. Присущий ему большой ток утечки здесь не играет роли, так как варистор при работе в нормальном режиме отделен от сети искровым рязрядником.

Для устранения влияния емкости диодов Зенера и ограничивающих стабилитронов в ВЧ цепях последовательно с ними включают малоемкостные диоды (рис. 3.30, б, в).Допустимый прямой ток малоемкостного диода должен быть равен максимальному импульсному току, а напряжение запирания должно быть больше Up.Наряду с последовательным, применяется также параллельное включение искровых разрядников и варисторов (рис. 3.31).

 

 

Рис. 3.31. Параллельное включение защитных элементов:

 а - прямое; б - косвенное

 

В цепи на рис. 3.31, а перенапряжение ограничено напряжением излома характеристики варистора, которое должно быть выбрано, исходя из напряжения срабатывания искрового разрядника. По истечении статистического времени запаздывания искровой разрядник срабатывает и напряжение падает до значения меньшего 20 В. Ток через варистор уменьшается таким образом до обычных малых значений Iу, а искровой разрядник весь импульсный ток принимает на себя. Если требуется более низкий уровень защиты, меньший 100 В (например, при измерениях, управлении и регулировании технологических процессов), то оба элемента развязывают при помощи резистора или катушки индуктивности (рис. 3.31, б). Этот принцип подразделения на грубую и тонкую защиту можно при высоких требованиях распространить на трехступенчатую и многоступенчатую защиту.

Оптроны и световодные линии.Оптроны дают возможность сильно подавлять синфазные помехи и часто используются для развязки заземленных контуров, например, во вводах и выходах регуляторов с программируемой памятью или в системах передачи данных (рис. 3.32).

При заданных внешних условиях оптроны находят применение для передачи аналоговых импульсов напряжения или тока при высоких требованиях и ширине полосы пропускания и умеренных требованиях к коэффициенту передачи. В зависимости от оптоэлектрического преобразователя оптроны обладают различным усилением по току и разной полосой пропускания В:

Преобразователь                      Iвых/Iвх                В

Диод                                        0,01              10 МГц

Транзистор                              0,3               300 кГц

Транзистор Дарлингтона        3                  30 кГц

 

Рис. 3.32. Включение оптрона для подавления

синфазных сигналов (разрыв контура заземления):

П - передатчик; Пр - приемник

 

Широкую полосу пропускания (10 МГц) в сочетании с большим усилением имеют оптроны, в которых применяется комбинация фотодиода и ВЧ транзистора. Напряжения пробоя оптронов часто устанавливаются оптимистически.

Для ВЧ синфазных сигналов способность оптрона подавлять синфазную помеху сильно падает вследствие паразитной емкости между входом и выходом (от 1 до 10 пФ). Емкостная связь может быть уменьшена заземленным проводником, расположенным между входом и выходом, если это допустимо по напряжению.

Сколь угодно высокого подавления синфазной помехи, в том числе и при высоких частотах, можно достигнуть при помощи световодных линий (рис. 3.33). В то время как монолитные оптроны работают при напряжениях до 10 кВ, световодные линии выдерживают разность потенциалов вплоть до мегавольтового диапазона, например, в электроэнергетических системах или электрофизических установках.

 

 

Рис. 3.33. Световодная линия передачи:

ВС - возбудитель светодиода; ТШ - триггер Шмитта

Разделительные трансформаторы.Разделительные трансформаторы позволяют гальванически развязывать цепи переменного тока, поэтому они часто используются для разрыва контуров заземления, подавления синфазных помех и т.д. (рис. 3.34). При постоянном напряжении и переменном напряжении с частотой 50 Гц синфазные помехи подавляются полностью. При более высоких частотах подавление синфазных помех снижается вследствие паразитной емкости между первичной и вторичной обмотками. В этом случае помогает заземленный экран, который позволяет синфазным токам течь непосредственно к источнику синфазного напряжения. Эффективность экрана существенно зависит от полного сопротивления Z обратной линии источнику синфазного напряжения. Где лучше заземлить экран - у передатчика или приемника, зависит от места нахождения источника синфазного напряжения, размещения трансформатора и т. п.

 

 

Рис. 3.34. Принцип гальванической развязки цепей переменного тока

разделительными трансформаторами:

П - передатчик; Пр - приемник

 

Для оценки степени подавления синфазной помехи необходимо знать значения емкостей между экранами и обмотками (100 пФ…1 нФ). При несимметричном расположении экрана относительно обмоток и несимметричном размещении изоляции, что является, как правило, результатом грамотно выполненной изоляции, рассчитанной на воздействие определенного перенапряжения, необходимо обращать внимание на установку экрана.

Электромагнитные экраны.Природа действия электромагнитного экрана заключается в следующем. Электромагнитное поле проникает в стенку экрана и возбуждает в ней заряды или индуктирует токи, собственные поля которых накладываются на первичное поле, частично или полностью компенсируя его. При этом несущественно, находится первичное поле внутри или снаружи экрана (рис. 3.35).

 

 

Рис. 3.35. Обратимость экранирующего действия:

а - ослабление излучения источника помех;

б - защита поглотителя помех от излучения;

ИП - источник помех; ПП - поглотитель помех

Мерой экранирующего действия является коэффициент экранирования, который определяется отношением напряженности поля внутри экрана к напряженности внешнего поля, которое имеет место при отсутствии экрана. Например, для магнитного поля

.                                       

Переменные магнитные поля.Если в изменяющееся во времени магнитное поле внести проводящую оболочку, то в ее стенках индуктируются напряжения и вследствие электропроводности возникают токи. Магнитное поле этих токов направлено навстречу возбуждающему полю. Взаимодействие первоначального внешнего поля с противодействующим полем токов в стенках экрана обусловливает внутри экрана результирующее поле меньшей напряженности. Так как экранирующее воздействие при переменных магнитных полях осуществляется токами в стенках экрана, необходимо избегать зазоров в экранах. При экранировании переменных магнитных полей недостаточно осуществлять выравнивание потенциалов отдельных стенок при помощи нескольких уравнивающих потенциалы соединений. Зазоры по всей их длине должны быть заполнены хорошо проводящими ток материалами или закорочены.

Материалы для изготовления экранов.Для изготовления экранов применяются материалы, которые имеют высокую проводимость для потоков действующих полей и которые за счет индукции способны создавать противодействующее магнитное поле. Наиболее часто используются экраны из хорошо проводящих металлов и ферромагнитных материалов. Сравнение характеристик двух экранов одинаковой толщины из железа и меди объясняет особенности их экранирующего действия.

В области частот до 100 кГц глубина проникновения электромагнитного поля больше, чем толщина стенки экрана, и материал с большой электропроводностью имеет более высокий коэффициент затухания. Экранирование здесь основано только на затухании в экране, который действует как короткозамкнутый виток. При частотах выше 200 кГц глубина проникновения

становится меньше толщины стенки экрана, начинает влиять магнитная проницаемость и коэффициент затухания железного экрана выше, чем медного. При очень низких частотах имеет место пересечение кривых, когда железный экран при частоте f = 0 еще оказывает слабое экранирующее воздействие, а влияние медного экрана на магнитостатическое поле уже отсутствует. Экраны из нержавеющей стали из-за высокого удельного сопротивления и парамагнитных свойств (μr ≈ 1) имеют очень малый коэффициент затухания по сравнению с медными или железными экранами. Когда влияют диэлектрическая εr и магнитная μr проницаемости экрана, следует учитывать их зависимость от частоты, а также нелинейные эффекты насыщения. Для того чтобы избежать явления насыщения, в некоторых случаях применяются многослойные экраны, при этом наружный экран, находящийся ближе к месту расположения источника помехи, изготовляется из материала с низкой проницаемостью, но высокой индукцией насыщения и внутренний ферромагнитный экран с большим экранирующим влиянием испытывает воздействие уже ослабленного магнитного поля. Фактическая проницаемость магнитного материала, подвергшегося механической обработке, часто оказывается значительно ниже справочных данных.

При высоких частотах и больших толщинах стенок экранирующее действие корпуса часто слабо зависит от его материала. Оно, как правило, определяется чувствительными элементами, выбираемыми с учетом функциональных, монтажных и производственных требований. При решении вопроса о выборе материала экрана часто исходят не только из необходимого экранирующего действия, но и из других соображений: служит ли материал для декоративного покрытия готового изделия или сооружения либо образует несущую конструк-

цию, обладает ли он коррозионной стойкостью и т.д.

 










Последнее изменение этой страницы: 2018-06-01; просмотров: 530.

stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда...