Разработка и постановка на производство современных технических средств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи должна обязательно соблюдаться мероприятиями по обеспечению электромагнитной совместимости (ЭМС).
Согласно международному электротехническому словарю, под электромагнитной совместимостью понимается «способность оборудования или системы функционировать удовлетворительно в окружающей электромагнитной обстановке, не создавая недопустимых электромагнитных помех чему-либо в этой обстановке».
Настоящий практикум содержит в себе пять лабораторных работ из различных областей электромагнитной совместимости. Первая лабораторная работа посвящена изучению конструкции и принципа действия различных видов сетевых помехоподавляющих фильтров. Во второй работе рассматриваются требования наиболее важных международных стандартов в области ЭМС. В третьей работе к изучению предлагаются основные устройства и схемы по реализации защитных мероприятий устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи (ЖАТС) от воздействий молниевых разрядов. Четвертая и пятая работы соответственно посвящены изучению методов испытаний технических средств ЖАТС на помехозащищенность по отношению к наносекундным импульсным помехам и динамическим изменениям напряжения электропитания.
Лабораторная работа № 1
ИЗУЧЕНИЕ СЕТЕВЫХ
ПОМЕХОПОДАВЛЯЮЩИХ ФИЛЬТРОВ
Цель работы. Изучить конструкцию и принцип действия сетевых помехоподавляющих фильтров, научиться определять характеристики сетевых фильтров.
1 СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ
1.1 Назначение сетевых помехоподавляющих фильтров Распространение помех происходит в частотном диапазоне до 30 МГц преимущественно по проводам.
На сетевом кабеле и далее идущих проводах установки могут образовываться стоячие волны, вследствие чего общий блок действует как антенна. По этой причине место стыкования кабель-корпус является наиболее удачным местом для того, чтобы с помощью специализированного фильтра — сетевого фильтра противодействовать этим помехоизлучениям.
Сетевой фильтр в общем случае представляет собой комплексный блок, главной задачей которого является, по возможности без подавления пропустить сетевое напряжение частотой 50 Гц и подавить высокочастотные мешающие компоненты сетевого напряжения.
При выборе или разработке сетевого фильтра большое значение имеет частотный спектр и вид напряжений помех.
1.2 Виды напряжений помех В сети питания напряжением 230 В с фазовым проводом Ф, нейтральным проводом Н и защитным проводом З различают симметричные и несимметричные виды помех.
О симметричном распространении напряжения помехи говорят, если ток помехи Iдп как и полезный ток протекает от источника помех через проводник к приемнику помех и через нейтральный провод обратно к источнику помех. Эту связь поясняет рисунок 1.1.
Рисунок 1.1 — Симметричное напряжение помехи Если ток помехи Iнп течет по обоим проводам Ф и Н от источника помех к приемнику помех, то говорят о несимметричном распространении помех. Как показано на рисунке 1.2, напряжение помехи теперь приложено как между нейтральным и защитным проводом, так и между фазовым и защитным проводами.
Рисунок 1.2 — Несимметричное напряжение помехи Если напряжения помех между фазным и защитным, нейтральным и защитным проводами (Uнпф и Uнпн) идентичны как равенством фаз, так и амплитудой, то говорят о несимметричном напряжении помех.
В общем виде на практике встречаются смешанные виды вышеназванных помех. При помехах в частотном диапазоне ниже 500 кГц речь идет преимущественно о симметричных напряжениях помех, при помехах в диапазоне выше 500 кГц — о несимметричных напряжениях помех.
1.3 Принципы построения сетевых фильтров Помехоподавляющие фильтры представляют собой элементы для обеспечения затухания поступающей по проводам помехи. Целесообразное их применение предполагает, что спектральные составляющие полезного сигнала и помехи достаточно отличаются друг от друга. Это позволяет при соответствующих параметрах фильтра обеспечить селективное демпфирование помехи при отсутствии заметного искажения полезного сигнала. При этом собственно эффект демпфирования достигается делением напряжения. Поясним это на простейшем примере.
Если в низкочастотный контур полезного сигнала (полезные величины UN, IN на рисунке 1.3,а) поступает высокочастотное напряжение помехи U0, то на полном сопротивлении приемника ZS появляется составляющая напряжения помехи
(1)
(1.1)
Введение
зависящего от частоты продольного полного сопротивления ZL (рисунок 1.3, б), например в форме L, представляющего для низкочастотного тока IN очень малое, а для высокочастотного тока IST — очень большое сопротивление, обеспечивает ослабление помехи, и составляющая, напряжения помехи снижается до
(2)
(1.2)
Достигаемый эффект затухания можно характеризовать коэффициентом затухания — отношением падений напряжений на ZS при наличии ZL и без него:
(3)
(1.3)
Коэффициент затухания приводится, как правило, в виде логарифма отношения напряжений и выражается в децибелах:
