Тема 17. Діагностика, захист і моніторинг електромеханічних систем

6.1. Поняття про електромагнітні перешкоди та електромагнітну сумісність

Електромагнітна сумісність — можливість використання прист­рою або системи в електромагнітному середовищі без створення не­допустимого для оточення або будь-якого конкретного іншого пристрою електромагнітних перешкод

У разі виникнення проблеми електромагнітної несумісності різко зростають витрати на її подолання,

Кожен пристрій чи система, з одного боку, повинен мати такий рівень імунітету (нормалізований рівень електромагнітних переш­код, щоб чіп міг нормально функціонувати. З іншого — рівень електромагнітних перешкод, що створюються самим пристроєм, має бути досить низьким, аби не порушити роботу інших пристроїв, які перебувають у його електромагнітному середовищі.

Кожне електромагнітне явище, котре може погіршити якість ро­боти пристрою, називається електромагнітною перешкодою. Згідно з визначенням, електромагнітна перешкода породжується елект­ричним полем, яке виникає через різницю потенціалів, та магнітним полем, що існує завдяки проходженню електричного струму.

Електромагнітна перешкода є по суті нічим іншим, як небажа­ним електричним сигналом, що накладається на корисний. Це її пара­зитний сигнал може розповсюджуватися провідниками або за допомогою випромінювання.

Сучасна електромеханічна система являє собою потужне джерело електромагнітних перешкод, що можуть порушити роботу як сусід­ніх пристроїв, так і пристроїв, шо входять ло складу самої системи.

До найпотужніших джерел перешкод належать:

­­-  електричні машини, особливо двигуни постійного струму;

      - напівпровідникові перетворювачі, у яких комутуються з висо­кою швидкістю струми напівпровідниковими вентилями - ключами;

-  силові провідники аби кабелі;

        - комутувальна апаратура (контактори, автоматичні вимикачі, реле тощо).

Перешкоди, які виникають у результаті роботи названих джерел, мають широкий спектр частот (віл десятка кГц до гГц). Низько­частотні паразитні сигнали (частотою до 1.-.5 мГц) розповсюджу­ються провідниками. Їхня енергія досить велика і може зумовити вихід з ладу обладнання.

Якщо чутливий до перешкод пристрій (наприклад, будь-який електронний пристрій) дістає живлення від мережі, спільної для інших споживачів, то породжувані потужним обладнанням переш­коди передаються до такого пристрою через кабель (провідники) живлення.

Є також інший тип зв'язку — через провідність кіл мас та зазем­лення. Так, спільна нульова шина електронних плат підмикаєпся до маси установки, а потім заземлювальним провідником із повним опором Z — до контуру заземлення.

Отже, існує різниця потенціалів між нульовою шиною та заземленням. Вона мас місце і між різними точками заземлення та спри­чинює появу паразитних струмів у різних колах.

Високочастотні сигнали перешкод розповсюджуються випромінюванням: їхня енергія невисока, тому вони можуть лише спричи­нити порушення в роботі обладнання.

Розповсюдження електромагнітних перешкод зображено на рис. 6.19. На схемі позначено: ПЧ ­­­- перетворювач частоти; М — електричний двигун; Z — еквівалентні опори шляхів розповсюд­ження перешкод, що зображені кривими та хвилястою лініями.

Отже, електромагнітні перешкоди, що розповсюджуються елек­тричними провідниками можуть передаватися:

- внутрішніми провідниками живлення або електропостачальною мережею;

- кабелями керування;

- інформаційною мережею;

- кабелями, провідниками заземлення (РЕ, PEN)

- контуром заземлення;

- паразитними ємностями.

За наявності двопровідного зв¹язку можуть існувати перешкоди двох типів: диференціальні і синхронні. У першому випадку струм протікає в протилежних напрямах провідниками (рис. 6.20, а), у другому — він має один напрям в усіх провідниках (рнс. 6.20, б).

Слід зауважити, що при синхронній перешкоді заземлення при­строю (наприклад, металевий корпус) діє як опорний потенціал для корисних сигналів і як базовий потенціал для струмів перешкоди. Цей струм, протікаючи кабелем, потрапляє в ізольований прилад і знову виходить через інші кабелі Коли заземлення виконане не­якісно, кабель, через який протікає струм перешкоди, впливає на інші кабелі.

Перешкоди, зумовлені наявністю спільного зв'язку (корпус, спільна нульова шина, заземлення), є основною проблемою елект­ромагнітної сумісності, оскільки дуже важко ідентифікувати шлях, за яким вони розповсюджуються.

Для високочастотних перешкод, що розповсюджуються випромінюванням, є два принципові способи зв'язку: індуктивний і ємнісний.

Силові струми, протікаючи кабелем, створюють навколо нього електромагнітне поле. Якщо в цьому полі перебуває, скажімо, ка­бель керування, що формує петлю певної площі, то завдяки навіть невеликому індуктивному зв'язку в цьому кабелі наводиться змінна електрорушійна сила.

Ємнісний зв'язок між електричним (кабель, електричний еле­мент) та іншим колом, розмішеним поряд,, існує завжди. Змінна різниця потенціалів між цими колами породжує ємнісний струм, що протікає: через ізолюючий простір від одного кола до іншого. Чим вища частота напруги між обкладинками паразитного конденсатора, тим більший струм.

Якщо на частоті 50 Гц ємнісний зв'язок відсутній, то на високих частотах він суттєвий і є одним із чинників порушень нормальної роботи установки.