Основные понятия и положения.
На объектах энергосистемы аппаратура работает в условиях воздействия электромагнитных помех различного характера. Устройства на панелях управления и защиты обычно удалены от аппаратов, с которых они получают сигналы, поэтому на полезный информационный сигнал может налагаться нежелательных сигнал помехи. Для уменьшения искажения информации входные сигналы необходимо подвергать фильтрации.
Электрические фильтры предназначены для пропускания полезного сигнала и подавления помех в цепях питания и связи. Помехоподавляющий фильтр устанавливается непосредственно у источника помех для уменьшения излучения, а помехозащитный фильтр – перед приемником для подавления входящих помех. Фильтры ослабляют распространение помех вдоль проводящих линий. Их беспроблемное применение предполагает, что спектр частот полезного сигнала отдален от спектра частот помех на половину ширины полосы пропускания или более. При подходящем выборе граничных частот и крутизны передаточной функции фильтра можно достигнуть селективного затухания помех без заметного ущерба для полезного сигнала. Качество фильтра оценивают, прежде всего, по амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) или ее основным элементам: частоте и крутизне среза, коэффициенту пропускания в полосе прозрачности.
По виду АЧХ различают следующие виды фильтров: полосовые (ПФ), режекторные (РФ), фильтры нижних (ФНЧ) и верхних (ФВЧ) частот (рис. 1). Фильтры подразделяются на две группы – по типу составляющих их элементов: пассивные и активные. Пассивные фильтры строятся на основе пассивных элементов – резисторов, конденсаторов и дросселей (катушек индуктивности). В активных фильтрах наряду с упомянутыми элементами используются также полупроводниковые элементы, которые требуют дополнительного питания. Активные фильтры, в свою очередь, делятся на аналоговые и цифровые. Достоинством активных фильтров по сравнению с пассивными является большая крутизна среза и больший коэффициент пропускания в полосе прозрачности, высокое входное и низкое выходное сопротивления. Достоинством пассивных фильтров является их простота, отсутствие необходимости в источнике питания.
|
|
|
Фильтр представляет собой четырехполюсник, предназначенный для выделения из сложного спектра частот источника сигналов определенного частотного диапазона. Граничная частота, разделяющая области пропускания и задерживания, называется обычно частотой среза.
Рис. 1. АЧХ фильтров:
а) ФВЧ б) ФНЧ в) ПФ г) РФ
Пассивные фильтрующие компоненты образуют совместно с полными сопротивлениями источников и приемников (нагрузки) делитель напряжения, частотно-зависимый коэффициент деления которого, выражаемый как логарифм отношения напряжения на нагрузке без фильтра (U1) и с фильтром (U2), дает значение коэффициента затухания фильтра (aф):
|
|
|
aФ = 20*lg(U1/U2), дБ (1)
В противоположность коэффициенту затухания используется также коэффициент пропускания, который определяется как отношение напряжения на выходе фильтра U2 к напряжению без фильтра U1:
a' = U2/U1 (2)
Частота среза fср определяется при отклонении АЧХ на 3 дБ от максимального значения коэффициента пропускания фильтра. Крутизну среза определяют в децибелах (дБ) при двойном изменении частоты, которое называют октавой.
Рис. 2. Определение частоты среза ФНЧ 1-го порядка.
Для полосовых фильтров задают верхнюю и нижнюю частоты среза, для режекторных – центральную частоту.
Порядком фильтра называют количество примененных в нем пассивных реактивных элементов. Чем выше порядок фильтра, тебя лучше его свойства. В случае фильтра первого порядка крутизна среза составляет −6 децибел на октаву (-20 децибел на декаду), для фильтра второго порядка на −12 дБ на октаву, для фильтра третьего порядка - на −18 дБ и так далее. При включении фильтров одного типа последовательно образуется каскад с затуханием, равным суммарному каждого из фильтров. Например, каскад из двух фильтров первого порядка дает затухание -12 дБ на октаву.
|
|
|
Выбор параметров пассивных фильтров зависит от сопротивления источника помех (генератора) и сети (нагрузки), от необходимого диапазона частот пропускания. Применение в качестве фильтра только одной емкости или индуктивности имеет смысл лишь в некоторых случаях. Блокировка сети электропитания емкостью эффективна тогда, когда внутреннее сопротивление источника помех и сети велико. Защита с помощью индуктивности может иметь место в противном случае, когда внутреннее сопротивление источника помех и сети мало (случай сетевого фильтра). Г-образный фильтр с емкостным входом применяется, когда внутреннее сопротивление источника помех велико, а сопротивление сети мало. Г-образный фильтр с индуктивным входом целесообразно использовать в обратных ситуациях. Наибольшее распространение для фильтрации цепей получили П-образные индуктивно-емкостные фильтры, поскольку они при прочих практически равных показателях оказываются менее сложными по конструкции и обеспечивают достаточно высокое затухание помех.
|
|
|
По характеру возникновения помехи подразделяют на противофазные (или симметричные, дифференциальные) и синфазные (несимметричные). Первые образуются как паразитное напряжение между двумя проводами. Ток противофазной помехи в каждом проводе имеет противоположное направление. Напряжение синфазной помехи возникает как разность потенциалов между каждым проводом и землей. Ток синфазной помехи имеет одинаковое направление в каждом из проводов.
В симметричных электрических цепях (незаземленные цепи и цепи с заземленной средней точкой) противофазная помеха проявляется в виде симметричных напряжений (на нагрузке) и называется симметричной, в иностранной литературе она именуется помехой дифференциального типа (differential mode interference). Синфазная помеха в симметричной цепи называется асимметричной или помехой общего типа (common mode interference). Симметричные помехи в линии обычно преобладают на частотах до нескольких сотен килогерц. На частотах же выше 1 МГц преобладают асимметричные помехи. Помехи, возникающие в несимметричных цепях, называются несимметричными. Для противофазной помехи несимметричной является цепь с разделенной (симметричной относительно земли) нагрузкой. Для силовых цепей более характерна несимметричная нагрузка, но, например, сами источники высокочастотных помех (силовые преобразователи и т. п.) могут генерировать асимметричные (синфазные) помехи. С другой стороны, синфазные помехи при определенных условиях преобразуются в противофазные.
Самый простой синфазный дроссель состоит из двух катушек, намотанных на один сердечник, связанных общим магнитным полем. Когда через катушки протекают дифференциальные токи, магнитные поля, индуцированные этими токами, взаимно уничтожают друг друга. Следовательно, входной импеданс этих катушек равен нулю (если пренебречь их омическим сопротивлением) и теоретически они не влияют на дифференциальные сигналы. Но в случае появления синфазных токов магнитные потоки обоих катушек складываются, и входной импеданс увеличивается, что приводит к подавлению синфазных токов и значительному снижению помех (рис. 3).
Рис. 3. Принцип работы синфазного дросселя.
Существуют также гибридные дроссели, содержащие как две магнитосвязанные обмотки для фильтрации синфазных помех, так и две независимые индуктивности для фильтрации симметричных помех (рис. 4).
Рис. 4 Схема сетевого фильтра с использованием гибридного дросселя.
Конструкции фильтров различаются в зависимости от типа помех. Так, для компенсации симметричной помехи, возникающей между фазными проводами питающей сети, используют так называемый du/dt-фильтр НЧ, содержащий помехоподавляющие X-конденсаторы. X-конденсаторами называют такие конденсаторы, которые шунтируют провода линии между собой на высокой частоте. Иногда параллельно Х-конденсатору устанавливают высокоомный резистор, предназначенный для его разряда после отключения фильтра. Для снижения синфазных помех в фильтр вводят Y-конденсаторы, включаемые между сигнальным проводником и землей. Еще одно различие между Х и У конденсаторами заключается в том, что при повреждении (пробое) Y-конденсатора появляется риск поражения человека электрическим током, поскольку при пробое конденсатора между фазным проводником и корпусом прибора последний может оказаться под напряжением. При пробое Х-конденсатора такого не произойдет, поэтому требования к надежности и выдерживаемым перенапряжениям у Y-конденсаторов более высокие (они могут выдерживать импульс напряжения до 8 кВ).
ГОСТ 13661-92 «Совместимость технических средств электромагнитная. Пассивные помехоподавляющие фильтры и элементы. Методы измерения вносимого затухания» предписывает вносимое затухание фильтров измерять методом отношения напряжений или методом замещения. В работе используется метод отношения напряжений - для этого определяется отношение напряжений на выходе схемы измерения без фильтра и с фильтром.
Перед вводом опорных точек всех частей будущей модели необходимо убедиться, что программа находится в нужном режиме - должна быть утоплена кнопка Operate on Nodes (Работа с опорными точками), на которой черной линией изображен маленький квадрат с просветом . Если установлен этот режим, то в меню Operation (Операции) против строки Node (Опорная точка) должна стоять галочка. Если галочка стоит против другой строки, то надо щелкнуть строку Node – тогда выделится кнопка Operate on Nodes и галочка переместится на строку Node. To же самое можно получить, если щелкнуть кнопку Operate on Nodes.
После ввода всех опорных точек необходимо соединить их отрезками прямых линий или дугами окружности. Для ввода прямых надо из режима ввода узлов перейти в режим работы с прямыми, щелкнув кнопку Operate on Segments (Работа с прямыми) с изображением синей прямой линии с контурными квадратиками черного цвета на концах, или щелкнуть строку Segment (Отрезок) пункта Operation Главного меню. Каждая прямая линия вводится двумя последовательными щелчками ее концов (опорных точек, введенных ранее). После первого щелчка опорная точка выделяется (цвет ее окантовки с черного меняется на красный). После второго щелчка другого конца предполагаемой линии цвет красной окантовки квадратика изменяется на черный, и между точками возникает синяя прямая линия.
Замкнутые площадки необходимо обозначить как блоки. Для этого надо щелкнуть кнопку инструмента для работы с блоками. Она имеет пиктограмму в виде маленького квадрата с зеленым контуром и зеленой же окружностью вокруг него. После этого следует щелкнуть любую точку внутри любого блока, затем любую точку внутри другого и т.д. В месте каждого из этих щелчков на модели возникает маленький квадратик с контурами зеленого цвета и надпись <None> рядом с ним. Все замкнутые площадки модели должны быть помечены такими значками. Метки блока можно ввести также, если при нажатой кнопке работы с блоками нажать и отпустить клавишу [Tab] - возникнет уже описанный диалог Enter Point, в котором координаты метки блока надо ввести в явном виде.
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 285; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!