WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ТЕХНОЛОГИИ РФ МОСКОВСКИЙ КОМИТЕТ ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ ДВОРЕЦ ДЕТСКОГО (ЮНОШЕСКОГО) ТВОРЧЕСТВА МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ “ИНФОРМИКА” ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ (ГОУ) «ТЕХНОПАРК ИННОВАЦИЙ В НАУКЕ И ОБРАЗОВАНИИ» Факультет повышения квалификации Московского межвузовского центра НИТ В.Л. Лотоцкий ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ УСТРОЙСТВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ (в информационной системе МИРЭА-МГДД(Ю)Т) учебное пособие Москва 2002 2 УДК 681.3.06 ББК 32.88-421 Рецензенты: доц.. Б.А.Сазонов, доц. С.Н. Ковалев Главный редактор: Первый зам. директора МГДД(Ю)Т В.Е.Соболев Рук. эксп. техн. комплекса: В.И.Минаков Литературный редактор: Л.А.Карась Технологическое обеспечение: С.В.Свечников, А.А.Савочкин, А.М.Филинов, Д.В.Двоеглазов, В.Т.Матчин Выпускающий редактор: С.В. Свечников Корректор и макетирование: Д.А. Блинников Лотоцкий В.Л. Электромагнитная совместимость устройств систем управления (в информационной системе МИРЭА-МГДД(Ю)Т). Учебное пособие.

МГДД(Ю)Т, МИРЭА, ГНИИ ИТТ «Информика», М., 2002. с.61.

Необходимость решения сложной задачи сосуществования различных действующих радиотехнических, электронных и электротехнических средств становится все актуальнее из-за неуклонного усложнения систем и комплексов, применяемых в народном хозяйстве страны. В связи с указанными обстоятельствами возникло новое актуальное научно-техническое направление – обеспечение электромагнитной совместимости средств, составляющих сложную систему. Значение данной проблемы неуклонно возрастает в связи с развитием новых технологий, приведших к широкому распространению полупроводниковых, микроэлектронных и микропроцессорных систем автоматического управления во всех сферах человеческой деятельности.

Предлагаемое учебное пособие посвящено рассмотрению широкого круга вопросов, связанных с воздействием на устройства автоматики и радиоэлектроники электромагнитных помех различного происхождения. Систематизированы и проанализированы виды и источники электромагнитных помех, пути их проникновения в устройства автоматики, способы и средства ослабления и подавления помех. Анализируются схемные решения, конструктивные мероприятия и методы ослабления влияния помех, обеспечивающие повышенную надежность системы управления.

Особенностью учебного пособия является то, что его электронная версия в виде многомодульной композиции размещена в ИС МИРЭА-МГДД(Ю)Т по специальности 071900 «Информационные системы в образовании».

Библиограф.:7 назв.

ISBN 5-8094-0018-3 ББК 3288-Лицензия на издательскую деятельность: ЛР №040686 от 27 мая Адрес в МГДД(Ю)Т: email – cnit@mgdtd.ru 119991, Москва, ул. Косыгина, д.17, комн. 4-21, 4-31.

Адрес в МИРЭА: email – cnit@mirea.ru 117454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78.

МГДД(Ю)Т Заказ Тираж ВВЕДЕНИЕ. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Система автоматического управления (СУ) - это иерархически организованная и целенаправленно функционирующая совокупность радиоэлектронных, вычислительных, электромеханических и других информационно связанных и взаимодействующих устройств, обеспечивающих выполнение в полном объеме задач, связанных с обслуживанием определенных объектов (станки, поточные линии, роботизированные установки, транспортные средства и т.д.).

К устройствам, входящим в состав СУ, относятся измерительные и нормирующие преобразователи, усилительно-преобразующие устройства, вычислительные устройства, электромеханические преобразователи, источники электропитания и др. В состав СУ входят также контрольно-измерительные и индикаторные приборы, а также устройства защиты при аварийных и анормальных режимах. В зависимости от функциональной задачи, выполняемой СУ, последняя может иметь различное конструктивное исполнение. В одном случае устройства СУ составляют единое аппаратное целое (станки, автомобиль и др.) и размещаются в одном кожухе. В других случаях (управляемые на расстоянии объекты) СУ разбиваются на блоки, соединяемые линией связи. Иногда информационное воздействие может произойти при помощи излучения (электромагнитного, светового, теплового и др.), т.е. беспроводным способом.

При проектировании СУ одновременно разрабатывается для неё нормативнотехническая документация (паспорт, инструкция по эксплуатации с указанием характерных неисправностей), определяющая те предельные состояния, при достижении которых дальнейшая эксплуатация СУ должна быть прекращена во избежание выхода из строя. К числу таких состояний относятся:

1) неустранимое нарушение требований безопасности (перегрев, утечка изоляции);

2) неустранимый уход заданных в паспорте параметров за установленные пределы;

3) неустранимое снижение эффективности эксплуатации ниже эффективной (анормальные режимы);

4) необходимость проведения среднего или капитального ремонта и т.д.

На этапе проектирования СУ установление предельных состояний эксплуатации следует рассматривать как ограничения, налагаемые на принимаемые технические решения. Среди них ограничения производственного характера:

1. Ограничения, обусловленные схемотехническими возможностями (разработанность проблемы, элементная база, уровень унификации).

2. Ограничения, обусловленные технологическими возможностями производства (обработка исходных материалов, сборочные операции).

3. Ограничения по срокам и стоимости (вид производства, единичное, мелкосерийное, серийное).



На выбор принимаемых конструктивных решений оказывают влияние следующие эксплуатационные факторы:

1. Требования по электрической и конструктивной совместимости с другими устройствами системы и с другими системами создают возможность совместимой работы различных устройств и систем. Здесь совместимость обеспечения разработкой ряда стандартов на характеристики информационных сигналов (при помощи нормирующих преобразователей), источников питания с унифицированными параметрами, конструктивных решений и установочно-присоединительных размеров.

2. Эргономические и технико-эстетические требования - требования совместимости системы с оператором, чтобы обеспечить максимальную производительность оператора, создав ему комфортные условия как в смысле физических, так и психологических нагрузок.

3. Требования по ремонтопригодности обеспечивают снижение расходов на эксплуатацию. Здесь необходимо обеспечить возможность ремонта и замены любых элементов, которые могут отказать в процессе эксплуатации.

4. Требования по совместимости с внешней средой должны обеспечивать работу изделий в условиях климатических, механических и электромагнитных воздействий окружающей среды и отсутствие заметного влияния на внешнюю среду.

Только полный тщательный учет всех мешающих факторов и особенностей работы устройств СУ позволит проектировать надежные и эффективные средства автоматики. В этом заключается смысл проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС).

1. ЗАДАЧИ ЭМС. ХАРАКТЕРИСТИКА ПОМЕХ СУ Обеспечение совместимой работы различных устройств в СУ составляет предмет ЭМС как самостоятельное научно-техническое направление. Стремление уменьшить общие габариты современной аппаратуры приводит к необходимости уплотнять компоновку как самих приборов, так и элементов, располагающихся внутри приборов. В то же время усложнение задач (функциональной насыщенности аппаратуры) требует значительного увеличения концентрации мощности в ограниченном объеме. Обеспечение в этих условиях совместной работы различных устройств составляет в настоящее время важнейшую научно-техническую проблему.

Основными задачами этой проблемы являются:

1. Выявление источников и причин возникновения электромагнитных помех (ЭМП).

2. Определение восприимчивости аппаратуры к ЭМП.

3. Разработка эффективных мер защиты аппаратуры от ЭМП.

4. Разработка методов прогнозирования ЭМС.

5. Учет тепловых и других воздействий в аппаратуре.

ЭМС можно определить как свойство аппаратуры функционировать в заданной электромагнитной (или другого вида) обстановке. При этом подразумевают, что само рассматриваемое устройство не должно неблагоприятно воздействовать на работу другого устройства и в то же время противостоять его воздействию.

Электромагнитные помехи - электрические, магнитные, электромагнитные процессы, создаваемые любым источником в пространстве и в проводящей среде. Которые могут привести к искажению полезного сигнала. По признаку своего происхождения ЭМП подразделяются на внешние (межсистемные) и внутренние (внутрисистемные).

Внешние помехи создаются другой системой, имеющей то же или иное функциональное назначение. В качестве внешней системы выступает окружающая среда со всем комплексом происходящих в ней явлений. К внешним помехам относятся атмосферные, космические и промышленные.

Атмосферные и космические помехи являются следствием естественных процессов, происходящих в природе: грозовых разрядов, солнечной радиации, космических излучений, магнитных бурь и т.п. Наиболее существенные помехи могут возникать при грозовых разрядах, т.к. молния создает очень сильное электромагнитное поле, приводящее к значительному изменению напряжения в линиях электропередачи при нарушении их изоляции.

Для широкого класса систем особенно опасны промышленные помехи, которые создаются аппаратурой дуговой и контактной сварки, силовой пускорегулирующей аппаратурой, электрооборудованием, электромеханическими установками, медицинской аппаратурой, кабельными трассами и т.п.

Из внешних причин чаще всего встречается недопустимое изменение или кратковременное пропадание входного переменного напряжения системы электропитания.

Это связано с неустойчивой работой первичной сети или же с нарушением правил эксплуатации электроустановок со стороны потребителей работающих в нестационарных режимах и питающихся с СУ от общей трансформаторной подстанции.

К внешним относятся также помехи, образующиеся в результате электростатических разрядов между обслуживающим персоналом (операторы, техники) и корпусом аппаратуры. Электростатический разряд высокого напряжения возникает в сухой среде при синтетических покрытиях полов и искусственных материалах одежды обслуживающего персонала.

Под внутренними помехами следует понимать такие, которые создаются устройствами самой системы (внутрисистемные помехи). Особенно опасны в этом отношении электромеханические исполнительные устройства (электродвигатели, реле, контакторы и т.д.) и автономные источники питания. У последних возникновение помех связано с тем, что эти устройства включают в себя элементы, узлы и цепи нелинейного преобразования сигналов с широким спектром частот, значительного изменения импульсных напряжения и тока. Компактное конструктивное выполнение аппаратуры (микроминиатюризация) приводит к сближению электротехнических элементов (дросселей, трансформаторов) источника вторичного электропитания к электронным устройствам.

При этом по шинопроводам протекают огромные токи, достигающие несколько килоампер при напряжениях на БИС и СБИС порядка 3-5 В. Это создает сильное магнитное действие на близкорасположенный кристалл.





К другим видам внутренних помех относятся помехи, не предусмотренные электрической схемой аппаратуры: шум и наводки. Шумы - это электрические сигналы (помехи), возникающие в электронных приборах, резисторах и конденсаторах, а также кристаллах, независимо от наличия сигналов и внешних связей. Шумы в основном обусловлены тепловыми флуктуациями носителей зарядов и имеют случайный характер.

Шумовые параметры приводятся в технических условиях на элементы.

Наводки - это помехи, возникающие в одиночных (независимых) линиях связи вследствие волновых процессов и в зависимых линиях связи, обладающих емкостной и индуктивной паразитными связями.

Достаточно часто в радиоэлектронных устройствах возникают паразитные связи по устройствам заземления, а также в силу неэквипотенциальности корпусных конструкций.

В радиоэлектронных устройствах могут иметь место помехи, проникающие из силовой сети. Для средств цифровой техники особую опасность представляют импульсные помехи, возникающие при различных коммутациях, аварийных режимах, скачках и провалах питающего напряжения и т.п. Указанные помехи являются внешними, если они возникают в первичной питающей сети, и внутренними, если источник их возникновения с вязан с работой устройства вторичного электропитания.

Проникновение помех в систему от источника помех может происходить двумя путями: излучением (т.е. без непосредственного контакта источника и приемника помех) и кондуктивным путем, т.е. когда помеха от источника к приемнику проникает через проводящую среду: кожухи, шасси, экраны, оплетки, устройства заземления, силовые или сигнальные кабели и др. Сюда же можно отнести помехи, проникающие через диэлектрики (естественные и искусственные конденсаторы).

Шумы и наводки возникают в самих устройствах СУ вследствие неидеальности элементов и линий связи между ними. Здесь устройство является одновременно источником и приемником помех.

2. МЕТОДЫ РЕШЕНИЕ ЭМС УСТРОЙСТВ СУ Проблема ЭМС чаще всего решается конструкторскими методами и реже схемотехническими.

К конструкторским методам относятся:

1) рациональная компоновка блоков и узлов;

2) выбор конструктивных материалов, не реагирующих или слабо реагирующих на электромагнитные поля;

3) экранирование, при помощи которого ослабляется электромагнитное поле;

4) заземление;

5) решение задачи отвода тепла от нагревающих элементов;

6) термостатирование термочувствительных элементов;

7) амортизация - защита от воздействий вибрации;

8) защита от ионизирующих радиационных излучений.

Для обеспечения ЭМС при конструировании СУ следует определить наличие помехонесущего поля, его вид, напряженность и направление, оценить чувствительность блоков и узлов к воздействию этого поля, а затем разработать компоновку аппаратуры таким образом, чтобы устранить или ослабить влияние этого поля.

Если ЭМС рациональной компоновкой не обеспечивается, то следует применять ЭКРАНИРОВАНИЕ узлов и блоков СУ (приемники помех), чувствительных к этим полям, или ЭКРАНИРОВАНИЕ источников поля (источников помех).

К схемотехническим методам относятся:

1) фильтрация;

2) стабилизация;

3) заземление;

4) рациональный монтаж.

Выбор метода борьбы с помехами должен осуществляться путем техникоэкономического анализа.

Из конструкторских методов наиболее предпочтительна рациональная компоновка блоков и узлов, т.е. их оптимальное размещение и ориентация в пространстве.

При неэффективности этого метода применяется ослабление электромагнитных помех посредством экранирования.

В случае помех, проникающих кондуктивным путем, и наводок применяются схемотехнические методы.

3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОМЕХОНЕСУЩИЕ ПОЛЯ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА 3.1. Электростатическое поле Оно создается наличием электрических зарядов, неподвижных в пространстве и неизменных во времени, и характеризуется напряженностью поля Е и потенциалом, которые связаны соотношениями:

Е =-grad или Edl = -d Источниками электростатического поля являются элементы (металлические компоненты конструкции) и провода, находящиеся под напряжением.

Электростатическое поле наводит потенциалы на поверхностях приемника помехи, т.е. вызывают появление собственного электростатического поля приемника.

3.2. Магнитостатическое поле Оно создается при протекании постоянного тока по неподвижному проводнику или постоянным магнитом и характеризуется напряженностью H и индукцией B, связанных между собой соотношением:

B = aH где a - абсолютная магнитная проницаемость среды.

Все провода, элементы конструкции, металлизированные покрытия, по которым протекает постоянный ток, являются источниками магнитостатического поля. Магнитостатическое поле создает намагниченность ферромагнитных деталей приемника, т.е.

вызывает появление собственного магнитостатического поля.

3.3. Электромагнитное поле.

Оно создается:

1) при протекании переменного тока по неподвижному проводнику;

2) при протекании постоянного тока по движущемуся в пространстве проводнику;

3) при наличии комбинации указанных выше процессов.

Электромагнитное поле характеризуется соотношением величин векторов E и H, их взаимной ориентацией в пространстве и скоростью их изменения во времени.

Распространение электромагнитной энергии излучения в каждый момент времени определяется величиной и знаком векторного произведение:

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.