Анализ уровня непериодических импульсных помех

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

По дисциплине: «Теоретические основы электромагнитной совместимости»

Тема: Анализ уровня непериодических импульсных помех



1. Задание к расчету параметров импульса помех

Таблица№1

Вариант №10
Um (В)	ф (мс)	фk (мс)	б (дБ)
10	20	20	80

Импульс имеет трапециевидную форму (Рис.№1.1) параметры которого заданы в таблице №1.

Рисунок 1.1 Трапециевидный импульс

Для быстрой практической реализации преобразования Фурье используют ЭМС - номограмму. Она позволяет построить огибающую плотности распределения амплитуд, синтезировать импульс, эквивалентный помехе, учесть частотно зависимые свойства пути и канала передачи помех, а также средств защиты от помех (фильтров, экранов). Для трапециевидного импульса, который описывает большинство импульсных помех, плотность распределения амплитуд определяется выражением:

(1.1)



Подставив параметры импульса в выражение (1.1), имеем:

,

График данной функции изображен на рисунке 1.2. ЭМС - номограмма базируется на аппроксимации огибающей плотности распределения амплитудной плотности тремя отрезками прямой. Для низкочастотного диапазона f fH (fH=) огибающая параллельна оси абсцисс, так как синус приблизительно равен своему аргументу:

Плотность распределения амплитуд гармоник (в дБ) зависит исключительно от площади импульса:

,

где

Рисунок 1.2 Плотность распределения амплитуд



Для среднечастотного диапазона

,

Так как ф и фк равны, отрезок в диапазоне 1/рф<f<1/(рф_k ) вырождается в точку U(f)=112 дБ.

В высокочастотном диапазоне

,

Построив ЭМС - номограмму с заданными параметрами имеем рисунок 1.3 совместно с Изобразим ЭМС - номограмму данного импульса, прошедшую через фильтр с коэффициентом ослабления a=80дБ. На рисунке 1.4 линия a - исходный сигнал, b - после прохождения через фильтр.

Рисунок 1.3 Линейная аппроксимации плотности распределения амплитуд



Рисунок 1.4 Плотности распределения амплитуд, прошедших через фильтр

Найдем параметры импульса. Длительность импульса определим из выражения:

,

Время нарастания импульса:

,

Для перехода из частотной во временную область необходимо найти площадь импульса:

,

Плотность распределения амплитуд импульса:



,

Крутизна фронта нарастания импульса:

,

Построим импульс в системе координат U,t, так как ф и фk равны график имеет треугольную форму (рис.1.5):

Рисунок 1.5 График импульса

2. Задание к расчету экранирующего действия методом полных сопротивлений

Таблица№1

Вариант №10
у*106 (См/м)	µ	d (мм)	f (МГц)	Нвш (А/м)	Евш (В/м)	№ Вопроса
0,026	1	1,5	0,01	-	200	10

Относительная проводимость материала экрана и глубина проникновения в него электромагнитной волны

Длина волны и величина ближней зоны

Волновое сопротивление экрана

Волновое сопротивление вакуума

Волновое сопротивление ближней зоне

Волновое сопротивление дальней зоне



Коэффициент затухания вследствие отражения дальняя зона

Коэффициент затухания вследствие отражения электрическое поле ближняя зона. импульс электромагнитный поле фильтр

Коэффициент затухания вследствие отражения магнитное поле ближняя зона

Коэфициент затухания вследствие поглощения в стенке экрана

Корректирующий коэффициент



,

Общий коэфициент затухания экрана дальняя зона

Ближняя зона

,

,

Напряженность магнитного поля в пространстве источника помех в ближней и дальней зонах

Напряженность магнитного и электрического полей внутри экрана дальняя зона



Напряженность магнитного и электрического полей внутри экрана ближняя зона

Вопрос №10 Экранирование в переменном электромагнитном поле.

Явление затухания электромагнитной волны в поверхностном слое металла используют для экранировки в переменном электромагнитном поле.

Электромагнитные экраны представляют собой полые цилиндрические, сферические или прямоугольные оболочки, внутрь которых помещают экранируемое устройство (например, катушку индуктивности, измерительный прибор и т. п.).

Экран выполняет две функции: 1) защищает устройство, заключенное в экран, от влияния внешнего по отношению к экрану электромагнитного поля; 2) защищает внешнее по отношению к экрану пространство от электромагнитного поля, создаваемого устройством заключенным в экране.

Поскольку на расстоянии, равном длине волны, электромагнитная волна в металле почти полностью затухает, то для хорошей экранировки толщина стенки экрана должна быть примерно равна длине волны в металле. Практически приходится учитывать и другие факторы (механическую прочность экрана, его стоимость и т. д.).



3. Задание к расчету и анализу параметров пассивного фильтра

Вариант №10
Тип фильтра	Порядок/ Структура	ZQ (ОМ)	ZS (ОМ)	L1 (мГн)	С1 (нФ)	L2 (мГн)	С2 (нФ)	Изменение номиналов
ФНЧ	2/Г	750	750	84,4	150,1	-	-	0,25*L1

В электрических системах фильтры применяются, прежде всего для того, чтобы уменьшить амплитуду токов или напряжений одной или нескольких фиксированных частот. Когда же 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. Что касается статических преобразователей, то обычно в них приняты меры к ограничению проникновения гармоник тока в систему с помощью создания короткозамкнутого пути с малым сопротивлением для гармонических частот. Подобный принцип применяется при создании высокочастотных каналов связи между подстанциями по проводам линий электропередач. Где полезный сигнал высокой частоты снимается через фильтр присоединения, который представляет собой высоковольтный конденсатор. А с целью не прохождения его дальше к оборудованию, гасится высокочастотным заградителем, который представляет собою высоковольтный трансреактор (индуктивность).

Для анализа и выполнения расчетов удобно представление фильтра в виде четырехполюсника F ( см. рисунок 2.1):



Рисунок2.1 Фильтр как пассивный четырёхполюсник.

Помехоподавляющие фильтры представляют собой элементы для обеспечения затухания поступающей по проводам помехи. Введение зависящего от частоты продольного полного сопротивления (рис.2.2), в форме щL, представляющего для низкочастотного тока - очень малое, а для высокочастотного тока - очень большое сопротивление, обеспечивает ослабление помехи, и составляющая, напряжения помехи снижается. Общее правило при составлении схемы фильтра: в фильтре низких частот ФНЧ индуктивности включены последовательно с сигналом, емкости - на землю, в фильтре высоких частот ФВЧ - наоборот. Согласно заданию, схема пассивного фильтра представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 Принципиальна схема

Коэффициент затухания в фильтре любой структуры можно выразить как



где: A11, A12, A21 , A22 - параметры четырехполюсника;

ZQ, Zs - полное сопротивление источника и приемника.

Для данной структуры фильтра параметры четырехполюсника на ходим по формулам:

(2.2)

(2.3)

(2.4)

(2.5)

где: - полное сопротивление катушки индуктивности;

- полное сопротивление емкости С1;

- циклическая часто, параметр зависящий от f - частоты переменного тока. Подставив наши параметры в формулы (2.2) - (2.5) при f = 10 Гц, имеем:

,

5,303i (Ом)

(Ом)

Полученные результаты подставив в выражение (2.1) найдем коэффициент затухания фильтра при частоте сигнала f=10 Гц:



дБ,

Реактивное сопротивление катушки индуктивности L1 и емкости C1 зависит от частоты сигнала f и имеет различные величины на других частотах. Рассчитаем коэффициента затухания фильтра при f=100, 200, 500, 1000, 2000, 5000, 10 000, 20 000, 50 000, 100 000 Гц.

дБ

дБ

дБ

дБ

дБ - частота среза.

дБ

дБ

дБ

дБ

дБ

По полученным результатам построим амплитудно-частотную характеристику фильтра( (Рис. 2.3).

В случае изменении номинала индуктивности до 0.23L, аналогично рассчитав коэффициент затухания имеем:

дБ

дБ

дБ

дБ

дБ

дБ

дБ

дБ

дБ

дБ

дБ

Рисунок 2.3 амплитудно-частотная характеристика фильтра

Исходя из определения частоты среза, что уровень сигнала снижается в 2 раза (aе=-3дБ). Тогда для данного фильтра частота среза равна f=2кГц. Крутизна спада АЧХ фильтра порядка -40 дБ/декаду что соответствует фильтру второго порядка. Ослабление сигнала в 100 раз (ае=-20дБ ) при f=6.3кГц, а в 1000 раз (ае=-30дБ ) при f=11.3кГц.

По полученным результатам построим амплитудно-частотную характеристику фильтра( (Рис. 2.4).



Рисунок 2.3 амплитудно-частотная характеристика фильтра

Вывод: в результате расчета были определены параметры фильтра низкой частоты, при заданных величинах его элементов. Его полоса пропускания лежит в пределах от 0 Гц до 2кГц. Данный фильтр второго порядка, и его частота среза равна 2 кГц. Что означает что сигнал с данной частотой снижается в 2 раза, а при частоте 6,3кГ и выше уровень сигнала снижается в 100 и более раз. При снижении величины индуктивности до 0,25 исходной, параметры фильтра ухудшаются, что приводит к смещению частоты среза до 2,7 кГц.

Размещено на Allbest.ru