Деякі згадки про перехідні процеси були зроблені раніше, а в цій главі розглянемо їх більш детально Термін служби систем силової електроніки у великій мірі визначається їх здатністю протистояти кидкам напруги при перехідних процесах, що виникають як усередині, так і зовні систем

Перешкоди в лініях електропередачі

Грозові розряди і комутаційні перехідні процеси поширюються в лініях електропередачі і в кінченому рахунку досягають підстанцій Тут за допомогою розрядників кидки напруги обмежуються до рівня, який обладнання підстанцій може витримати без пошкоджень Потім напруга надходить в розподільні мережі у формі диференціального напруги між провідниками мережі і у формі синфазного напруги між кількома провідниками і землею

Диференціальне напруга потрапляє на первинні обмотки трансформаторів у споживачів і передається в їх вторинні кола з відповідним коефіцієнтом трансформації Деяке зменшення його може відбуватися через вплив межвітковой ємності трансформаторів, але іноді ця ємність сприяє і його збільшення Кидки синфазного напруги передаються з первинної обмотки трансформатора у вторинну через межвиткового ємність і можуть бути ефективно придушені за допомогою електростатичного екрана (екран Фарадея), наявного між обмотками А за відсутності екрану їх амплітуда близька до амплітуди кидків на первинній обмотці Це може виявитися серйозною проблемою в системах середньої напруги, в яких кидки синфазного напруги у вторинному ланцюзі можуть досягати 10 і більше кіловольт

Найкращий захист від всіх типів кидків напруги, джерелом яких є лінія електропередачі, забезпечується використанням у вторинній ланцюга набору металооксидних варисторов Варистори, включені між проводами фаз, забезпечують захист від кидків диференціального напруги, а від синфазних кидків, якщо не використовується електростатичний екран між обмотками трансформатора, захищають варистори, включені між проводами фаз і землею Електростатичний екран являє собою порівняно недороге доповнення до трансформатора і для трансформаторів середньої напруги є гарною практикою включати ці екрани у відповідні специфікації Але навіть з таким екраном залишається потреба в варисторах для придушення кидків диференціального напруги, що включаються між проводами фаз Як зазначалося в гол 2, трансформатори сухого типу на діапазон середніх напруг повинні бути обладнані розрядниками, як мінімум, розподільного класу

Перешкоди, що виникають усередині обладнання

У більшості випадків керуючі електроди тиристорів і затвори біполярних транзисторів з ізольованими затворами (IGBT) харчуються тим чи іншим способом через трансформатори, на первинну обмотку яких надходить напруга управління, а вторинна зєднана відповідно з катодом тиристора або емітером IGBT, потенціал яких може бути істотно вище землі Через паразитную ємність між обмотками цих трансформаторів кидки напруги в силовому ланцюзі здатні проникати в ланцюзі управління Далі вони можуть протікати по провідниках друкованих плат і викликати як порушення в роботі, так і пошкодження компонентів системи управління Найкращим захистом в цьому випадку є використання електростатичних екранів між обмотками трансформаторів управління і як можна більш «пряме» зєднання виводу первинної обмотки із землею

При використанні багатошарових друкованих плат зазвичай виходить набагато більше земляньіс контурів, ніж це було в одне двошарових платах При розробці друкованих плат неправильно вводити земляний провідник з одного кінця плати і виводити з іншого Земляні та загальні провідники слід по можливості вводити і виводити з одного кінця друкованої плати Те ж саме відноситься і до силових висновків

При виключенні котушки управління контакторами і силовими реле створюють кидки напруги Використання ДС-ланцюгів сприяє зниженню впливу цих перешкод на інші елементи схеми, однак хорошою практикою є поділ низьковольтних ланцюгів управління від потужних комутованих ланцюгів шляхом розташування їх у різних джгутах і жолобах

Крім того, сигнальні ланцюга слід захищати за допомогою використання екранованих проводів Екрани повинні бути постійно зєднані, але заземлені тільки в одній загальній точці для всіх проводів Однак і в цьому випадку можливе наведення перешкод на сигнальний провід Справа в тому, що екранування захищає тільки від електричного поля, а від магнітного поля допомагає слабо На Рис 51 показаний механізм наведення перешкод в екранованих проводах при їх неправильному заземленні Вгорі зображено зєднання блоку А і блоку В через екранований сигнальний кабель, який проходить прямо, а загальні висновки блоків заземлені на деякій відстані від нього У результаті утворюється петля великої площі, змінне магнітне поле в якій може індукувати перешкоди в сигнальному проводі Якщо сигнальний провід прокласти вздовж дроти заземлення, цей ефект буде усунутий Допомагає також застосування в сигнальних колах скручених пар проводів

Рис 51 Неправильне (вгорі) і правильне (внизу) заземлення екрана сигнального

дроти

При перемиканні напівпровідникових приладів, зокрема IGBTтранзісторов, можуть виникати імпульси струму з дуже крутими фронтами, високі значення di / dt яких здатні проникати в інші ланцюга З цієї причини схеми управління затворами транзисторів і інші низьковольтні ланцюги слід розташовувати досить далеко від силових переключающих ланцюгів

При включенні тиристорів напруга на них падає практично до нуля за кілька мікросекунд і залишається таким весь час, поки тиристор включений При цьому на напрузі живлення утворюються «просічки» (notching), а повязані з ними перешкоди можуть потрапляти через загальні шини живлення в інші вузли обладнання Одним із шляхів зменшення цих перешкод є установка на силової лінії протизавадних RC-ланцюгів Використання цих фільтрів корисно також для обмеження максимального значення dv / dt, що потрапляє на тріаки через кидків напруги силової лінії На Рис 52 приведена найпростіша схема такого фільтра Символом L позначена індуктивність лінії електроживлення в кожній фазі Для перехідних процесів між фазними проводами еквівалентне значення опору Req дорівнює Req = 2R / 2>, а еквівалентне значення ємності одно Ceq = ЗС / 2 Для миттєвого кидка напруги між фазними проводами, рівного V, di / dt складе V/2L, а максимальне значення dv / dt, яке потрапить на електронне обладнання, буде дорівнює Req(Di / dt) Для отримання критичного затухання (на кордоні аперіодичне) Ceq = Req/ 8L При розрахунку елементів цих фільтрів необхідно також враховувати обмеження на швидкість наростання струму при включенні триаков

Рис 52 Найпростіший протизавадний фшьтр

Хоча більшість перешкод в мережах повязані з кидками напруги, його провали також можуть порушити роботу устаткування Якщо в ланцюзі управління котушкою великого контактора або електродвигуна через, наприклад, включення іншого обладнання відбудеться зниження напруги, то це загрожує розмиканням контактора або порушенням роботи двигуна Уникнути цього можна, використовуючи для живлення кіл управління трансформатори з надлишковою потужністю або з малою індуктивністю розсіювання

Електронні компоненти, застосовувані для обробки сигналів, зокрема, операційні підсилювачі, цифрові процесори і т д, мають обмеження на діапазон синфазних напруг на їх диференціальних входах Якщо очікується сигнал з високим вмістом шуму, то «правилом хорошого тону» є придушення шумових складових до того, як вони потраплять на вхід чутливої ​​схеми Однак це не завжди допомагає, особливо коли очікуваний рівень шуму невідомий У цьому випадку краще використовувати ^ С-фільтри, як це показано на Рис 53 Полюс цього фільтра повинен знаходитися на частоті, в 10 разів більшою, ніж максимальна робоча частота помножувача

Рис 53 Застосування фільтрів на вході помножувача

Електромагнітні перешкоди

Електромагнітні перешкоди (EMI) є подвійною проблемою Обладнання не повинно випромінювати перешкоди понад деякого обумовленого в специфікаціях рівня, а також не повинно бути піддано впливу зовнішніх перешкод, що не перевищують певного рівня Ці вимоги особливо важливі для обладнання військового призначення Зазначені вище рівні вказуються в специфікаціях окремо для радіоперешкод і кондуктивних перешкод Радіоперешкоди, як випромінюються назовні, так і що наводяться ззовні, зазвичай можуть бути придушені екрануванням критичних вузлів устаткування і правильним заземленням Для придушення кондуктивних перешкод використовуються Т-подібні фільтри, подібні до наведеного на Рис 54 Цей фільтр працює в обидві сторони, т e пригнічує перешкоди і з обладнання назовні, і з мережі в обладнання До проблеми кондуктивних перешкод ми ще повернемося в гол 14

Локальні перешкоди можуть створювати проблеми у вимірювальних ланцюгах Так, в ланцюгах вимірювання постійного (а іноді і змінного) струму звичайні-

Рис 54 Ланка Т-образного фільтру

але застосовуються комбінації з резистора-шунта і ізолюючого підсилювача (Необхідність використання підсилювача повязана з тим, що падіння напруги на шунт, як правило, становить 50 .. 100 мВ) Проблеми можуть виникнути через неправильне зєднання підсилювача з шунтом, особливо якщо поблизу проходять ланцюга з великими рівнями пульсацій струму На Рис 55 зображені два варіанти зєднання шунта з підсилювачем Зліва зєднувальні дроти утворюють петлю великої площі, в якій змінне магнітне поле здатне наводити значну електричну перешкоду Праворуч, де ці дроти скручені між собою, площа петлі і, отже, рівень наведень зведені до мінімуму

Рис 55 Неправильне (ліворуч) і правильне (праворуч) зєднання шунтасусілітелем

Але навіть зі скрученими проводами залишається можливість наведення перешкоди на петлю, що утворюється через товщину самого шунта Шунт повинен бути зроблений так, щоб сигнальні висновки розташовувалися симетрично щодо його центру і знаходилися на різних його сторонах На Рис 56 показана рекомендована конструкція шунта і спосіб приєднання до нього проводів до підсилювача

Навіть з усіма цими пересторогами і хитрощами не завжди вдається усунути наведення від ланцюгів змінного струму або з високим рівнем пульсацій струму Тоді нейтралізувати наводки допоможе котушка з декількох витків дроту без сердечника, включена послідовно з сигнальним виведенням шунта Місце розташування і пространствен-

Рис 56 Бажана конструкція Шупта і спосіб зєднання шунта

з підсилювачем

ную орієнтацію цієї котушки для отримання максимального ефекту підбирають експериментально

Слід дотримуватися деяких правил і при осцилографічних дослідженнях малих сигналів в умовах сильних перешкод Так, дріт заземлення осцилографа слід прокладати уздовж дроту його щупа для зменшення площі петлі і що наводяться перешкод

Джерело: Сукер К Силова електроніка Керівництво розробника – М: Видавничий дім «Додека-ХХI, 2008 – 252 c: Ил (Серія «Силова електроніка»)