Научная статья на тему 'ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ'

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
50
17
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДРОССЕЛЬ / МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ / ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ / НАПРЯЖЕННОСТЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ / МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ПЛАТА

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Попов Максим Георгиевич, Мельников Алексей Александрович, Маньков Пётр Николаевич, Даутов Азамат Айдарович

Исследование посвящено проблеме электромагнитной совместимости тороидальных дросселей с микропроцессорными элементами печатных плат. Научная новизна работы заключается в определении наиболее благоприятного варианта расположения дросселей через функцию минимизации. Проведён анализ целевых векторных функций и определён наиболее благоприятный вариант. Цель исследования - определить допустимое расположение дросселей, при котором создаваемые ими электромагнитные помехи для микропроцессорных элементов печатной платы будут минимальными. Объектом исследования данной работы является печатная плата микропроцессорного устройства для измерения сопротивления заземления опор высоковольтных линий электропередачи, в цепи питания которых используются тороидальные дроссели. Предметом исследования данной работы являются электрофизические свойства тороидальных дросселей, являющихся источниками электромагнитных помех для микропроцессорных элементов контрольно-измерительных приборов. Методика исследования заключается в проведении численных экспериментов по расчету электромагнитного поля с последующим анализом полученных векторных функций напряженности магнитного поля H на поверхности платы. Оценка влияния помех, создаваемых дросселями, проводится с использованием разработанной математической модели и численных методов расчета электромагнитного поля. Для автоматизации вычислений авторами был разработан программный алгоритм, реализованный с использованием языка программирования Delphi. Выбор взаимного расположения дросселей на микропроцессорной интегральной схеме осуществляется в результате решения задачи оптимизации градиентным методом с учетом заданных ограничений по условию обеспечения электромагнитной совместимости. Для оценки электромагнитной совместимости разработана расчетная модель печатной платы микропроцессорного устройства с тороидальными дросселями. В результате численного эксперимента предложен и апробирован метод автоматизированного определения местоположения тороидальных дросселей в пределах интегральной микросхемы прибора контроля сопротивления заземляющих электродов опор воздушных ЛЭП. В результате исследований было установлено, что для обеспечения электромагнитной совместимости микроэлектронных компонентов устройства достаточно расположить тороидальные дроссели силовых цепей ближе к углам печатной платы. В других расчетных случаях не выполняется требование к классу 1 для обеспечения электромагнитной совместимости.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Попов Максим Георгиевич, Мельников Алексей Александрович, Маньков Пётр Николаевич, Даутов Азамат Айдарович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ENSURING ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY OF MICROPROCESSOR DEVICES

The research is devoted to the problem of electromagnetic compatibility of toroidal chokes with microprocessor elements of printed circuit boards. The scientific novelty of the work lies in the determination of the most favorable option for the location of the chokes through the minimization function. The analysis of target vector functions and the most effective option is carried out. The purpose of the study is to determine the permissible location of the chokes, at which the electromagnetic interference, they create for the microprocessor elements of the printed circuit board, will be minimal. The object of the study is a printed circuit board of a microprocessor-based device for measuring the grounding resistance of supports of high-voltage power lines, in the power circuit of which toroidal chokes are used. The subject of this work is the electrophysical properties of toroidal chokes, which are sources of electromagnetic interference for microprocessor elements of control and measuring instruments. The research methodology consists in carrying out numerical experiments to calculate the electromagnetic field with subsequent analysis of the obtained vector functions of the magnetic field strength H on the board surface. The assessment of the influence of interference caused by chokes is carried out using the developed mathematical model and numerical methods for calculating the electromagnetic field. For computational calculations, the authors have developed a software algorithm implemented using the Delphi programming language. The choice of the mutual arrangement of the chokes on the microprocessor integrated circuit is carried out as a result of solving the optimization problem by the gradient method, taking into account the given restrictions on the condition of electromagnetic compatibility. To assess electromagnetic compatibility, a design model of a printed circuit board of a microprocessor device with toroidal chokes was developed. As a result of a numerical experiment, a method for automated determination of the location of toroidal chokes within an integrated microcircuit of resistance devices of the proposed control of electrodes of overhead power transmission line supports was tested. As a result of research, it was found that for electromagnetic compatibility of microelectronic devices, it is sufficient to place the toroidal chokes of power circuits closer to the corners of the printed circuit board. In other design cases, the EMC class 1 requirement is not met.

Текст научной работы на тему «ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ»

DOI: 10.47026/1810-1909-2022-1-115-127

УДК 621.317.421:621.391.82 ББК 31.222

М.Г. ПОПОВ, А.А. МЕЛЬНИКОВ, П.Н. МАНЬКОВ, А.А. ДАУТОВ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ

Ключевые слова: дроссель, магнитная индукция, электромагнитная совместимость, напряженность магнитного поля, микропроцессорная плата.

Исследование посвящено проблеме электромагнитной совместимости тороидальных дросселей с микропроцессорными элементами печатных плат. Научная новизна работы заключается в определении наиболее благоприятного варианта расположения дросселей через функцию минимизации. Проведён анализ целевых векторных функций и определён наиболее благоприятный вариант. Цель исследования - определить допустимое расположение дросселей, при котором создаваемые ими электромагнитные помехи для микропроцессорных элементов печатной платы будут минимальными. Объектом исследования данной работы является печатная плата микропроцессорного устройства для измерения сопротивления заземления опор высоковольтных линий электропередачи, в цепи питания которых используются тороидальные дроссели. Предметом исследования данной работы являются электрофизические свойства тороидальных дросселей, являющихся источниками электромагнитных помех для микропроцессорных элементов контрольно-измерительных приборов. Методика исследования заключается в проведении численных экспериментов по расчету электромагнитного поля с последующим анализом полученных векторных функций напряженности магнитного поля H на поверхности платы. Оценка влияния помех, создаваемых дросселями, проводится с использованием разработанной математической модели и численных методов расчета электромагнитного поля. Для автоматизации вычислений авторами был разработан программный алгоритм, реализованный с использованием языка программирования Delphi. Выбор взаимного расположения дросселей на микропроцессорной интегральной схеме осуществляется в результате решения задачи оптимизации градиентным методом с учетом заданных ограничений по условию обеспечения электромагнитной совместимости. Для оценки электромагнитной совместимости разработана расчетная модель печатной платы микропроцессорного устройства с тороидальными дросселями. В результате численного эксперимента предложен и апробирован метод автоматизированного определения местоположения тороидальных дросселей в пределах интегральной микросхемы прибора контроля сопротивления заземляющих электродов опор воздушных ЛЭП. В результате исследований было установлено, что для обеспечения электромагнитной совместимости микроэлектронных компонентов устройства достаточно расположить тороидальные дроссели силовых цепей ближе к углам печатной платы. В других расчетных случаях не выполняется требование к классу 1 для обеспечения электромагнитной совместимости.

Введение. Обеспечение надежной работы микропроцессорных устройств контроля, защиты и управления на энергообъектах с неблагоприятной электромагнитной обстановкой является одним из важнейших вопросов. Решение основных проблем в этой области позволяет шире использовать электронные и микропроцессорные измерительные и защитные устройства, исключая риски их некорректной работы и ложных срабатываний.

В 2018 г. по заказу Кировэнерго на кафедре электрических станций Вятского государственного университета разработан прибор для измерения

сопротивления заземления опор воздушных линий электропередачи (ЛЭП). Актуальность его создания обусловлена отсутствием в продаже устройств, которые отвечали бы требованиям заказчика по погрешности измерения и габаритным размерам. В связи с тем, что в цепях питания проектируемого устройства используются достаточно мощные тороидальные дроссели, возникла необходимость решения вопросов обеспечения электромагнитной совместимости функциональной части устройства, выполненной с использованием микроэлектронных компонентов.

Эффективные меры по устранению влияния промышленных и высокочастотных электромагнитных помех на микропроцессорные устройства управления и защиты известны из [1-3, 6-8, 10, 12, 14] и широко используются на практике. Вопросы фильтрации электромагнитных помех для повышения чувствительности измерительных и пусковых элементов микропроцессорной защиты и автоматики достаточно подробно рассмотрены в [5, 9, 11, 13, 15, 16]. Однако в этих работах авторы ограничиваются вопросами оценки эффективности различных типов экранов и контуров заземления, исследованием и анализом разработанных аналого-цифровых фильтров для компенсации разного рода помех, не решая задачи устранения электромагнитных помех цепей питания на измерительную и информационную часть микропроцессорных устройств.

Следует отметить, что разработка рекомендаций и мероприятий по обеспечению электромагнитной совместимости измерительных цепей микропроцессорных устройств является актуальной и в то же время сложной исследовательской задачей, поскольку в целом определяется электрофизическими свойствами источника помех и аналого-цифровой элементной базой измерительной части приборов.

Цель исследования - определить допустимое расположение дросселей, при котором создаваемые ими электромагнитные помехи для микропроцессорных элементов печатной платы будут минимальными.

Решение этой проблемы важно и актуально, так как несоблюдение требований по электромагнитной совместимости может привести к выходу из строя микропроцессорных устройств управления, защиты и автоматизации силового электрооборудования энергосистем.

Объект исследования данной работы — печатная плата микропроцессорного устройства для измерения сопротивления заземления опор высоковольтных линий электропередачи, в цепи питания которых используются тороидальные дроссели.

Предметом исследования являются электрофизические свойства тороидальных дросселей, являющихся источниками электромагнитных помех для микропроцессорных элементов контрольно-измерительных приборов.

Принципиальная схема и структура исследуемой микропроцессорной печатной платы размером 200x200 мм устройства для измерения и контроля сопротивления заземления опор ЛЭП показаны на рис. 1. Общие параметры тороидальных сердечников и характеристики обмоток, использованные при разработке расчетной модели, показаны в табл. 1 и на рис. 2.

Рис. 1. Схема расположения микропроцессорной платы с тороидальными дросселями

Таблица 1

Данные для дросселей

Параметры Значение

Радиус дросселя, м 0,01625

Радиус провода, м 0,0003

Начальная высота витка, м 0,0206

Конечная высота витка, м 0,0242

Начальная ширина витка, м 0,0181

Конечная ширина витка, м 0,0217

Количество витков в 1 слое 125

Количество слоёв 4

Ток, А 1

50тт

15тт

Рис. 2. Размеры тороидальных сердечников дросселей микропроцессорного устройства

Методика исследования заключается в проведении численных экспериментов по расчету электромагнитного поля с последующим анализом полученных векторных функций напряженности магнитного поля Н на поверхности платы.

Методика выполненных исследований заключается в определении магнитной индукции (напряженности) в расчетной точке электромагнитного поля,

расположенной на расстоянии Я от поверхности провода, питающего устройство, по которому протекает ток I (рис. 3). Соответственно, изменение (приращение) вектора магнитной индукции определяется согласно [4] по формуле Био-Савара-Лапласа

ц01 []

dB =■

(1)

_ 4к Я2 '

где Я о - единичный вектор, проведённый из й1 в точку, в которой считается магнитная индукция.

Рис. 3. Пояснительная схема для расчёта магнитной индукции по формуле (1)

Результирующая индукция в этой точке определяется по формуле

- ц I . ГälRo ]

в=М (ßL-г-Д (2)

4п Т R2 ^

С учётом того, что между векторами dl и R - имеется угол а, радиус R можно определить как

R = b / sin а .

Поскольку величина длины l определяется выражением l = b ctg а, её элементарное приращение может быть найдено по формуле

bd а

dl =

sin2 а

Тогда векторное произведение dl х Я0 определяется произведением скалярных величин

\dlRo ]

• I sin а.

Осуществляя подстановку полученных параметров в (1) и производя интегрирование приращения магнитной индукции dB, получим окончательное выражение для её расчёта

dB = sin ad а; 4%Ъ

B f sin ad а (со$ а, - cos а2). (3)

4лЪJ 4лЪ 1 2

Разработка численных методов исследований. Для автоматизации вычислительных исследований по определению расположения в плоскости x, y координат расчетной модели двух тороидальных дросселей с учетом требований электромагнитной совместимости авторами разработана программа расчёта, реализованная с использованием языка программирования Delphi. Численным методом согласно выражению (3) произведен расчет электромагнитного поля, наводимого катушкой произвольной формы.

Конфигурация витков катушки (дросселя) описывается в программе с помощью линейной аппроксимации их контуров отдельными отрезками, по которым протекает один и тот же ток. В частности, один виток дросселя (катушки) представлен в виде четырех сегментов замкнутого прямоугольника.

Размеры платы 200x200 мм, если предположить, что количество точек по оси X и по оси Y равно 201, то шаг по каждой оси будет 0,2 / 200 = 0,001 м.

Плоскость задается двумя ортогональными векторами и ее центром. Центр расчетной области (печатной платы) задается координатами: Xp = 0,14 м; Yp = 0,2 м; Zp = 0,07 м. При такой настройке расчетной области количество ее узлов будет нечетным по каждой оси, а модуль результирующего вектора магнитной индукции определяется как

.X + B2 + B. (4)

Результаты расчётов и их анализ. Как правило, оценка электромагнитного воздействия на исследуемый объект производится путем анализа характеристик напряженности поля H . В простейшем случае (без учета изменения намагниченности) напряженность и магнитная индукция магнитного поля в воздухе связаны известным соотношением

н=_L.

Изменяя взаимное расположение дросселей (табл. 2), мы выясним, в каких случаях они в наименьшей степени повлияют на микропроцессорные элементы средств контроля и измерения данного устройства.

Таблица 2

Исследуемые варианты расположения дросселей

в=>/B

Варианты Центр основания тора 1 Центр основания тора 2 Нормаль тора

X, m Y, m Z, m X, m Y, m Z, m

№ 1 0,11 0 0 0,17 0 0 (0;0;1)

№ 2 0,11 0 0,0274 0,17 0 0,0274 (1;0;0)

№ 3 0,11 0 0,0274 0,17 0 0,0274 (0;1;0)

№ 4 0,065 0 0 0,215 0 0 (0;0;1)

№ 5 0,065 0 0,0274 0,215 0 0,0274 (1;0;0)

№ 6 0,065 0 0,0274 0,215 0 0,0274 (0;1;0)

Результаты расчета векторной функции напряженности магнитного поля И(х, у) показаны на рис. 4-9 в пространстве геометрических координат х и у, соответствующих возможному расположению дросселей.

Рис. 4. Изменение напряженности магнитного поля при расположении дросселей по варианту № 1

Рис. 5. Изменение напряженности магнитного поля при расположении дросселей по варианту № 2

Рис. 7. Изменение напряженности магнитного поля при расположении дросселей по варианту № 4

Рис. 8. Изменение напряженности магнитного поля при расположении дросселей по варианту № 5

Ж1 = Ндоп - тах

> 0,

(5)

Выбор наиболее благоприятного варианта расположения дросселей определяется через функцию минимизации

Ж - Н = 0.

Установим предельно допустимое значение напряженности магнитного поля (Ндоп = 0,25 А/м) с учетом требований1 к 1-му классу жесткости при сертификационных испытаниях на электромагнитную совместимость микропроцессорных устройств.

Отметим, что значения, представленные на рис. 4-9 расчетных зависимостей напряженности магнитного поля в пространстве параметров х, у, можно отнести к классу линейных, регулярных поверхностей. С учетом этого определим векторные целевые функции для решения краевой задачи определения положения в плоскости х, у координат расчетной модели двух тороидальных дросселей.

Нг( х, у) Н 2( х, у) Нз( х, у) Н 4 (х, у)

Н5 (х, у) Н6( х, у)

где Ндоп - максимально допустимое значение напряженности магнитного поля, равное 0,25 А/м.

Н1( х, у) Н2( х, у) Нз( х, у) Н4 (х, у) Н5( х, у) Н6( х, у)

Графическая интерпретация неравенств (5), (6) в виде максимальной целевой функции W1 и минимальной целевой функции W2, а также поверхности, соответствующей заданному допустимому значению Ндоп = 0,25 А/м, представлена на рис. 10. Для удобства восприятия отображается по горизонтальной оси У в увеличенном масштабе 1: 2.

Тёмно-серым цветом на рис. 10 показана наибольшая векторная функция напряженности магнитного поля, соответствующая третьему (табл. 2) варианту расположения дросселей. Светлая поверхность соответствует указанному допустимому ограничению Ндоп = 0,25 А/м по условиям электромагнитной совместимости. Затенённая область - минимальная векторная функция изменения напряжённости при размещении дросселей на печатной плате согласно расчетным условиям для варианта 4.

Ж = Н - тш

2 доп

> 0.

(6)

1 Стандарт организации СО 34.35.311-2004. Рекомендации по определению электромагнитной среды и совместимости на электростанциях. М.: Изд-во МЭИ, 2004. 76 с.

Н, А/т

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

У,ш

Рис. 10. Поверхность максимальной и минимальной векторных функций

Совместный анализ этих характеристик показал, что максимальная векторная функция напряженности магнитного поля пересекает допустимый уровень, тем самым доказав, что соответствующий этому графику вариант расположения не подходит для электромагнитной совместимости. Напротив, минимальная целевая функция (затенённая поверхность, рис. 10) полностью соответствует требованиям по обеспечению электромагнитной совместимости, так как ее уровень напряжённости ниже заданного предельно допустимого значения Ндоп = 0,25 А /м.

Дополнительно на рис. 11 показаны другие варианты расположения (№ 13, 6, табл. 2) и их цветовое деление.

В результате анализа рис. 11 было установлено, что значение этих четырех векторных функций превышает допустимое значение напряженности магнитного поля Ндоп = 0,25 А/м. Остальные варианты (№№ 4, 5, табл. 2) размещения тороидальных дросселей на печатной плате удовлетворяют условиям электромагнитной совместимости микропроцессорных элементов измерительной и функциональной частей устройства контроля сопротивления заземления опор воздушных ЛЭП.

[11]Насс I |Уаг 1 ИУаг2 ИУгиЗ ■ л| «

Рис. 11. Поверхности 4 векторных функций, превышающих допустимое значение напряженности магнитного поля

Выводы. 1. Для оценки электромагнитной совместимости разработана расчетная модель печатной платы микропроцессорного устройства с тороидальными дросселями.

2. В результате численного эксперимента предложен и апробирован метод автоматизированного определения местоположения тороидальных дросселей в пределах интегральной микросхемы прибора контроля сопротивления заземляющих электродов опор воздушных ЛЭП.

3. В результате исследований было установлено, что для обеспечения электромагнитной совместимости микроэлектронных компонентов устройства достаточно расположить тороидальные дроссели силовых цепей ближе к углам печатной платы. В других расчетных случаях не выполняется требование к классу 1 для обеспечения электромагнитной совместимости.

Литература

1. Бессолицын А.В., Новосёлова О.А., Попов М.Г. Разработка методики численного расчета продольных параметров воздушной линии на основе трехмерной краевой задачи // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2010. № 2. С. 50-55.

2. Бессолицын А.В., Попов М.Г., Хорошинина Е.Н. Использование численного расчета трехмерного электростатического поля для определения собственных и взаимных емкостей проводов воздушной линии // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2010. № 2. С. 55-59.

3. Бессолицын А.В., Попов М.Г. Численный расчет начального напряжения общей короны на многопроволочных проводах // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2010. № 2 (спецвыпуск). С. 35-37.

4. БессоновЛ.А. Теоретические основы электротехники. 8-е изд. М.: Высш. шк., 1986. 263 с.

5. Ванин В.К., Амбросовская Т.Д., Попов М.Г., Попов С.О. Повышение достоверности работы измерительных цепей релейной защиты // Электрические станции. 2015. № 11. С. 30-35.

6. Ванин В.К., Ванин И.В., Попов М.Г. Повышение точности измерения первичных напряжений в энергосистемах // Вестник Чувашского университета. 2019. № 3. С. 46-52.

7. Ванин В.К., Забоин В.Н., ПоповМ.Г., Сиренко Н.В., Хабаров А.А. Воспроизведение токов и напряжений измерительных трансформаторов тока // Релейная защита и автоматизация. 2018. № 4(33). С. 42-45.

8. Ванин В.К., Попов М.Г. Анализ процессов в силовых и измерительных трансформаторах и коррекция их описания для различных приложений // Релейная защита и автоматизация. 2018. № 01(30). С. 39-45.

9. Ванин В.К., Попов М.Г. Элементы систем автоматического управления в энергетике. Цифровая микроэлектроника систем релейной защиты и автоматики. СПб.: Изд-во Санкт-Петербург. гос. политехн. ун-та, 2008. 152 с.

10. Ванин В.К., Попов М.Г. Теоретические основы цифровых средств релейной защиты и автоматики. СПб.: Изд-во Санкт-Петербург. гос. политехн. ун-та, 2012. 170 с.

11. Зеленин А.С., Кузнецов В.Л., Попов М.Г. Разработка микропроцессорного испытательно-диагностического комплекса средств релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Сер. Наука и образование. 2012. № 2-2(147). C. 53-58.

12. Попов М.Г. Автоматизированные системы контроля качества электроэнергии распределительных сетей // Энергетик. 2003. № 12. С. 34-35.

13. Попов М.Г. Совершенствование методов численного расчета расстояния до места повреждения воздушных линий электропередачи // Научно технические ведомости СПбГПУ. 2011. № 3(130). С. 54-61.

14. Попов М.Г., Ванин В.К., Забоин В.Н., Гуревич Э.И. Идентификация параметров силового оборудования в адаптивных средствах защиты и автоматики // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2018. Т. 61, № 6. С. 68-76.

15. ПоповМ.Г., Васильева О.А., Асаинов Д.Н. Опыт внедрения цифровых технологий на ТЭЦ на базе многофункциональных измерительных приборов // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2019. Т. 25, № 3. С. 47-58. DOI: 10.18721/JEST.25303.

16. Попов М.Г., Базлов Д.А., Васильева О.А., Чжиюй Л., Лапидус А.А., Семенов К.Н. Особенности динамических свойств автономной микросети с источниками распределенной генерации // Релейная защита и автоматизация. 2020. № 1(38). С. 26-31.

ПОПОВ МАКСИМ ГЕОРГИЕВИЧ - доктор технических наук, профессор Высшей школы высоковольтной энергетики, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Россия, Санкт-Петербург (Popovmg@eef.spbstu.ru; ОКСШ: https://orcid.org/0000-0003-1621-9755).

МЕЛЬНИКОВ АЛЕКСЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ - аспирант Высшей школы высоковольтной энергетики, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Россия, Санкт-Петербург (melnikov3.aa@edu.spbstu.ru; ОКСГО: https://orcid.org/0000-0001-7042-3277).

МАНЬКОВ ПЁТР НИКОЛАЕВИЧ - аспирант Высшей школы высоковольтной энергетики, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Россия, Санкт-Петербург (mankov.pn@edu.spbstu.ru; ОКСГО: https://orcid.org/0000-0002-9104-664X).

ДАУТОВ АЗАМАТ АИДАРОВИЧ - аспирант Высшей школы высоковольтной энергетики, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Россия, Санкт-Петербург (dautov.aa@edu.spbstu.ru; ОЯСЮ: https://orcid.org/0000-0002-6273-3977).

Maxim G. POPOV, Alexey A. MELNIKOV, Petr N. MANKOV, Azamat A. DAUTOV

ENSURING ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY OF MICROPROCESSOR DEVICES

Key words: choke, magnetic induction, electromagnetic compatibility, magnetic field strength, microprocessor board.

The research is devoted to the problem of electromagnetic compatibility of toroidal chokes with microprocessor elements ofprinted circuit boards. The scientific novelty of the work lies in the determination of the most favorable option for the location of the chokes through the minimization function. The analysis of target vector functions and the most effective option is carried out. The purpose of the study is to determine the permissible location of the chokes, at which the electromagnetic interference, they create for the microprocessor elements of the printed circuit board, will be minimal. The object of the study is a printed circuit board of a microprocessor-based device for measuring the grounding resistance of supports of high-voltage power lines, in the power circuit of which toroidal chokes are used. The subject of this work is the electrophysical properties of toroidal chokes, which are sources of electromagnetic interference for microprocessor elements of control and measuring instruments. The research methodology consists in carrying out numerical experiments to calculate the electromagnetic field with subsequent analysis of the obtained vector functions of the magnetic field strength H on the board surface. The assessment of the influence of interference caused by chokes is carried out using the developed mathematical model and numerical methods for calculating the electromagnetic field. For computational calculations, the authors have developed a software algorithm implemented using the Delphi programming language. The choice of the mutual arrangement of the chokes on the microprocessor integrated circuit is carried out as a result of solving the optimization problem by the gradient method, taking into account the given restrictions on the condition of electromagnetic compatibility. To assess electromagnetic compatibility, a design model of a printed circuit board of a microprocessor device with toroidal chokes was developed. As a result of a numerical experiment, a method for automated determination of the location of toroidal chokes within an integrated microcircuit of resistance devices of the proposed control of electrodes of overhead power transmission line supports was tested. As a

result of research, it was found that for electromagnetic compatibility of microelectronic

devices, it is sufficient to place the toroidal chokes of power circuits closer to the corners of

the printed circuit board. In other design cases, the EMC class 1 requirement is not met.

References

1. Bessolitsyn A.V., Novoselova O.A., Popov M.G. Razrabotka metodiki chislennogo rascheta prodol'nykhparametrov vozdushnoi linii na osnove trekhmernoi kraevoi zadachi [Development of a methodology for the numerical calculation of the longitudinal parameters of an overhead line based on a three-dimensional boundary value problem]. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPbGPU, 2010, no. 2, pp. 50-55.

2. Bessolitsyn A.V., Popov M.G., Khoroshinina E.N. Ispol'zovanie chislennogo rascheta trekhmernogo elektrostaticheskogo polya dlya opredeleniya sobstvennykh i vzaimnykh emkostei provodov vozdushnoi linii [Using the numerical calculation of a three-dimensional electrostatic field to determine the own and mutual capacities of the overhead line wires]. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPbGPU, 2010, no. 2, pp. 55-59.

3. Bessolitsyn A.V., Popov M.G. Chislennyi raschet nachal'nogo napryazheniya obshchei korony na mnogoprovolochnykh provodakh [Numerical calculation of the initial voltage of the common corona on stranded wires]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Elektromekhanika, 2010, no. 2 (Special issue), pp. 35-37.

4. Bessonov L.A. Teoreticheskie osnovy elektrotekhniki. 8-e izd [Theoretical foundations of electrical engineering. 8th ed.]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1986, 263 p.

5. Vanin V.K., Ambrosovskaya T.D., Popov M.G., Popov S.O. Povyshenie dostovernosti raboty izmeritel'nykh tsepei releinoi zashchity [Increasing the reliability of the measuring circuits of relay protection]. Elektricheskie stantsii, 2015, no. 11, pp. 30-35.

6. Vanin V.K., Vanin I.V., Popov M.G. Povyshenie tochnosti izmereniya pervichnykh napryazhenii v energosistemakh [Increasing the accuracy of measuring primary stresses in power systems]. Vestnik Chuvashskogo universiteta, 2019, no. 3, pp. 46-52.

7. Vanin V.K., Zaboin V.N., Popov M.G., Sirenko N.V., Khabarov A.A. Vosproizvedenie to-kov i napryazhenii izmeritel'nykh transformatorov toka [Reproduction of currents and voltages of measuring current transformers]. Releinaya zashchita i avtomatizatsiya, 2018, no. 4(33), pp. 42-45.

8. Vanin V.K., Popov M.G. Analiz protsessov v silovykh i izmeritel'nykh transformatorakh i korrektsiya ikh opisaniya dlya razlichnykh prilozhenii [Analysis of processes in power and measuring transformers and correction of their description for various applications]. Releinaya zashchita i avtomatizatsiya, 2018, no. 01(30), pp. 39-45.

9. Vanin V.K., Popov M.G. Elementy sistem avtomaticheskogo upravleniya v energetike. Tsifrovaya mikroelektronika sistem releinoi zashchity i avtomatiki [Elements of automatic control systems in the power industry. Digital microelectronics of relay protection and automation systems]. St. Petersburg, St. Petersburg State Polytechnic University Publ., 2008, 152 p.

10. Vanin V.K., Popov M.G. Teoreticheskie osnovy tsifrovykh sredstv releinoi zashchity i avtomatiki [Theoretical foundations of digital means of relay protection and automation]. St. Petersburg, St. Petersburg State Polytechnic University Publ., 2012. 170 p.

11. Zelenin A.S., Kuznetsov V.L., Popov M.G. Razrabotka mikroprotsessornogo ispytatel'no-diagnosticheskogo kompleksa sredstv releinoi zashchity i avtomatiki elektroenergeticheskikh sistem [Development of a microprocessor test and diagnostic complex for relay protection and automation of electric power systems]. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPbGPU. Ser. Nauka i obrazovanie, 2012, no. 2-2(147), pp. 53-58.

12. Popov M.G. Avtomatizirovannye sistemy kontrolya kachestva elektroenergii raspre-delitel'nykh setei [Automated systems for monitoring the quality of electricity distribution networks]. Energetik, 2003, no. 12, pp. 34-35.

13. Popov M.G. Sovershenstvovanie metodov chislennogo rascheta rasstoyaniya do mesta povrezhdeniya vozdushnykh linii elektroperedachi [Improvement of methods for numerical calculation of the distance to the place of damage to overhead power lines]. Nauchno tekhnicheskie vedomosti SPbGPU, 2011, no. 3(130), pp. 54-61.

14. Popov M.G., Vanin V.K., Zaboin V.N., Gurevich E.I. Identifikatsiya parametrov silovogo oborudovaniya v adaptivnykh sredstvakh zashchity i avtomatiki [Identification of parameters of power

equipment in adaptive means of protection and automation]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Elektromekhanika, 2018, vol. 61, no. 6, pp. 68-76.

15. Popov M.G., Vasil'eva O.A., Asainov D.N. Opyt vnedreniya tsifrovykh tekhnologii na TETs na baze mnogofunktsional'nykh izmeritel'nykh priborov [Experience in the implementation of digital technologies at thermal power plants based on multifunctional measuring devices]. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPbPU. Estestvennye i inzhenernye nauki, 2019, vol. 25, no. 3, pp. 47-58. DOI: 10.18721/JEST.25303.

16. Popov M.G., Bazlov D.A., Vasil'eva O.A., Chzhiyui L., Lapidus A.A., Semenov K.N. Oso-bennosti dinamicheskikh svoistv avtonomnoi mikroseti s istochnikami raspredelennoi generatsii [Features of the dynamic properties of an autonomous microgrid with distributed generation sources]. Releinaya zashchita i avtomatizatsiya, 2020, no. 1(38), pp. 26-31.

MAXIM G. POPOV - Doctor of Technical Sciences, Professor of the Higher School of HighVoltage Energy, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Russia, St. Petersburg (Popovmg@eef.spbstu.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1621-9755).

ALEXEY A. MELNIKOV - Post-Graduate Student of the Higher School of High-Voltage Energy, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Russia, St. Petersburg (melni-kov3.aa@edu.spbstu.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7042-3277).

PETR N. MANKOV - Post-Graduate Student of the Higher School of High-Voltage Energy, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Russia, St. Petersburg (mankov.pn@edu.spbstu.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9104-664X).

AZAMAT A. DAUTOV - Post-Graduate Student of the Higher School of High-Voltage Energy, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Russia, St. Petersburg (dau-tov.aa@edu.spbstu.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6273-3977)._

Формат цитирования: ПоповМ.Г., Мельников А.А., Маньков П.Н., Даутов А.А. Обеспечение электромагнитной совместимости микропроцессорных устройств // Вестник Чувашского университета. - 2022. - № 1. - С. 115-127. БО!: 10.47026/1810-1909-2022-1-115-127.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.