Оценка внутренних помех систем электропитания радиорелейных линий связи Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК «1.311.68 Л. Г. РОГУЛИНА

Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, г. Новосибирск

ОЦЕНКА ВНУТРЕННИХ ПОМЕХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ РАДИОРЕЛЕЙНЫХ ЛИНИЙ СВЯЗИ________________________________________________

В работе представлены математические и имитационные модели систем электропитания для оценки внутренних помех. Модели позволяют получить переходные характеристики систем в нестационарных режимах работы. По результатам моделирования проведён расчёт показателей качества электропитания для радиорелейных линий связи. Ключевые слова: внутренние помехи, система электропитания, имитационное моделирование.

Постановка задачи

Источники электропитания являются неотъемлемой составной частью радиотехнической системы и в значительной степени определяют такие эксплуатационные характеристики, как коэффициент полезного действия, помехоустойчивость, надёжность, массообъёмные показатели. Успешная работа аппаратуры радиолокации, радиосвязи, телевидения и др. невозможна без электрической энергии заданного качества, которое обеспечивают системы электропитания. Повышение помехоустойчивости устройств идёт по пути подавления как внешних, так и внутренних помех, создаваемых, в том числе и источниками питания. Поэтому система электропитания должна быть спроектирована так, чтобы её функциональные узлы, с одной стороны, не создавали помех для питаемых ими устр ойств и друг другу, а с другой — были бы защищены от воздействия помех со стороны потребителей и питающей сети. Существует множество механизмов возникновения помех в цепях питания аппаратуры. Это связано с тем, что электрическая сеть системы электропитания имеет большую протяжённость и объединяет самых разных потребителей постоянного и переменного тока с нелинейным и импульсным характером нагрузок. Кроме того, работа любого радиотехнического устройства вносит искажения в форму напряжения питающей сети. При этом частоты помех могут меняться в очень широких пределах — от десятков и сотен герц (гармоники, провалы и выбросы напряжения питания при коммутациях больших нагрузок) до сотен килогерц (например, при работе импульсных выпрямителей). Таким образом, устройства системы электропитания могут являться как источником помех для других объектов, так и рецептором по отношению к ним (рис. 1).

Влияние внутрисистемных помех на аппаратуру бывает разнообразным — от временных ухудшений характеристик канала передачи информации, сбоев цифровой техники и искажения изображения на экранах мониторов до физического повреждения и выхода из строя аппаратуры и токораспределительных сетей. Иногда при анализе той или иной неисправности очень трудно определить, что реальной причиной являются проблемы электромагнитной совместимости. Всесторонний анализ и изучение воздействия помех в системах питания возможен только на основе моделирования. Разработка мате-

матических и имитационных моделей для анализа систем электропитания с учётом влияния внутренних помех позволит ответить на многие вопросы. Такие модели разработаны и используются на практике.

В табл. 1 представлены математические и имитационные модели устройств [1] для проверки динамических режимов системы электропитания (СЭП) и оценки устойчивости к внутрисистемным помехам, а в табл. 2 — для различных режимов работы СЭП.

Проведён анализ воздействия импульсных помех со стороны выпрямительного устройства и конвертора напряжения (рис. 1), построенных по схемам с импульсным регулированием напряжения. По полученным переходным характеристикам на основе компьютерного моделирования проведён расчёт показателей качества для системы электропитания радиорелейных линий связи. Мощность потребления основной группы промышленного оборудования по цепи постоянного тока составляет Р01 = 1 кВт с напряжением ин1= 48В; мощность потребления дополнительной группы нагрузок, отличающейся от основной уровнем напряжения питания ин2 = 24 В составляет Р02 = 1 кВт и мощность для хозяйственных нагрузок Я = 2 кВА. Результаты проведенных исследований представлены в табл. 3, где 5иу-установив-шееся отклонение напряжения от номинального значения, <5иП— глубина провала напряжения, — время восстановления напряжения, Д1;П — длительность провала напряжения, ии — импульсное напряжение, Д1:и — длительность импульса [2 — 5].

С целью проведения анализа воздействия сетевых импульсных помех на оборудование радиорелейных линий связи рассмотрены различные виды трёхфазных сетей электропитания. При организации однофазной токораспределительной сети из трёхфазной, построенной по четырёхпроводной схеме (ТЫ — С) необходимо осуществлять проверку равномерности загрузки. Для этого проведена проверка функционирования СЭП в нормальном режиме. По переходным характеристикам, полученным при воздействии со стороны нагрузки, выполнена оценка степени асимметрии напряжения (табл. 4). Численный эксперимент проводился при варьировании всех видов нагрузки и её величины. В случае использования в отобранных вариантах схемы заземления ТЫ — С проведена проверка уровня напряжения смещения нейтрали для коррекции сечения нейтральной жилы.

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ

286

РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ

ОМСКИИ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010

- симметричные, несимметричные

- высоковольтные импульсные

- низкочастотные возмущения напряжения

Рис. 1. Рецепторы и источники помех в системе электропитания радиотехнических устройств

Модели преобразовательных устройств

Модели

Временные зависимости тока и напряжения

Г rl L

Ци,

а) силовая цепь

1 + pCRh

+ /?2

1

/?1 + ]&2 /?| + где - статический коэффициент передачи фильтра,

ИксВ(р) ■ 0(/?)(1 + р “)

2п,„(р)=------------------5^'ад,в(р)им(Р), в(р)~

вшУЮ О(р) -С(р) + кВ(р) М(р) полиномы числителя и знаменателя передаточной функции фильтра и 4 — полюсника ОС

В аварийных режимах СЭП для гарантированного электропитания используются собственные электростанции (рЭ) различного типа в которых, в основном, используются синхронные генераторы с бесконтактными возбудителями. Регулирование напряжения генератора производится путём управления током в обмотке возбуждения. Математическое моделирование синхронных генераторов базируется на общей теории электрических машин, которая, широко использует метод преобразования координат [6]. Для исследования синхронного генератора использована модель синхронной машины — Simplified Synchronous Machine. На основе этой модели, создана имитационная модель СЭП при питании от синхронного генератора с линейной и динамической нагрузкой. Для имитации динамической нагрузки используется последовательное соединение трёхфазного коммутатора переменного тока (3 — Phase Breaker) и комплексной нагрузки (3 —Phase Parallel RLC Branch). В результате проведённых исследований

получен ряд переходных характеристик при пуске и останове синхронного генератора. При анализе пусковых процессов частоту напряжения питания принято считать постоянной, так как её изменения являются медленными по отношению ко времени протекания переходных процессов системы. В табл. 2 приведены временные зависимости. Исследования динамики аварийного режима работы СЭП показали, что на переходные процессы в большей степени влияет характер нагрузки, а не параметры генератора. Результаты оценки влияния различных составляющих потребляемой мощности на переходные характеристики представлены в табл. 4, где —установившееся отклонение напряжения, Ки1 — коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения, КШ) — коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности, КПЕРШ — коэффициент временного перенапряжения, 1ИМП — величина импульсного тока в цепи переменного тока при длительности импульса Д1;и = 1 с [2 — 5].

#

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ

РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010

- §=[А- +(1+А^ Цш-[1+-1 иш,к=1,..

п <л т

-14- = и0^ - ^н -2 % = и0^ - иа

-=— -2 =—

1+ Е 1 - Е

Р-0 1 + 0(Р)Р1(Р) I Р-0 +и0АОР2(Р)\

50 - и ан Е 1- Е и0вх 1 - Е (8)

Выводы

Разработанные имитационные модели, созданные в среде Simulink для СЭП в нормальном и аварийном режимах работы, позволяют осуществлять проверку на соответствие нормам международных стандартов уровней кондуктивных помех. Модель аварийного режима работы предназначена для анализа динамических характеристик СЭП, где в качестве гарантированного источник энергии используются синхронный генератор. Модель позволяет варьировать параметрами СЭ, величиной и типом мощности потребляемой радиотехническим устройством, т.е. характером нагрузки (линейный, нелинейный и дина-

мический). Модель нормального режима работы от промышленной сети позволяет варьировать параметрами промышленной сети, типом нагрузки (симметричная, несимметричная, статическая линейная, нелинейная и динамическая) и величиной потребляемой мощности. Результаты проведённых исследований позволят проверить функционирование системы электропитания в нестационарных режимах, оценить уровни помех и проверить их на соответствие нормам качества электроэнергии на этапах проектирования. Поэтому, вышесказанное позволяет сделать вывод о важности и незаменимости имитационного моделирования при проектировании

Имитационные модели СЭП для различных режимов работы

Л Модели. Временные зависимости

а)

Временные зависимости: а) напряжения в нулевом проводе; б) токов в фазах А, В, С ; в) угла фазового сдвига между током и

напряжением в фазе А; г) напряжения в фазах А, В, С

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ

РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010

Результаты оценки переходных процессов выпрямительных устройств и конверторов напряжения

Устройство Параметры

SUy,B SUn, % tu=.c Atm С u„ AtH, с

Нормы ВУ + 9/-7,5 12 3 0,05 1,4 0,005

К + 9/-7,5 12 3 0,05 1,4 0,005

Результаты ВУ + 6/-5,4 11 2,3 0,02 1,25 0,002

к + 5,8/-5,0 10 1,9 0,02 1,2 0,003

Таблица 4

Результаты оценки переходных процессов СЭП в различных режимах

Режим Параметры

SU,, % Кш, % Кош, о/ /о К-ПЕРШ' от. ед. !имп.% при AtH=lc

Нормы ±10 12 4 1,47 20

Результаты нормальный ±8,2 10,4 2,1 1,1 15

аварийный ±9,2 11 3,1 1,4 18

и разработке систем электропитания аппаратуры радиосвязи, радиотехнических и электронных систем.

Библиографический список

1. Лазарев, Ю. Моделирование процессов и систем в МаНаЬ [Текст]: учебный курс [для студентов технических и естественно-научных специальностей, инженеров и научных работников] / Ю. Лазарев. — СПб.: Питер: Киев: ВНУ, 2005. — 512 с.: ил.

2. ОСТ 45.183 — 2001. Установки электропитания аппаратуры электросвязи стационарные. Общие технические требования [Текст]. —Введ.01.03.2001.— М.:ЦНТИ«Информсвязы>,2001. — 31с.

3. ГОСТ 13109 — 97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения [Текст]. — Взамен ГОСТ 13109 — 87; введ. 01.01.1999. — Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации. — М.: Изд-во стандартов, 2007. — 58 с.

4. ГОСТ 26416— 85. Агрегаты бесперебойного питания на напряжениедо 1 кВ. Общие технические условия [Текст]. — Введ. 01.01.86. — М.: Изд—во стандартов, 1989, — 57 с.

5. ГОСТ Р51317.6.3 —99 (СИСПР/МЭК 61000-6-6-96). Совместимость технических средств электромагнитная. Поме-хоэмиссия от технических средств, применяемых в жилых, коммерческих и производственных зонах с малым энергопотреблением. Нормы и методы испытаний [Текст]. — Введ. 22.12.99. — М.: Изд — во стандартов, 2000. — 23 с.

6. Копылов, И.П. Электрические машины [Текст]: учебник для вузов / И. П. Копылов. — 4-е., испр. — М.: Высшая школа, 2004. - 607 с.

РОГУЛИНА Лариса Геннадьевна, кандидат технических наук, доцент кафедры беспроводных информационных систем и сетей.

Адрес для переписки: e-mail: epus206@sibsutis.ru

Статья поступила в редакцию 15.03.2010 г.

© Л. Г. Рогулина

Книжная полка

621.396/К31

Кашкаров, А. П. Справочник радиолюбителя: взаимозаменяемость элементов, цветовая и кодовая маркировка, электронные самоделки [Текст] / А. П. Кашкаров.-СПб.: Наука и техника, 2008.-281 с.: рис., табл.-(Радиолюбитель).-Библиогр.:с. 274-281.-181Ш 978-5-94387-381-2.

Книга состоит из двух логических частей. Первая часть книги — это справочник радиолюбителя по всему кругу применяемых электронных компонентов. Особое внимание уделено цветовой и кодовой маркировке радиодеталей, аналогам полупроводниковых приборов. Рассмотрена современная элементарная база. Вторая часть книги посвящена полезным в быту схемам, устройствам, самоделкам, которые может выполнить радиолюбитель. Дается много полезных советов, маленьких хитростей, раскрывается большое число секретов радиолюбителя.

В приложении содержится уникальный список радиолюбительских Интернет-ресурсов с указанием их особенностей, краткого содержания сайтов. Книга-справочник рассчитана на широкий крут радиолюбителей, может быть полезна студентам.