CC BY-NC
21
А.M. Agafonov, M.A. Ryzhenkova, A.A. Smirnova Calculation of the radio interference filter for marine electrical equipment
DOI: 10.24937/2542-2324-2021-1-S-I-181-182 УДК 621.396.669
А.М. Агафонов, М.А. Рыженкова, А.А. Смирнова
СПбГМТУ, Санкт-Петербург
РАСЧЕТ ФИЛЬТРА РАДИОПОМЕХ
ДЛЯ СУДОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Воздействие электромагнитных помех является одной из причин нарушения качества функционирования судового электрооборудования. Уменьшение помех обеспечивается: индивидуальной и групповой фильтрацией электрических и распределительных устройств.
Ключевые слова: радиопомехи, фильтр радиопомех, требования Регистра судоходства по радиопомехам. Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.
DOI: 10.24937/2542-2324-2020-1-S-I-181-182 UDC 621.396.669
А-M. Agafonov, M.A. Ryzhenkova, A.A. Smirnova
St. Petersburg State Marine Technical University, St. Petersburg
CALCULATION OF THE RADIO INTERFERENCE FILTER FOR MARINE ELECTRICAL EQUIPMENT
The impact of electromagnetic interference is one of the reasons for the violation of the quality of the ship's electrical equipment. Reduced interference is ensured by: individual and group filtering of electrical and distribution devices. Key words: radio interference, radio interference filter, requirements of the Register of Shipping on radio interference.
Authors declare lack of the possible conflicts of interests.
Требования Российского морского регистра судоходства по радиопомехам устанавливают нормы на уровень электромагнитных помех, создаваемых судовым оборудованием [1]. Измерения эмиссии напряжения и электромагнитного поля должны проводиться в режиме работы оборудования, создающем максимальный уровень помех.
Импульсные токи и напряжения потребляются и генерируются при работе технических средств. Далее распространяясь по кабелям создают электромагнитные помехи. Для подавления уровня индустриальных радиопомех по цепям электропитания применяют сетевые фильтры. Фильтры должны пропускать без ослабления напряжения основной частоты и подавлять частоты в остальном диапазоне.
Самым простым фильтром является надетое на проводники ферритовое кольцо, которое на низких частотах является проводником, а на частотах свыше 1 МГц его импеданс равен 50-200 Ом. Импеданс проводников можно увеличить с помощью
увеличения длины и толщины ферритовых колец. На частотах меньше 1 МГц, для подавления рабочих частот источников электропитания, применение ферритовых колец недостаточно. Помехопо-давляющие фильтры реализуют путем каскадного соединения Г-образных или Т-образных звеньев. Комбинируя такие звенья, добиваются нужного уровня затухания. Структура фильтра определяется во многом внутренним сопротивлением источника помех, сопротивлением сети и видом помех.
К конденсаторам, устанавливаемым между линиями (тип Х, Сх), предъявляются высокие требования по безопасности. Они должны выдерживать максимально возможные в сети импульсы напряжения, не должны воспламеняться и поддерживать горение.
Конденсаторы, устанавливаемые между линиями и корпусом (тип Y, С), предназначены для работы в тех местах, где выход их из строя угрожает жизни людей. Такие конденсаторы обладают повышенной электрической и механической прочностью.
Для цитирования: Агафонов А.М., Рыженкова М.А., Смирнова А.А. Расчет фильтра радиопомех для судового электрооборудования. Труды Крыловского государственного научного центра. 2021; Специальный выпуск 1: 181-182. For citations: Agafonov А.М., Ryzhenkova M.A., Smirnova A.A. Calculation of the radio interference filter for marine electrical equipment. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2021; Special Edition 1: 181-182 (in Russian).
ФГУП «Крыловский государственный научный центр»
181
А.М. Агафонов, М.А. Рыженкова, А.А. Смирнова
Расчет фильтра радиопомех для судового электрооборудования
Рис. 1. Уровень кондуктивных радиопомех, создаваемый источником электропитания до установки помехоподавляющего фильтра, и максимально допускаемое требованиями Российского морского регистра судоходства значение напряжения кондуктивных помех
0,01 0,1
10 100
ных изделиях всегда имеется некоторый поток рассеяния, и реальный «синфазный» дроссель обладает некоторой «дифференциальной» индуктивностью.
Индуктивности должны выдерживать токовые нагрузки. Для их изготовления эффективно применять либо ферритовые сердечники с зазором, либо сердечники из порошковых материалов с распределённым немагнитным зазором (магнитодиэлектрики).
Расчет фильтра производится применительно к частоте среза:
/е = Л-10(-Аи/40),
где Л - частота коммутации источника питания, АП - коэффициент ослабления дБ (насколько необходимо уменьшить помеху).
Индуктивность и емкость фильтра рассчитывается по формуле:
1
L
. rlist -0,7
П • fc
C =-
(2п f )2 • L
Рис. 2. Уровень кондуктивных радиопомех, создаваемый источником электропитания после установки помехоподавляющего фильтра
Увеличение емкости конденсатора Сх улучшает фильтрацию дифференциальных помех, но приводит к увеличению реактивного тока.
Увеличение емкости конденсатора Су улучшает фильтрацию синфазных помех, но увеличивает ток утечки.
Увеличение индуктивности дросселей улучшает фильтрацию, но приводит к увеличению активного сопротивления обмоток. Потому при проектировании сетевого фильтра важно соблюдать определенный баланс между величиной номиналов компонентов фильтра.
В качестве конденсаторов Сх следует применять металлоплёночные конденсаторы, желательно с полипропиленовым диэлектриком. Ёмкости Су могут быть как плёночными, так и керамическими конденсаторами.
Самым сложным элементом фильтра является индуктивность, синфазный дроссель, к которому предъявляются высокие требования по устойчивости к высокому электрическому напряжению между обмотками и по пропускной способности по току. Дроссели должны иметь две абсолютно одинаковые обмотки. Следует учитывать, что в реальных моточ-
где Rlist = 50 Ом - импеданс эквивалента сети при измерениях.
Элементы фильтра должны быть размещены в металлическом корпусе, разбитом на экранированные отсеки - это влияет на эффективность подавления радиопомех. Вход и выход фильтра максимально разносится, уменьшая паразитную емкость между входом и выходом фильтра. Паразитную индуктивность фильтра уменьшает заземление и применение проходных конденсаторов.
Пример расчета фильтра для импульсного источника питания судового электрооборудования, работающего на частоте 163 кГц. Уровень кондуктивных радиопомех, создаваемый источником электропитания, представлен на рис. 1.
Частота коммутации fk = 163 кГц, уровень кондуктивных помех 88 дБ. Превышение нормы для рубки на AU = 28 дБ. Расчет фильтра производится для частоты среза (f = 32,5 кГц). Расчетная емкость Г-образного фильтра CY = 70 нФ, индуктивность L = 340 мкГн. Уровень помех при установке на вход источника электропитания Г-образного фильтра со следующими параметрами L = 340 мкГн, CY = 70 нФ представлен на рис. 2.
Список использованной литературы
1. Правила технического наблюдения за постройкой судов и изготовлением материалов и изделий для судов. Часть IV «Техническое наблюдение за изготовлением изделий» (НД 2-020101-130).
Поступила / Received: 15.11.21 Принята в печать / Accepted: 08.12.21 © Агафонов А.М., Рыженкова М.А., Смирнова А. А., 2021
182
Труды Крыловского государственного научного центра. Специальный выпуск 1, 2021
