CC BY
36
УДК 621.314
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ТИРИСТОРНЫХ РЕГУЛЯТОРОВ В АППАРАТАХ БЫТОВОГО НАЗНАЧЕНИЯ
А.Н. Феоктистов
Рассмотрены вопросы электромагнитной совместимости бытовых приборов и установок, а также систем электропитания с тиристорными регуляторами с целью уменьшения влияния кратковременных импульсов помех на цепи управления тиристором.
Electromagnetic compatibility aspects of the household (electrical) devices and plants as well as power supply system with thyristor adjusters using for reducing short impulse noise impact upon the thyristor control circuit are considered.
В настоящее время актуальность решения задач электромагнитной совместимости бытовых приборов и установок, а также систем их электропитания и управления обусловлена увеличением количества, ассортимента и мощностей бытовых приборов и установок, их импульсными режимами работы, и, как следствие, влиянием их на сеть и других потребители.
В то же время возросла восприимчивость к помехам элементной базы и узлов систем управления бытовых приборов и электротехнологиче-ских установок по причине снижения энергии их полезных управляющих сигналов.
Поэтому системы электропитания и управления сами являются интенсивными источниками электромагнитных помех, поскольку цепи управления транзисторов и тиристоров, входящие в состав их систем управления, достаточно критичны как к внешним, так и внутренним помехам [1, 2]. При необходимости уменьшения влияния кратковременных импульсов помех на цепи управления тиристором наиболее целесообразным является включение в эту цепь интегрирующей цепочки (рис.1).
Увеличение емкости на входе приводит к снижению уровня помехи, что вызывает увеличение длительности импульса, а следовательно, и
мощности. В большинстве случаев в цепях с тиристорами переходные помехи возникают из-за быстрых изменений потоков, особенно в зарядно-разрядных цепях, что является причиной бросков напряжения и
0 ! VS
О 1 C о—< = 1т , т , > О
ложных срабатываний тиристорных элементов.
С целью упрощения схемных решений в системах управления бытовыми приборами целесообразно применение реактивно-емкостных помехоподавляющих цепей, обеспечивающих ограничение помех по амплитуде и скорости нарастания (рис.2).
В схеме на рис. 2, а броски напряжения на аноде тиристора уменьшаются за счет преобразования в зарядный ток конденсатора. В схеме на рис 2, б обеспечивается большой зарядный ток и малая скорость нарастания тока тиристора
при этом диод должен иметь малое время запирания и постоянную времени 0,632и
цепи СЯп >
dinp /dt,
пр
du
пр
Рис.1. Цепь управления тиристором с интегрирующей цепью
дХ
В схемах с неуправляемыми вентилями помехи возникают чаще всего в моменты запирания, а в моменты отпирания ими можно пренебречь. В тиристорных схемах при углах регулирования, ных от нуля, возникают значительные помехи, которые определяются величи-
Рис. 2. Цепь управления с отлич- реактивно-емкостными помехоподавляющими цепями за счет: а - преобразования в зарядный ток конденсатора; б -малой скорости нарастания тока тиристора
ной коммутирующего напряжения.
Решению задачи подавления радиопомех, генерируемых полупроводниковыми преобразователями, посвящен целый ряд работ отечественных и зарубежных авторов, однако такой класс устройств, как бытовая аппаратура, бытовые электротехнологические установки, в состав которых входят тиристорные, транзисторные и другие полупроводниковые системы управления, в качестве источника помехообразования не рассматривался. Однако актуальность такого анализа не вызывает сомнений. Кроме того, до настоящего времени нет четких рекомендаций по расчету радиопомех тиристорных систем, отсутствуют конкретные рекомендации по выбору помехоподавляющих устройств.
Рассмотрим наиболее сложный случай анализа влияния радиопомех на работу тиристорного регулятора. В нагревательных элементах функции регулирования и защиты обеспечиваются встречно-параллельным тиристорным контрактом (рис. 3).
-Игл
1—-сгг:—
Рис. 3. Встречно-параллельный тиристорный контракт
В качестве измерителя радиопомех использован прибор ИБТ - 8МУ -6,1 (9 кГц). По нормам допустимые уровни радиопомех составляют 8 дБ (от 0,15 до 0,5 мГц), 74 дБ (от 0,5 до 2,5 мГц), 60 дБ (от 2,5 до 30 мГц). Наиболее целесообразно рассматривать тиристорный регулятор по отношению к сети как источник несинусоидального напряжения. Эквивалентная схема такого регулятора и диаграмма напряжения Щ(і) представлены на рис 4.
Амплитуда к-той гармоники выражается формулой
Щкт = Vа кт + В кт .
Рис. 4. Тиристорный регулятор: а - эквивалентная схема; б - диаграмма напряжения П^)
Здесь
akm -■
Т
2nk
■ 2п 2Um Sin T т
AT sin k ——т2 +
knAT
, 2n , 2n
cos k—т2 + cos k— •
Т
km
ITT ■ 2n
2Um Slnjr T
knAT
AT cos k -Пт2 +
Т
. , 2n . , 2n
sin k—T2 - sin k—T,
2Tk { T 2 T
где AT=®t2 -wt\- интервал включения тиристора.
Результаты измерений зависят от типа детектора и полосы пропускания, поэтому расчет уровня радиопомех целесообразно произвести с учетом полосы пропускания измерителя:
km
где Ен, ^в - нижняя и верхняя частота в полосе пропускания измерителя.
Результаты расчета и эксперимента при угле регулирования, который соответствует максимальному уровню помех (а = 90 эл.град), приведены на рис 5.
Рис. 5. Результаты расчета уровня радиопомех и эксперимента при а = 90 эл.град: 1 - экспериментальная; 2 - расчетная
В настоящее время для преобразователей наиболее распространены электрические фильтры от радиопомех: LC- и С-фильтры [2]. Задача помехоподавления сводится к разработке фильтра нижних частот с определенной полосой пропускания и частотой среза /ср = 0,15 МГц. Известно, что для тиристорных регуляторов с ростом частоты помеха убывает и при 10...15 мГц она не превышает допустимых значений, поэтому целесообразно в качестве фильтров от радиопомех использовать фильтры типа «К».
Величина вносимого затухания без учета активного сопротивления индуктивности выражается следующим образом:
для П-образного однозвенного фильтра 75 1 В = 201ву (4П2/Ь)2 (П/НС)2;
для Г-образного однозвенного фильтра В = 201в (4П/н )2 ЬС .
При заданном значении индуктивности (Ь), заданной величине затухания (В) и нижней частоте защищаемого диапазона /) можно теоретически определить величину емкости, которую затем экспериментально можно уточнить. Как показали эксперименты, расчетные значения при нижних частотах несколько отличаются от экспериментальных. Наиболее приемлемыми (ниже норм для данного класса устройств) являются значения Ь = 20мГц, С=2мкФ (рис. 6).
Рис. 6. Сравнение расчетных данных с допустимыми нормами: 1 - норма; 2 - для П-образного однозвенного фильтра; 3 - для Г-образного однозвенного фильтра.
Рассмотрена задача подавления радиопомех, генерируемых полупроводниковыми преобразователями, в бытовой аппаратуре, бытовых электротехнологических установках, в состав которых входят тиристорные, транзисторные и другие полупроводниковые системы управления, в качестве источника помехо-образования. Сформулированы рекомендации по расчету радиопомех тиристорных систем, а также по выбору помехоподавляющих устройств.
ЛИТЕРАТУРА
1. В.К. Душин, А.Н. Феоктистов. Способы компенсации воздействия электромагнитных помех на электронную аппаратуру. «Проблемы повышения эффективности работы систем в условиях интенсивного развития современных электротехнических комплексов». ГОУВПО «МГУС». - М., 2005, с.44 - 46.
2. А.Н. Феоктистов. Промышленные помехи как основные факторы нестабильной работы ЭВМ и методы их устранения. «Информационные технологии в сфере сервиса», ГОУВПО «МГУС». - М., 2004, с. 129 - 134.
Поступила 15. 06. 2006
