ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЖГУТОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ С УЧЕТОМ ПЕРЕКРЕСТНЫХ ПОМЕХ. Проектирование электрических жгутов электротехнических комплексов летательных аппаратов с учетом перекрестных помех
 Скачать 4.32 Mb.
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)» На правах рукописи НГУЕН ВАН ТАЙ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЖГУТОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ С УЧЕТОМ ПЕРЕКРЕСТНЫХ ПОМЕХ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель д. т. н., профессор Кириллов Владимир Юрьевич Москва – 2022 2 Оглавление Оглавление............................................................................................................ 2 ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 4 1. ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОМЕХИ В ЖГУТАХ БОРТОВОЙ КАБЕЛЬНОЙ СЕТИ ....................................................................... 11 1.1 Распространение перекрестных помех через емкостные связи .............. 11 1.2 Распространение перекрестных помех через индуктивные связи .......... 30 1.3 Распространение перекрестных помех с учетом емкостных и индуктивных связей ........................................................................................... 36 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПУТЕЙ ПРОКЛАДЫВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЖГУТОВ С МИНИМАЛЬНОЙ СУММАРНОЙ ДЛИНОЙ ПРОВОДНИКОВ.... 42 2.1 Топологическая модель для определения путей прокладывания электрических жгутов ....................................................................................... 42 2.2 Алгоритм определения путей прокладывания жгутов с минимальной суммарной длиной проводников на графе ...................................................... 47 2.3 Определение путей на графе для прокладывания жгутов с минимальной суммарной длиной проводников ...................................................................... 52 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПУТЕЙ ПРОКЛАДЫВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЖГУТОВ С УЧЕТОМ ПЕРЕКРЕСТНЫХ ПОМЕХ .......................................... 56 3.1 Алгоритм проектирования путей прокладывания электрических жгутов на графе с учетом перекрестных помех........................................................... 57 3.2 Определение путей на графе для прокладывания жгутов с учетом перекрестных помех .......................................................................................... 61 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРЕКРЕСТНЫХ ПОМЕХ .. 65 4.1 Экспериментальные исследования перекрестных помех в электрических жгутах с неоднородностями экранов ............................................................... 65 4.2 Исследование перекрестных помех в электрических соединителях ...... 75 3 4.3 Исследование перекрестных помех во внутреннем пространстве макета бортового приборного модуля .......................................................................... 83 4.4. Способ определения минимального расстояния между двухпроводными линиями электрических жгутов для обеспечения допустимого уровня перекрестных помех .......................................................................................... 94 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................... 109 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ................................................................................... 112 Приложение 1: Программное обеспечение ................................................... 119 Приложение 2: Описание шагов выполнения алгоритма ............................ 132 Приложение 3: Характеристики электрических соединителей типов РП14- 30ЛО и СНЦ23-10/18Р-6-В. ............................................................................ 138 4 ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы исследования Электрические жгуты электротехнических комплексов летательных аппаратов прокладываются по определенным трассам, которые проходят по внутренним участкам конструкции корпуса. Общая длина проводников бортовой сети летательных аппаратов может составлять значительную часть массы летательного аппарата. Важной задачей при проектировании бортовой сети является задача минимизация общей длины проводников, и как следствие массы жгутов бортовой сети. Решение задачи минимизации общей длины проводников электрических жгутов бортовой сети заключается в нахождении оптимальных трасс прокладки жгутов в конструкции летательного аппарата [34]. При формировании электрических жгутов, помимо массогабаритных требований и особенностей конструкции летательного аппарата, необходимо руководствоваться требованиями электромагнитной совместимости проводников, и кабелей, объединенных в жгуты. Из-за наличия емкостных и индуктивных связей между проводниками бортовой сети возникают перекрестные электромагнитные помехи, которые могут ухудшать качество функционирования бортовых электротехнических комплексов. Проводники и кабели бортовой сети, объединенные в жгуты, не должны создавать нежелательных перекрестных электромагнитных помех [31-36]. Перекрестные электромагнитные помехи — это нежелательное явление, возникающее, в результате влияния электрических и магнитных полей одного или нескольких источников сигналов на приемник (рецептор). Источниками могут быть бортовые электронные приборы и устройства, проводники электрических жгутов, создающие излучаемую или кондуктивную помехоэмиссию. Приемниками 5 перекрестных электромагнитных помех являются электрические цепи и жгуты проводников бортового электротехнического комплекса. Под электромагнитной совместимостью проводников в электрических жгутах понимается выполнение условия, при котором уровень перекрестных помех между проводниками в электрическом жгуте из-за индуктивных и емкостных связей не превышает предельно допустимого уровня кондуктивных помех, который определяется нормативными значениями стандарта [17, 69]. Уровень перекрестных помех может быть задан в технических условиях на проектирование электротехнического комплекса и должен контролироваться на всех этапах проектирования бортовой сети. Вопросами перекрестных помех в линиях передачи и электрических соединителях посвящены работы таких авторов как: Л.Н Кечиев, А.Й Шваб, Н.В Балюк [5, 6, 26, 63]. Вопросам помехозащищенности электрических жгутов электротехнических комплексов летательных аппаратов с плетеными экранами посвящены работы таких авторов как: В.И. Кравченко, И.И. Гроднев, А.Ф. Дьяков, В.Ю. Кириллов, М.М. Томилин, М.В. Марченко, В.Х. Нгуен, R.D. Leach, M.B. Alexander, C.A. Clarke, W.E. Larsen, E.F. Vance, T. Kley, M. Tyni [14, 33, 34, 45, 46, 50, 66, 68 -71, 75]. Для проектирования жгутов бортовой сети применяются специальные компьютерные программы, разработанные рядом предприятий промышленности. Компьютерные программы «МАКС» предприятия АО «Опытно-конструкторское бюро «Аэрокосмические системы» и «EPLAN» компании «EPLAN Software & Service» позволяют проектировать трассы электрических жгутов бортовых электротехнических комплексов, но не учитывают условия электромагнитной совместимости проводников в электрических жгутах и между жгутами в бортовой сети. Проектирование электрических жгутов с учетом перекрестных помех, 6 представляет собой актуальную научно-техническую задачу, которая является составной частью проблемы проектирования электротехнических комплексов летательных аппаратов. Цель диссертационной работы Целью диссертационной работы обеспечение электромагнитной совместимости бортовых комплексов летательных аппаратов путем применения топологической модели и алгоритма прокладывания путей электрических жгутов на графе с учетом перекрёстных помех. Для достижения поставленной цели в диссертации сформулированы следующие основные задачи: - исследовать перекрестные электромагнитные помехи двухпроводных линий электрических жгутов; - оценить соответствие теоретических расчетов и экспериментальных измерений уровней перекрестных помех в двухпроводных линиях электрических жгутов; - предложить топологическую модель в виде графа, отображающего возможные пути прокладывания электрических жгутов в конструкции летательного аппарата; - разработать алгоритм прокладывания путей электрических жгутов на графе с минимальной суммарной длиной проводников и с учетом перекрестных помех; - исследовать перекрестные помехи в электрических жгутах с учетом неоднородностей экранов в виде зазоров с электропроводными соединениям; - исследовать перекрестные помехи с учетом особенностей внутреннего пространства макетов приборных модулей и конструкционных отсеков; - исследовать перекрестные помехи между контактами электрических соединителей бортовых жгутов; 7 - разработать способ определения минимального расстояния между неэкранированными двухпроводными линиями электрических жгутов, при которых уровень перекрестных помех соответствует заданным нормативным значениям. Методы исследования При решении сформулированных задач использовались: методы теоретической электротехники, теория графов, а также теория функций комплексного переменного. Научная новизна диссертационной работы Научная новизна данной работы заключается в следующем: - предложена топологическая модель, в виде графа, позволяющая отображать возможные пути прокладывания электрических жгутов в конструкции летательного аппарата; - разработан алгоритм прокладывания путей электрических жгутов на графе с минимальной суммарной длиной проводников и с учетом перекрёстных помех; - результаты исследования перекрестных помех в электрических жгутах с учетом неоднородностей экранов в виде зазоров с электропроводными соединениями; - результаты исследования перекрестных помех с учетом особенностей внутреннего пространства макетов приборных модулей и конструкционных отсеков; - результаты исследования перекрестных помех между контактами электрических соединителей бортовых жгутов; - способ определения минимального расстояния между проводниками электрических жгутов, при которых уровень перекрестных помех соответствует заданным нормативным значениям. 8 Практическое значение диссертационной работы Практическое значение данной работы заключается в следующем: - алгоритм, позволяет определять пути электрических жгутов электротехнических комплексов летательных аппаратов на топологический модели в виде графа, отображающей конструкцию летательного аппарата при выполнении условия электромагнитной совместимости с учетом перекрестных помех; - программное обеспечение, реализованное в компьютерной среде «MATLAB», реализует алгоритм определения путей прокладывания электрических жгутов на графе с учетом перекрестных помех; - перед применением электрических соединителей в жгутах рекомендовано проводить предварительные исследования резонансных свойств электрических соединителей в частотном диапазоне перекрестных помех; - предложены рекомендации для исследования перекрестных помех между двухпроводными линиями электрических жгутов, размещаемых во внутреннем объеме модулей и конструкционных отсеках; - предложен способ, позволяющий определять минимальные расстояния между проводниками двухпроводных линий электрических жгутов, при которых обеспечивается уровень перекрестных помех, соответствующий заданным нормативным значениям. Основные положения, выносимые на защиту - топологическая модель в виде графа, позволяющая отображать возможные пути прокладывания электрических жгутов в конструкции летательного аппарата; - алгоритм прокладывания путей жгутов на графе с минимальной суммарной длиной проводников и с учетом перекрестных помех; 9 - исследование перекрестных помех в электрических жгутах с учетом неоднородностей экранов в виде зазоров с электропроводными соединениями; - исследование перекрестных помех с учетом особенностей внутреннего пространства макетов приборных модулей и конструкционных отсеков; - исследование перекрестных помех между контактами электрических соединителей бортовых жгутов; - способ определения минимального расстояния между проводниками электрических жгутов, при которых уровень перекрестных помех соответствует заданным нормативным значениям. Апробация работы и публикации Публикации в научных изданиях, входящих в перечень ВАК: 1. Нгуен Ван Тай., Кириллов В.Ю. Проектирование трасс электрических жгутов бортовой сети с учетом электромагнитной совместимости// Технологии электромагнитной совместимости. – 2020. – № 2. – C. 29 – 35. 2. Нгуен Ван Тай., Кириллов В.Ю. Исследование перекрестных помех в электрических жгутах с неоднородностями экранов// Вестник Московского энергетического института. – 2020. – № 6. – C. 76 – 81. 3. Нгуен Ван Тай., Кириллов В.Ю. Перекрестные помехи в электрических соединителях// Электричество. – 2021. – №3. – C. 54 – 59. 4. Нгуен Ван Тай., Кириллов В.Ю. Перекрестные помехи во внутреннем пространстве бортового приборного модуля// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2021. – №2. – C. 563 – 568. Публикации по теме диссертации в других научных изданиях: 5. Нгуен Ван Тай., Кириллов В.Ю. Проектирование электрических жгутов электротехнических комплексов летательных аппаратов// Тезисы докладов 18-ой Международной конференции «Авиация и 10 космонавтика» (г. Москва, МАИ, 18 – 22 ноября 2019г). – Москва, 2019. – C. 100 – 101. 6. Нгуен Ван Тай., Кириллов В.Ю. Проектирование трасс электрических жгутов летательных аппаратов с учетом электромагнитной совместимости// Тезисы докладов 26-ой Международной научно- технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, МЭИ, 12–13 марта 2020г). – Москва, 2020. – С. 381. 7. Нгуен Ван Тай., Кириллов В.Ю. Исследование перекрестных помех в электрических жгутах// Тезисы докладов 7-ой Всероссийской научно- технической конференции «Техно ЭМС» (г. Москва, МИЭМ, 24 – 26 марта 2020г). – Москва, 2020. – С. 13 – 15. 8. Нгуен Ван Тай., Кириллов В.Ю. Исследование перекрестных помех в электрических соединителях// Тезисы докладов 19-ой Международной конференции «Авиация и космонавтика» (г. Москва, МАИ, 23 – 27 ноября 2020г). – Москва, 2020. – С. 293 – 294. 9. Нгуен Ван Тай., Кириллов В.Ю. Исследование перекрестных помех электрических жгутов в закрытом пространстве макета приборного модуля// Тезисы докладов XLVII Международной молодёжной научной конференции «Гагаринские чтения» (г. Москва, МАИ, 20 – 23 апреля 2021г). – Москва, 2021. – С. 505. Структура и объем диссертационной работы Диссертационная работа изложена на сто сорока двух машинописных страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, включающего семьдесят пять наименований и приложения. Иллюстрационный материал содержит сорок девять рисунков. 11 1. ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОМЕХИ В ЖГУТАХ БОРТОВОЙ КАБЕЛЬНОЙ СЕТИ 1.1 Распространение перекрестных помех через емкостные связи Перекрестные помехи распространяются через емкостные и индуктивные связи между проводниками жгутов. Емкостная связь, или электрическая связь вызывается взаимодействием схем через электрические поля. Это вид связи обычно определяется в литературе как электростатическая связь, что неверно, поскольку поля не являются статическим. Схема, иллюстрирующая наличие емкостных связей между неэкранированными и проводниками, и землей, приведена рис 1.1а. Расчет кондуктивных помех, возникающих вследствие наличия емкостной связи между проводниками, ведется в соответствии с эквивалентной схемой рис 1.б. Источник ЭДС E на проводнике 1 необходимо рассматривать как источник помех, а проводник 2- как электрическую цепь –приемник на которую воздействуют перекрестные помехи или рецептор. Напряжение перекрестных помех U п , выделяющееся на проводник 2 схемы на рис 1.1б, можно представить в виде формулы 12 2 1 12 23 2 12 13 2 12 23 12 13 13 23 12 23 2 12 23 , ( ) ( ) ( ) 1 ( ) 1 1 ( ) 1 П Rj C E U R j R C C R C C RR C C C C C C j R C C R j R C C = + + + − + + + + + + + + (1.1) где 3 4 3 4 R R R R R = + – эквивалентное сопротивление Емкостью, включенной параллельно источнику, как, например, С 1З на рис 1, можно пренебречь, поскольку на связь между источником и рецептором она существенно не влияет [48]. Если принять R 1 0 (R 2 – принимает достаточно большие значения) и учесть, что емкостью С 1З в силу ее малости можно пренебречь. Напряжение перекрестной помехи U п , на проводнике можно представить в виде формулы 12 23 12 , ( ) 1 П Rj C U E j R C C = + + (1.2) С 13 , С 23 – емкость прямолинейного провода конечной длины, определяется по формуле [22] 0 13 23 , 2 C С C = = (1.3) 12 Здесь С 0 определяется по формуле 2 0 2 2 4 , ln 1 ln 1 2 2 i i i i i i l С l l l l N a a h h + + + + + + 2 2 2 2 1 1 , i i i i i i l a h h N a l l l = + − + − + где l i (i =1, 2) – длины проводов 1 и 2; a i (i=1, 2) – Радиусы сечениiи проводов 1 и 2; ε – диэлектрическая постоянная; h – высота провода относительно земли. С 12 – емкость между параллельными проводами, определяется по формуле [22]: 12 11 22 12 1 , 2 С + + (1.4) Где: 2 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 , 2 l a a Arsh l a l l = + − + 2 2 2 2 22 2 2 2 2 1 1 , 2 l a a Arsh l a l l = + − + 1 2 2 2 2 1 12 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 [ 1 4 ( 1) 1 ], l l l l l l Arsh Arsh Arsh l d l d l d d d l d d l l l l l l l − = + − − + + + + − − + − + где d 1 , d 2 – расстояние между проводниками 1 и 2. Если l 1 = l 2 = l; a 1 = a 2 = a то С 12 определяется по формуле 12 1 , ln 2,303 l C d D a = − (1.5) где коэффициент D1 определяется выражениями: При l/d>1 2 2 1 1 ( ) 1 1 1 lg 2,303 2 d d d l l l D − + − + + = + 13 Рис. 1.1. Емкостные связи между неэкранированными проводниками: а – физическое представление; б – эквивалентная схема; Е – источник ЭДС; R 1 – сопротивление источника; R 3 – сопротивление приемника; R 2 , R 4 – сопротивления нагрузки; С 12 – емкость между проводниками 1 и 2; С 13, С 23 – емкости между проводниками и землей; U П – напряжение перекрестной помехи 14 При l/d≤1 2 2 1 0,307 1 1 1 lg 2,303 d l l l l d d d D l d − + − + = + В случае, когда проводник 2 имеет экран (рис 1.2а) эквивалентная схема распространения помех через емкостные связи приведена на рис 1.2б. В данном случае на экран наводится напряжение, вычисляемое по формуле [34] 1 1 э э э эз С U E С С = + Так как ток смещения через емкость С 2Э не протекает, на проводнике 2 наводится напряжение П э U U = Когда экран заземлен, U Э =0 и напряжение помехи U П на проводнике 2 также уменьшается до 0. Случай, когда центральный проводник не выходит за пределы экрана является идеальным и он нетипичен. На практике центральный проводник часто выходит за экран, как показано на рисунке 1.3. В этом случае, емкости С 12 и С 2З существуют. Даже если экран заземлен, на проводник 2 наводится напряжение перекрестных помех. При заземленном экране эквивалентную схему (рис 1.3б) можно упростить (рис 1.3в). На проводник 2 наводится напряжение перекрестных помех, определяясь следующим выражением [48] 12 12 23 2 ( ) 1 П Э j RC U Е j R C C C = + + + (1.6) где С 12 – емкость между проводником 1 и экранированным проводником 2, определяется по формуле (1.4), при этом l 2 – длина проводника 2, выступающего за экран; C 23 – емкость между проводником 2 и землей, определяется по формуле (1.3). C 2Э – емкость между проводником 2 и экраном, определяется по формуле 2 2 2 2 , ln Э a l C r a = (1.7) где l – длина экрана; r – радиус экрана; для воздуха ε = ε 0 = 10 -9 /(36π) ф. 15 a) б) Рис. 1.2. Емкостная связь при наличии экрана проводника-приемника: а – физическое представление;б – эквивалентная схема; Е – источник ЭДС; U э – напряжение, которое наводится на экран; С 1Э – емкость между проводниками 1 и экраном; С 13 – емкости между проводником 1 и землей; С 2Э – емкость между проводниками 2 и экраном; С ЭЗ – емкости между экраном и землей. 16 a) б) в) Рис. 1.3. Емкостные связи между проводниками в случае выхода центрального проводника за пределы экрана: а – физическое представление; б – эквивалентная схема; в – упрощенная эквивалентная схема при заземленном экране; С 12 – емкость между проводником 1 и неэкранированной частью проводника 2, С 2З – емкость между неэкранированной частью проводника 2 и землей; С 1Э – емкость между проводниками 1 и экраном; С 13 – емкости между проводником 1 и землей; С 2Э – емкость между проводниками 2 и экраном; С Э3 – емкости между экраном и землей. 17 Рис. 1.4. Схема исследования перекрестных помех двухпроводных линий электрического жгута: 1, 2 – двухпроводные линии; Г – генератор; ИП –измерительный приемник; R 2 , R 4 – сопротивления нагрузки. 18 Рис. 1.5. Частотные диаграммы напряжений перекрестных помех U П в частотном диапазоне (0,1 – 100) МГц на проводнике 2 схемы на рис 1.1a с сопротивлениями R 1 = R 3 = 50 Ом; R 2 = R 4 =1 МОм: 1 – диаграмма, построенная по формуле (1.1); 2 – диаграмма, построенная по формуле (1.2); 3 – диаграмма, построенная с использованием результатов эксперимента. 19 Рис. 1.6. Частотные диаграммы напряжений перекрестных помех U П в частотном диапазоне (0,1 – 100) МГц на проводнике 2 схемы на рис 1.1a с сопротивлениями R 1 = R 3 = R 4 = 50 Ом; R 2 = 1 МОм; 1 – диаграмма, построенная по формуле (1.1); 2 – диаграмма, построенная по формуле (1.2); 3 – диаграмма, построенная с использованием результатов эксперимента. 20 В выражении (1.5) значение С 12 , и U П зависят от длины части проводника 2, выступающей за экран. Поэтому для хорошего экранирования от воздействия электрического поля необходимо: минимизировать длину центрального проводника, выходящего за пределы экран и обеспечить заземление экрана. Для сравнения расчетных и экспериментальных уровней перекрестных помех определены емкостные связи между двумя неэкранированными двухпроводными линиями со следующими заданными исходными данными в виде параметров проводников (схема 1.1): длины проводников l 1 = l 2 = 1 м; радиусы проводников a 1 = a 2 = 0,0003 м; расстояние между прямым и обратным проводником h = 0,00045 м; расстояние между двумя проводниками d=0,0009 м; ЭДС источника Е = 0,224 В с частотой f = (0,1 – 500) МГц; сопротивления нагрузки R 1 = R 3 = 50 Ом . На основе заданных исходных данных емкость, рассчитанная по формуле (1.4) между проводниками 1 и 2 равна С 12 = 2,5328·10 -11 Ф и емкость между проводником 2 и землей рассчитанная по формуле (1.3) равна С 2З = 3,8316·10 -12 Ф. На рис 1.4 приведена схема исследования перекрестных помех между двумя неэкранированными двухпроводными линиями электрического жгута. На рис 1.5 приведены расчетные и экспериментальные частотные диаграммы напряжений перекрестных помех U П на проводнике 2 схемы (рис 1.1) с сопротивлениями; R 2 = R 4 = 1 МОм. На рисунке: 1 – диаграмма, построенная по формуле (1.1); 2 – диаграмма, построенная по формуле (1.2); 3 – диаграмма, построенная на основе результатов эксперимента, схема которого приведена на рис 1.4. Из сравнительного анализа частотных диаграмм на рис 1.5, построенных по формулам (1.1), (1.2) и с использованием экспериментальных результатов, следует, что использование формулы (1.1) для расчета напряжения перекрестной U П на проводнике 2 схемы на рис 1.1a дает меньшее отклонение от результатов эксперимента, чем использование формулы (1.2). Для расчета напряжения перекрестных помех U П на 21 проводнике 2 формулу (1.1) можно использовать только в диапазоне частот (0,1 –40) МГц, на частоте выше 40 МГц расчет по формуле (1.1) дает большее отклонение между значениями расчетных и экспериментальных частотных диаграмм напряжений перекрестных помех, более 12,29%. На рис. 1.6. приведены частотные диаграммы напряжений перекрестных помех U П на проводнике 2 схемы на рис 1.1a с сопротивлениями R 4 = 50 Ом; R 2 = 1 МОм. На рисунке: 1 – диаграмма, построенная по формуле (1.1); 2 – диаграмма, построенная по формуле (1.2); 3 – диаграмма, построенная с использованием результатов эксперимента в соответствии со схемой рис. 1.4. Как следует из анализа частотных диаграмм на рис 1.6 для расчета напряжения перекрестной U П на проводнике 2 формулу (1.2) можно использовать в диапазоне частот (0,1 – 60) МГц. Отклонение составляет не более 18,81%. На частоте более 60 МГц расчет по формуле (1.2) приводит к значительным отличиям между расчетными и экспериментальными значениями напряжений перекрестных помех, более 18,81%. На рис 1.7 приведены частотные диаграммы напряжений перекрестных помех U П на проводнике 2 схемы на рис 1.1 с сопротивлениями R 2 = 50 Ом; R 4 = 1 Мом. На рисунке: 1 – диаграмма, построенная по формуле (1.1); 2 – диаграмма, построенная по формуле (1.2); 3 – диаграмма, построенная с использованием результатов эксперимента. Из анализа частотной диаграммы 2 на рис 1.7. следует, что при расчетном напряжения перекрестной U П на проводнике 2 можно использовать формулу (1.2) в диапазоне частот (0,1 – 55) МГц. Отклонение расчетной диаграммы напряжения перекрестных помех от экспериментальной не более 25,29%. На частотах выше 55 МГц формулу (1.1) или (1.2) использовать не рекомендуется из-за большого расхождения экспериментальный частотных диаграмм напряжений перекрестных помех, отклонение более 25,29%. 22 Рис. 1.7. Частотные диаграммы напряжений перекрестных помех U П в частотном диапазоне (0,1 – 100) МГц на проводнике 2 схемы на рис 1.1 сопротивлениями R 1 = R 2 = R 3 = 50 Ом; R 4 = 1 МОм: 1 – диаграмма, построенная по формуле (1.1); 2 – диаграмма, построенная по формуле (1.2); 3 – диаграмма, построенная с использованием результатов эксперимента. 23 Рис. 1.8. Частотные диаграммы напряжений перекрестных помех U П в частотном диапазоне (0,1 – 100) МГц на проводнике 2 схемы на рис 1.1a с сопротивлениями R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = 50 Ом: 1 – диаграмма, построенная по формуле (1.1); 2 – диаграмма, построенная по формуле (1.2); 3 – диаграмма, построенная с использованием результатов эксперимента. 24 На рис 1.8 приведены частотные диаграммы напряжений перекрестных помех U П на проводнике 2 схемы на рис 1.1a с сопротивлениями R 2 = R 4 = 50 Ом в диапазоне (0,1 – 100) МГц. На рисунке: 1 – диаграмма, построенная по формуле (1.1); 2 – диаграмма, построенная по формуле (1.2); 3 – диаграмма, построенная с использованием результатов эксперимента. Из анализа частотной диаграммы 2 на рис 1.8. следует, что при расчетном напряжения перекрестной U П на проводнике 2 можно использовать формулу (1.2) в диапазоне частот (30 – 75) МГц. Отклонения значений расчетных и экспериментальных частотных диаграмм напряжений перекрестных помех составляют не более 20,29 %. На частотах ниже 30 МГц или выше 75 МГц формулу (1.1) или (1.2) использовать нельзя из-за значительного отклонения между теоретическими и экспериментальными значениями напряжений перекрестных помех. Отклонение составляет более 20,29%. На рис 1.9 приведены частотные диаграммы напряжений перекрестных помех U П на проводнике 2 схемы на рис 1.1a с сопротивлениями R 2 = R 4 = 50 Ом в диапазоне (0,1 – 500) МГц. На рисунке: 1 – диаграмма, построенная по формуле (1.1); 2 – диаграмма, построенная по формуле (1.2); 3 – диаграмма, построенная с использованием результатов эксперимента. Как следует из анализа частотных диаграмм из-за резонансных явлений между проводниками на высоких частотах имеет значительное отклонение расчетных и экспериментальных значений напряжения перекрестных помех, которое составляет более 20,29 %. Следовательно, на частотах выше 75 МГц формулы (1.1) и (1.2) не могут использоваться для расчета на напряжения перекрестной U П . В этом случае необходимо выполняться по формулам для электрических цепей с распределенными параметрами. Формулы (1.1) и (1.2) можно использовать для расчета напряжений перекрестных помех U П на проводнике 2 схемы на рис 1.1a в низкочастотном 25 диапазоне менее 75 МГц, в этом случае рекомендуется использовать формулу (1.1) также в высокочастотном диапазоне (более 75 МГц) необходимо выполняться по формулам для электрических цепей с распределенными параметрами. Для исследования уровней помех, распространяющихся через емкостные связи между неэкранированными проводниками при наличии экрана вокруг проводника-Приемника в соответствии со схемой рис 1.3 заданы следующие исходные данные: длины проводников l 1 = l 2 = 1 м; длина экрана l Э = 0,78 м; радиусы проводников a 1 = a 2 = 0,0003 м; радиус экрана r = 0,004 м; расстояние между прямым и обратным проводником h = 0,00045 м; расстояние между двумя проводами d = 0,0049 м; ЭДС Е = 0,224 В; сопротивления нагрузки R = 50 Ом; частота f = (0,1 – 100) МГц. Расчетная емкость между проводниками 2 и землей: С 2З’ = 1,0649·10 -12 Ф; емкость между проводниками 1 и 2: С 12 = 1,6829·10 -12 Ф; емкость между проводником 2 и экрана: С 2Э = 5,0234·10 -15 Ф. Схема измерения экспериментальных значений перекрестной помехи приведена на рис 1.10 На рис 1.11 и рис 1.12 приведены частотные диаграммы напряжений перекрестных помех U П на проводнике 2 схемы на рис. 1.3. На рисунке: 1 – диаграмма, построенная по формуле (1.6); 2 – диаграмма, построенная с использованием результатов эксперимента. Из анализа частотной диаграммы 1 следует, что для расчета напряжения перекрестной U П на проводнике 2 можно использовать формулу (1.6) в диапазоне частот (0,1 – 15) МГц, так как отклонение расчетных и экспериментальных значений перекрестных помех не более 30,47%. На частотах выше 15 МГц формулу (1.6) использовать нельзя из-за больших отклонений расчетных и экспериментальных частотных диаграмм напряжений перекрестных помех, более 30,47%. 26 Рис. 1.9. Частотные диаграммы напряжений перекрестных помех U П в частотном диапазоне (0,1 – 500) МГц на проводнике 2 схемы на рис 1.1a с сопротивлениями R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = 50 Ом: 1 – диаграмма, построенная по формуле (1.1); 2 – диаграмма, построенная по формуле (1.2); 3 – диаграмма, построенная с использованием результатов эксперимента. 27 Рис. 1.10. Электрическая схема макета исследования перекрестных помех между неэкранированной двухпроводной линей и экранированной двухпроводной линией: 1 – неэкранированная двухпроводная линия 1; 2 – экранированная двухпроводная линия; 3 – перемычка; Г – генератор; ИП – измерительный приемник; R 2 , R 4 – сопротивления нагрузки. 28 Рис. 1.11. Частотные диаграммы напряжений перекрестных помех U П на проводнике 2 схемы на рис. 1.3 с сопротивлениями R = 25 Ом: 1 – диаграмма, построенная по формуле (1.6); 2 – диаграмма, построенная с использованием результатов эксперимента. 29 Рис. 1.12. Частотные диаграммы напряжений перекрестных помех U П на проводнике 2 схемы на рис 1.3 с сопротивлениями R = 25 Ом: 1 – диаграмма, построенная по формуле (1.6); 2 – диаграмма, построенная с использованием результатов эксперимента. 30 |