Комп’ютер як джерело перешкод
у розділі "Статті" на сайті
www.electrosad.ru
Існує два основних види перешкод, що генеруються комп'ютером.
1. Перешкоди, що генеруються швидкісними дискретними пристроями – системної плати. За характером, високочастотні перешкоди з частотами кратними тактовим частотам наведених нижче вузлів та його складових частин (ядро, кеш, . ), а спектральне розподіл визначається ще й алгоритмами роботи і процесора.
а. Широкосмугові - комутаційні, їх генерують:
- БП комп'ютера,
- регульовані джерела живлення процесорів та пам'яті (інвертори)
- БП через нелінійність навантаження.
ВЧ перешкоди генеровані ПК
Тут, на цьому сайті ***** розказано про механізм генерації перешкод першої групи джерел, там ***** описаний спосіб їх ефективного придушення безпосередньо на джерелі.
Про поширення перешкоди по лініях зв'язку, синфазної перешкоді, їх вплив на корисний сигнал і більш докладно про методи боротьби з перешкодами, що розповсюджуються лініями зв'язку (у тому числі кабельним), розказано у статті "Види перешкод у лініях передачі інформації та способи боротьби з ними".
А тут скажу лише кілька слів про способи боротьби із перешкодами.
Існує ще один спосіб придушення вихідних та вхідних ВЧ перешкод у лініях передачі інформації, про який хотілося б нагадати та настійно порекомендувати. Це феритові трубки, що захищають зовнішні лінії підключення до комп'ютера від високочастотних перешкод. Вони ефективно пригнічують ВЧ перешкоди, що поширюються по поверхні коаксіальних ліній (поверхнева хвиля) і синфазні перешкоди в двопровідних лініях, підкреслюю як від вихідних, так і від зовнішніх перешкод.
Для цього застосовується два види феритовихматеріалів трубок: резистивного та індуктивного типу.
Принцип дії феритових трубок (кілець) індуктивного типу заснований на створення за допомогою феритової трубки загороджувальної індуктивності, що послаблює поверхневу або синфазну хвилю. Трубка на лінії зв'язку еквівалентна кільком виткам цієї лінії на феритовому кільці, тільки при цьому не вкорочується кабель. У робочій смузі частот фериту застосовуваного у Ф. трубці – це чиста індуктивність, а на більш високих частотах енергія перешкоди поглинається матеріалом трубки та переходить у тепло.
Принцип дії резистивних трубок (кілець), що мають у широкій смузі частот постійний імпеданс, заснований на поглинанні перешкод, що поширюються по лінії матеріалом сердечника.
Цей спосіб широко відомий, але застосовується лише фахівцями боротьби з перешкодами.
На фото ви бачите потовщення на кабелях багатьох зовнішніх пристроїв. Зараз випускаються роз'ємні феритові трубки, які мають різні типорозміри і можуть бути встановлені Вами самостійно на кабель, що потребує захисту (на фото зліва).
Достатньо 3-5 витків.
У випадку показаному на рис.2, зліва після встановлення кільця, сторонні шуми стали практично не чути динаміки колонок Microlab B 75 .
В ідеальному випадку всі кабелі підключені до системного блоку ПК повинні бути захищені ними.
Широкополосні перешкоди блоку живлення ПК
БП комп'ютера теж є джерелом перешкод, як для його навантажень, так і для мережі живлення. Джерелом перешкод є інвертор блоку живлення, він створює перешкоди в діапазоні частот від десятків кілогерц до кількох мегагерц. Вплив перешкод мінімізується до допустимих значень вбудованими вхідними та вихіднимифільтрами. Іноді в "no name" блоки живлення не мають таких фільтрів або мінімізують їх за допомогою блокувальних конденсаторів, включених паралельно мережному кабелю, тому їх застосування не рекомендується. Нормальні фільтри LC зображені на рис. 3, праворуч.
Оскільки даний вид перешкод повністю усувається заміною БП на нормальний, даний вид перешкод тут не розглядаємо.
НЧ перешкоди створювані блоком живлення комп'ютера в силовій мережі
Також відомо, що симетричні (це мостові і диференціальні) схеми мають мінімум гармонійних складових на парних гармоніках, відповідно максимум на непарних гармоніках, тому сумарний споживаний струм буде описаний виразом
тут I 1, I 3, I 5 - діючі значення 1,3,5 гармонік струму (вплив гармонік I 2, I 4 - дуже мало).
Понад 90% споживаної енергії зосереджено області 1 - 5 гармонік. Це частоти 50, 150, 250 Гц. Як перешкоди це не дуже, які частоти, але тим вони і страшні. Чим ближче до основної частоти перешкоди, тим складніше придушити її. Ці перешкоди збагачують мережу живлення підвищеними гармоніками, що призводить до нагрівання елементів розрахованих на роботу в мережі 50 Гц, здебільшого це пристрої містять обмотки на сердечниках з електротехнічної сталі. Наприклад, трансформатори пристроїв підключених на лінії з перешкодами.
У неякісних мережах із підвищеним опором Z = XL + R (протяжні сільські та міські мережі приватного сектора) рівень гармонік різко зростає.
На малюнках зліва зображено випрямлену діодним мостом Br1 напругу мережі - зеленим кольором та напругу на накопичувальних конденсаторах - червоним кольором. Синім кольором показані імпульси струму блоком живлення, що відбирається від мережі.комп'ютера. Ці імпульси струму сфазовані (синхронні) із напругою мережі. На сучасних блоках живлення амплітуда імпульсів струму перевищує 10 А.
Ситуація особливо посилюється, коли на одній лінії живлення працюють десятки комп'ютерів, струми в лінії живлення практично підсумовуються, через їх синхронність.
У статті О.Григор'єва "Комп'ютер у навантаження", Комп'ютера №472 http://www. computerra / ru / offline /2002/22266 (завантажити або тут) описані процеси в трифазній мережі живлення. Вони відрізняються гармонійними складовими, це
тут I 3, I 9, I 15 – діючі значення 3,9,15 гармонік струму. Крім того, трифазні мережі живлення в Україні мають схему «Зірка». Вони мають 4х провідну схему, де три фідери, силові переріз яких розрахований на проектну потужність навантаження, а один меншого перерізу «Нуль», через нього в нормальних умовах протікає струм менше струму будь-якої фази, тому поки його перетин завжди менше.
Струм через нульовий провід може зростати тільки при нерівномірному завантаженні фаз (перекіс не більше 10%) і наявності гармонійних складових струму навантаження. Перше обумовлюється проектними нормами, хоча зараз у нашій стихії не завжди виконується, а друге докладно описано у статті, про яку тут йдеться.
Все це має плачевні наслідки, підвищені струми через нульовий провід мережі призводить до його нагрівання, руйнування ізоляції, спрацьовування запобіжників. А гармоніки призводять до збільшення струму в нульовому дроті більш ніж у 1,5 рази порівняно із струмом у фазі. Вони також збільшують втрати в трансформаторах у пристроях підключених до лінії та на підстанціях, погіршення умов роботи конденсаторів компенсації реактивної потужності навантаження та можливого виникнення резонансних явищ з індуктивністю мережі начастотах гармонік.
Результат про який не пишуть
Головне до чого призводять підвищені струми в нульовому дроті, це виникнення з його опору Z , підвищеної напруги. Ці напруги різні для різних об'єктів на території, як «сидять» на одному фідер, так і на різних фідер. Мені відомі випадки, коли різниця напруги в точках підключення нульового дроту на сусідніх об'єктах (будинках) перевищувала 50 вольт.
До чого це спричиняє.
Для простого перекосу фаз при підключенні нульового дроту до нуля об'єкта (захисне занулення, зараз говорять система вирівнюючи напруги) різницю напруг між сусідніми об'єктами створювало струми перетікання між об'єктами. Ці струми плавили кабелі зв'язку, оплетка яких заземлялася на об'єктах (реальні струми досягали десятків-сот ампер). Навіть якщо кабелі не плавляться, цей струм, що протікає по обплетенні або земляній жилі кабелю, наводить на сигнальних ланцюгах напругу порівнянну з тим, що утворює цей струм.
У разі наявності гармонік в ланцюгу нуля їх струми наводять у сигнальних ланцюгах перешкоди з частотою 150, 450, 750 Гц.
В останньому випадку обов'язково застосування ізолюючих трансформаторів на лініях зв'язку між об'єктами кожної лінії.
Як уникнути НЧ перешкод і захистити від них мережі?
Наприклад, подібно до застосування ізолюючого трансформатора в кожній лінії передачі інформації, можна застосувати один ізолюючий трансформатор в ланцюзі живлення на приймальній стороні системи. Або для живлення комп'ютерів. Застосовуючи інші схеми включення його обмоток, можна також істотно посилити роботу штатних і додаткових фільтруючих пристроїв застосовуваних для фільтрації напруги мережі.
Як крайній вихід із ситуації може бути виконаний перехід на харчуваннягруп комп'ютерів від мережіпостійного струмуз вживання заходів щодо ізоляції сторони постійного струму від сторони змінного струму джерела. Якщо придушити перешкоди близьких за частотами непарних гармонік у силових мережах змінного струму складно, то придушити їх у мережі постійного струму не є складним завданням.
Особливо важливо, що на відміну від мережі змінного струму, де в групі комп'ютерів підключених до мережі відбір струму відбувається синхронно всіма комп'ютерами і струми підсумовуються 1 , то при живленні від постійного струму блоки живлення комп'ютерів відбирають потужність з мережі живлення асинхронно (випадково). Через війну споживаний струм усереднюється, яке амплітуда знижується, тому знижуються і вимоги до виконання мережі постійного струму.
Але оптимальне рішення індивідуальне кожної ситуації.
1 Якщо вам нічого не каже сказане вище, ось простий та наочний приклад. Блок живлення системного блоку комп'ютера потужністю 300 Вт, що працює на номінальній потужності, має середній струм трохи більше 1 Ампера. У цьому амплітуда імпульсів струму перевищує 5 Ампер. Якщо в офісі працює 10 таких комп'ютерів амплітуда імпульсів струму перевищує 50 А, при середньому струмі наскільки більше 10 А. Результат - автоматичний захист струму не спрацьовує, але мережі піддаються п'ятикратному перевантаженню по струму, а це перевантаження з'єднань, втрати в мережі розведення (особливо якщо вони довгі).