Вплив електромагнітних перешкод - Вирішення проблем живлення, заземлення, блискавкозахисту, ЕМС

Автор статті Куземко Володимир Володимирович,

технічний директор компанії ЛЕС-ТВ

РІС. 1

РІС. 2

У сучасних приладах, оснащених імпульсними джерелами живлення, основна частина мережевої перешкоди проникає через відносно велику (0.01..0.05 мкФ) ємність мережного фільтра, що є на вході практично всіх імпульсних блоків живлення. Ємнісний дільник С1, С2 створює на загальному дроті пристрою середню напругу 110 В по відношенню до нуля мережі (перевірте тестером щодо батареї або нуля) та вихідним струмом короткого замикання 0.3 - 0.8 мА (типове значення).

Приклад: власник невеликої тиражної студії (30 магнітофонів NV-HS1000) дуже дивувався, помічаючи, що його "б'є" від загальної землі магнітофонів. І не дивно - сумарна ємність усіх паралельно з'єднаних мережевих фільтрів склала майже 0.5 мкФ, що відповідало струму короткого замикання близько 20 мА, який є небезпечним для життя! Спроба приєднати довгим кабелем до цієї системи заземлений магнітофон BETACAM призвела до появи добре помітної 50-Гц перешкоди, що змінювалася при похитуванні з'єднувального гнізда.

Причиною перешкоди було падіння напруги на обплетенні кабелю та високому перехідному опорі розбовтаного роз'єму, викликане протіканням сумарного 50-Гц струму від фазного дроту мережі шляхом А-Б-В-Г в провід заземлення (рис.3).

Допомогло заземлення кількох магнітофонів (рис.4, точки Д і Е), заміна тонкого кабелю більш якісний і розбовтаних "тюльпанів" на нові золочені цангові, що забезпечують кращий контакт.

РІС. 4

Найбільш правильне рішення в такому випадку полягає вокремому заземленні кожного з магнітофонів на низькоімпедансну шину заземлення.

Аналогічні проблеми є типовими для всіх користувачів побутової та напівпрофесійної апаратури, оснащеної двопровідним шнуром мережевого живлення. Подібні пристрої добре працюють у невеликому комплексі, що включає 3-4 апарати одного класу без прив'язки до землі.

Середній потенціал загального дроту всіх пристроїв системи – 110 В щодо нуля мережі. Завдяки симетрії (у першому наближенні) вхідних фільтрів він практично дорівнює всім пристроїв і призводить до появи значних струмів у сполучних кабелях (рис.5). Збільшення кількості апаратів, приєднання пристроїв довгими кабелями та заземлення одного з елементів системи іноді можуть призводити до різкого зростання рівня перешкод. У подібних системах, що включають кілька пристроїв, з'єднаних один з одним, проявляється ще один канал проникнення перешкод, пов'язаний із "закільцьовування" земель (рис.6). Заштрихований контур А-Б-В-А, що складається з трьох кабелів, працює як приймальна рамкова антена. Будь-яке зовнішнє магнітне поле індукує в цьому контурі струми, що протікають по обплетення кабелів. Вони викликають падіння напруги на опорі обплетення та роз'ємів, що складається з напругою корисного сигналу. Джерел змінного магнітного поля може бути безліч - мережеві трансформатори, що відхиляють системи телевізорів, двигуни магнітофонів та вентиляторів тощо. Основний засіб боротьби з цим каналом проникнення такого роду перешкод - усунення (розрив) земляних контурів та/або зменшення їхньої площі, перехід на зіркоподібне з'єднання пристроїв.

РІС. 7Приєднання всіх пристроїв "зіркою"до центрального комутатора із заземленим загальним проводом дозволило зменшити кількість і сумарну площу земляних петель, розв'язати струми перешкод, укоротити їм шлях до землі та виключити їхній взаємний вплив (рис.7). Рівень перешкод знизився загалом на 12-18 дБ.

Інша сторона проблеми, пов'язаної з використанням приладів різних класів заземлення - перевантаження та пробої сигнальних входів та виходів. Наприклад, при підключенні кабелю, що йде від заземленого мікшерного пульта до незаземленого VHS магнітофона центральний контакт роз'єму "тюльпан" може торкнутися раніше земляного контакту. Якщо цей момент збігається з точкою максимуму мережевої синусоїди, то напруга конденсаторів С1 і С2 (рис.2), заряджених до напруги 155 (220 2) буде прикладено до входу магнітофона і виходу мікшера. Іноді це призводить до пробою вхідних/вихідних ланцюгів або "защіпки" мікросхем. Ситуація аналогічна при з'єднанні двох незаземлених пристроїв, що живляться різних фаз мережі. Більш високий рівень вимог у професійній і мовній апаратурі вимагає і більш коректного підходу до вирішення проблем заземлення, тому апарати таких класів зазвичай оснащені трипровідними вилками з третім контактом "брудної" землі мережевого фільтра, а деякі - окремою додатковою клемою сигнального заземлення.

РІС. 8При правильному виконанні заземлення за такою схемою струми перешкод стікають у шину заземлення, не створюючи падіння напруги на екранах сигнальних кабелів. Необхідна умова нормальної роботи такої системи - низький опір шини заземлення та заземлюючих провідників. Струми перешкод (рис.8) повинні текти по ланцюгах А-Б-В-земля та А1-Б1-В1-земля. Якщо ж опір земляної шини на ділянці Б-В (Б1-В1) виявиться вищим,ніж опір обплетення кабелю Г-Д струм струм перешкоди потече по кабелю, створюючи напругу перешкоди на вході другого пристрою.

Як видно, конкретний шлях паразитних струмів залежить від співвідношення декількох дуже малих і важко контрольованих опорів, сильно залежать, наприклад, від чистоти і акуратності виконання сполук. Це й породжує міфи про “невідомо звідки” перешкоди, що беруться, “від яких не допомагає ніяке заземлення”. Ситуація нагадує поведінку води, розлитої на столі - заздалегідь важко сказати, куди вона потече, і невеликого нахилу досить, щоб зробити ситуацію певною. Постійне та акуратне дотримання загальних правил дозволяє помітно знизити рівень перешкод у системі та гарантувати, що він не підвищиться при зміні її конфігурації.

РІС. 9

Наведений аналіз не претендує на повноту і визначає лише невелику частину ситуацій, із якими доводиться зустрічатися практично. Ми будемо раді дізнатися від Вас, шановні читачі, цікаві випадки та вдалі рішення, про які ми із задоволенням розповімо у наступних випусках.

Оскільки кожен захід боротьби з перешкодами та наведеннями часом нагадує сеанс чорної або білої магії, то ми пропонуємо Вам перевірені роками кошти, які Ви зможете придбати лише у нас.