Главная » Мануалы

1 2 3 4 5 6 7 ... 11

ной мерой защиты трансформаторов от воздействия внешних электрических полей мог бы быть сплошной электростатический экран, во внутрь которого помещается трансформатор.

Очевидно, что в любом низкочастотном трансформаторе с магни-гопроводом броневого типа обмотки трансформатора частично защищены от воздействия внешнего электрического поля самим магнито-проводом. В таком случае остаются подверженными действию внешнего электрического поля те части обмоток, которые выступают за пределами магнитопровода и им не экранируются В таких случаях


Рис. 15. Штепсельный разъем уголкового агрегатного типа: а - вставка; б - колодка.

специфическим электростатическим экраном служат металлические немагнитные оболочки, закрывающие незащищенные части обмоток. Схематически такой экран показан иа рис. 17. В первом варианте конструкции такого специфического электростатического экрана (рис. 17, а) он как бы состоит из двух половинок, крепящихся с помощью стяжных шпилек трансформатора; во втором варианте кон струкция экрана такова, что он представляет собой металлический немагнитный корсет , обтягивающий всю катушку трансформатора с обмотками. При этом такой экран располагается между обмотками и магнитопроводом трансформатора (рис. 17, б).

В обоих случая описываемый экран не должен быть электрически замкнут накоротко, ибо в последнем случае он явится корот-козамкнутым витком трансформатора и в нем возникнут токи с частотой помех и рабочей частоты. Ток рабочей частоты будет очень большим из-за того, что сопротивление короткозамкнутого витка

2 В. Ю. Рогинский



большого поперечного сечения экрана мало. В результате трансформатор будет чрезмерно сильно нагружен этим током.

Что касается экранирующего действия за счет вихревых токов, возникающих в экране под воздействием внешнего электрического поля и обычно имеющих достаточно высокую частоту, как это отмечалось выше, то отсутствие короткого замыкания по низкой частоте или по постоянному току несущественно, ибо замыкание вихревых токов в этом случае можно рассматривать как происходящее через


Рис. 16. Разъемы.

а) I - вилки; 2 - гнезда и вилки ключей; 4 - пластмассовая панель; 3, 5 - керамические панели; 6 - концы гнезд; 7 - концы вилок;

б) I - лепестки; 2 - фиксирующие выступы; 3, 7 - пластмассовые колодки; 4 - гибкие элементы гнезда; 5 - гнезда; 6 - вилки; 8 - разрезные кольца; 9 - лысКи; 10 - конец вилки.

емкость Спром, образованной между концами обоих половинок экрана. Емкость Сдром оказывается достаточно большой: ее образование схематически показарю на рис. 17, в.

Примерно таким же образом можно объяснить действие незамкнутых одиовитковых или многовитковых обмоток трансформатора, служащих своеобразным электростатическим экраном, обладающим также свойством электромагнитного экрана за счет вихревых токов, индуктируемых полем помех. Схематически такая экранирующая обмотка показана на рис. 17, г. Обычно такая обмотка располагается поверх всех обмоток трансформатора.

Как видно из рис. 17, в электростатическом экране трансформатора отсутствуют торцевые стенки, которые закрывали бы обмотки трансформатора в тех частях, где они не прикрываются магнитопро-водом. Принципиально такие стенки экрана могут быть, а конструктивно они могут составлять одно целое с боковыми стенками экрана,



выполненного по варианту рис 17, а. Несколько сложнее конструктивно выполнить торцевые стенки по варианту рис. 17, б. Практически же торцевые стенки экрана трансформатора недостаточно сильно влияют на эффективность экранирования.


т

Рис. 17. Схематическое устройство электростатического экрана низкочастотных трансформаторов.

HjnepBbiE.. взгляд Еедставляется заманчивш^ тукратных или даже трехкр11ных~ эл№тростатических экранов. ВТгростейшем случае внутри первого 3KpaHa~paciT0JiS3eTcFTOTH


Эиронирующие гроВова

Рис. 18. .Схематическое устройство двойных электростатических экранов.

иной элемент устройства, который должен быть защищен от воздействия внешнего электрического поля, а на некотором расстоянии от первого экрана располагается второй экран, как это показано на рис. 18, а. Такое же действие двойного экрана может рассматриваться и в случае локализации электрического поля помех, создаваемых элементом схемы, расположенным внутри первого экрана 3i.



При использовании двойных электростатических экранов обычно исходят из рассуждений, что в промежутке между экранами остается значительно уменьшенное по интенсивности электрическое поле помех, а второй экран еще сильнее снижает интенсивность поля помех, действующих на экранируемую часть схемы радиоустройства. Подобный двойной электростатический экран можно сравнивать в известной мере с двухкаскадным усилителем с той точки зрения, что в усилителе общий коэффициент усиления К= Ki-Ki,aB экране к = Кэ1 К^2 рассматривая Kst как коэффициенты экранирования первого и второго экрана.

Многократные электростатические экраны практически не получили такого широкого применения, как многократные магнитные экраны, описываемые ниже. Тем не менее, представляет иетерес, как пример применения, двойной электростатический экран, схематически показанный на рис. 18. Такой экран используется в спе-


т

Рис. 19. К примеру расчета эффективности Экранирования: а - экран с заземлением; б - эквивалентная схема.

циальных трансформаторах в тех случаях, когда вторичная обмотка имеет относительно земли переменный потенциал U и необходимо, чтобы этот потенциал не влиял на разность напряжений выводов вторичной обмотки. Этим объясняется необходимость заземления Э] и подключение экрана к нижнему выводу вторичной обмотки.

При использовании одинарных или двойных электростатических экранов между обмотками трансформатора можно рекомендовать экраны, которые не являются короткозамкнутыми и не оказывают влияния на магнитное поле трансформатора. Простейшим таким электростатическим экраном может служить изоляционная прокладка с прикрепленной к ней клеем системой электрически соединенных проводов, как показано на рис. 18, в, г. Вместо экранирующих проводов между обмотками трансформатора можно проложить в качестве экрана металлическую фольгу с выводом от нее для заземления. Однако фольгу надо прокладывать аккуратно, не создавая из нее короткозамкнутый виток.

£t!S-S£LJS;!15!lTP22HS25 экранов, какуказывалось выше, весьма важно хорошее заземени§Г~харатггеримтеЗилы.м хоаритавлтаием заземляющего проводаТрис! 1ЭГа)771ля пояснения твлтшшпёлйчины сопротивления заземляющего провода на рис. 19,6



он заменен величинами и Lg, т. е. его активной и индуктивной составляющих; конденсатор С = 100 пф представляет здесь емкость тела А относительно экрана, все остальные величины показаны на рис. 19.

Пусть для примера выбран цилиндрический экран из стали с [д, = 200 толщиной 0,01 мм, диаметром 3 см и высотой 6 см. В таком случае сопротивление экрана можно считать почти чисто активнкм на всех частотах помехонесущего поля и равным R = 2,8 10 ом. Активное сопротивление заземляющего провода диаметром 1 мм при длине 2 см из меди равно R = 4,3 10 * ом. Индуктивность провода заземления составляет приблизительно 14 мгн.

Мерой эффективности действия экрана на различных частотах может служить отношение

1 \2

(Rb + R,f + {(uL,f

где и - напряжение между крышкой экрана и землей на разных частотах помех.

При этом можно показать, что

где и - падение напряжения вдоль стенок экрана, зависящее от активного сопротивления экрана; - падение напряжения на заземляющем проводе, которое определяется его полным сопротивлением Z= R-\- /cuig.

Данные расчета величины E/U для приведенного примера показаны в табл. 7.

Таблица 7

Индуктивное

Сопротивление

Эффективность

Частота помех /. еч

сопротивление

конденсатора

экранирования

заземляющего

Е

провода

uiia, ом

8,8. 10-

1,6 . 108

5 10

8,8 lO-c

1,6 10

5.10 8

8,8 10-Б

1,6- юс

5-108

8,8. 10-4

1,6 106

4,9 10

8,8 10-3

1,6- 10

1,7.10!

8,8 10-2

1,6 103

1,8-10*

г

Как видно из данных табл. 7, с ростом частоты помехи падает эффективность экранирования. Уже при частоте помехи в 1 мгц (10 ги) эффективность экранирования снизилась по сравнению с эффективностью на 10 гц в несколько миллионов раз. Еще более



разителен будет пример снижения эффективности экранирования на более высоких частотах, например, 100 Мгц.

Снижение эффективности экранирования, как это видно из приведенного расчета, обусловлено индуктивностью заземленного провода, а не величиной активного сопротивления экрана, которая определяется толщиной стенок и материалом экрана. Отсща^мождо сделать практические выводы: захммиошМ провод должен обладать тименьщей индуктивностью. Для~атого' провод должен быть как~ штЪолеекоро^

Ь^ожт^у:31ГГЕ~У!Т^&Ш1Ч1тх примерах расчета, что при экранировании электрических полей высокой частоты и больших размерах экранов практически целесообразно заземлять экран в нескольких точках проводами больиюго сечения и малой длины.

Все сказанное о качестве зaзeлeния электростатических экранов в равной мере относится и к другим типам экранов, в том числе магнитным и электромагнитным.

Наряду с описанными конструкциями электростатических экранов могут быть также упомянуты экраны, действующие по принципу вол1юв0дных фильтров, нашедших применение для экранирования (локализации) электромагнитных полей помех в больших объемах. Большие объемы, как цехи с высокочастотными термическими установками, могут быть построены с такими размерами, что при них электрическое поле данной частоты помехи не будет распространяться за пределами этого помещения, ибо эти поля будут иметь критические длины волн для данного волновода, раким явится это помещение. В таких своеобразных волноводах электрическое поле помех оказывается как бы запертым в этом помещении. Комбинируя размеры помещения при заданной поляризации электрического и магнитного полей помехи можно настроить этот волновод на запирание магнитного поля. Практически менять поляризацию электромагнитной волны можно перестановкой высокочастотной термической установки, являющейся источником помех.

§ 6. ЭКРАНИРОВАНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Во многих практических случаях радиотехники оказывается достаточным экранирование лишь магнитных полей помех. Такими случаями могут быть:

- когда экранируемое радиоустройство, наиболее чувствительный к помехам блок или узел устройства не реагируют на составляющую электрического поля помех;

- когда поляризация электромагнитных полей помех такова, что составляющая электрического поля ничтожно мала по сравнению с составляющей магнитного поля;

- когда частота помех настолько низка, что о распространении электромагнитных волн не может идти речь и помеха распространяет свое действие на чувствительное радиоустройство или его отдельные блоки за счет электромагнитной индукции.

В простейшем случае сущность действия магнитных полей помех на радиотехническое устройство или его отдельные элементы и блоки может быть приведена к следующему.

Пусть имеются две цепи, содержащие, например, индуктивности i-i и L, связанные между собой общим магнитным полем так, что



между ними образуется взаимная индуктивность М. Возникновение взаимной индуктивности обусловлено тем, что магнитные силовые этинии одной цепи охватывают вторую цепь. В результате этого взаимодействия электромагнитные процессы в одной цепи влияют на электромагнитные процессы во второй цепи. В таком случае речь идет об индуктивной связи двух электрических цепей.

При такой связи между цепями ток /j, протекающий в одной из этих цепей, индуктирует во второй цепи э. д. с. - ДшМ. С другой стороны, при протекании тока 1 во второй цепи индуктируется в первой цепи э. д. с. = 1ч^М. Такие индуктивно две связанные цепи схематически показаны на рис. 20, а.

Такие индуктивно связанные две электрические цепи можно охарактеризовать степенями связи и коэффициентом связи, соответст-

венно, равными: Ki = -j- = -г- = - характеризуй щее


sinwt

Рис. 20. Схематическое изображение индуктивной связи (а) и автотрансформаторной связи (б).

пень влияния первой цепи на вторую электрическую цепь; /Со = , , -- - М характеризующее степень влияния вто-

рой цепи на первую электрическую цепь; Кси = уКхК - - /у-г- ~

У L1L2

коэффициент связи, характеризующий взаимное влияние электрических цепей друг на друга.

Очевидно, что полученное выражение для коэффициента связи можно представить также и в виде

К

где - сопротивление связи.

На рис. 20, б показана схема автотрансформаторной связи двух электрических цепей. Здесь магнитное поле индуктивности является общим для обеих цепей и коэффициент связи в этом случае

Отсюда видно, что чем больше общая для обеих цепей индуктивность Lj, тем больше связь между этими цепями, т. е. тем сильнее влияют процессы одной цепи на процессы в другой цепн.



Воздействию помех на радиоустройство также можно рассматривать как связь между двумя электрическими цепями, или в более общем случае, как связь между двумя электромагнитными системами, имеющими общее магнитное поле. Таким образом, экранирование магнитных полей сводится к уменьшению связи между указанными цепями за счет уменьшения общих для обеих цепей магнитных полей.

Экранирование магнитных полей может быть осуществлено двумя методами, получившими названия; а) экранирование с помощью ферромагнитных материалов; б) экранирование с помощью вихревых токов.

Первый метод обычно применяется при экранировании постоянных магнитных полей и полей низкой частоты. Второй метод обес-


ш


Рис. 21. Схематическое изображение магнитостатических экранов: а - при защите от внешнего поля; б - при экранировании собственного поля; в - при двойном экране.

печивает значительную эффективность при экранировании магнитных полей высокой частоты.

В соответствии с рассматриваемым методом экранирования магнитных полей различают разные названия экранов. Те экраны, которые применяются для экранирования магнитных полей низкой частоты условно можно называть квазимагнитостатические экраны или магнитостатические экраны, причем последние для сокращения часто называет магнитные экраны.

На рис. 21, а схематически показана защита катушки индуктивности L, помещенной внутри магнитного экрана, изготовленного из ферромагнитного материала с большой начальной магнитной проницаемостью и достаточной толщиной стенок. Магнитные силовые линии внешнего магнитного поля (линии индукции магнитного поля помех) будут проходить в основном по толще стенок экрана, обладающего малым магнитным сопротивлением по сравнению с сопротивлением пространства внутри экрана, где находится катушка индуктивности L. В результате внешнее магнитное поле помех не будет влиять на режим работы электрической цепи, в которую включена катушка индуктивности L.

Если ставится задача предохранения внешних электрических цепей от воздействия магнитного поля, создаваемого током катушки



индуктивности L, т. е. когда требуется практически локализовать помехи, создаваемые индуктивностью L, то такая задача решается при помощи магнитного экрана, как это схематически показано на рис. 21, б. Здесь почти все силовые линии поля катушки индуктивности будут замыкаться через толщу стенок экрана, не выходя за их пределы вследствие того, что магнитное сопротивление экрана намного меньше сопротивления окружающего пространства.

Из этих рассуждений следует, что вблизи магнитного экрана с наружной его стороны не должны близко находиться магнитные мате- риалы, образующие путь магнитным силовым линиям с сопротивле- нием, соизмеримым с сопротивлением экрана. Если же такие магни- .топроводы окажутся вблизи магнитного экрана, то часть магнитных I силовых линий будет замыкаться через этот нежелательный путь. , Во внешней цепи скажется влияние магнитного поля, создаваемого катушкой индуктивности, расположенной внутри экрана. Особенно заметно скажется действие магнитного потока вне экрана, если экран будет тонкостенным и его магнитопроводящие свойства будут невысокими. При нормально рассчитанных экранах и небольшой интенсивности магнитных полей помех наличие магнитопроводящих материалов вблизи экрана мало сказывается на эффективность экранирования.

Приведенное краткое объяснение действия магнитного экрана дает основание для формулировки основных требований, предъявляемых к таким экранам. Эти требования сводятся к следующему: .

а) начальная магнитная проницаемость материала магнитного экрана должна быть возможно более высокой; хорошо применять для изготовления экранов магнитномягкие материалы с высокой начальной проницаемостью типа пермаллоя и только при отсутствии его использовать мягкую листовую сталь;

б) увеличение толщины стенок экрана приводит к улучшению экранирующих свойств, поскольку магнитное сопротивление экрана уменьшается с увеличением толщины стенок; отсюда ясно, что не следует выбирать очень длинные конструкции экранов;

в) расстояние между магнитным экраном и другими магнитопро-водами различных цепей должно быть по возможности наибольшим с тем, чтобы магнитное сопротивление внешней среды было большим по сравнению с магнитным сопротивлением экрана.

На основании приведенных требований к магнитному экрану следует, что надо обращать внимание на то, чтобы швы и разрезы в экране не шли поперек ожидаемого направления магнитных силовых линий, так как это приводит к увеличению магнитного сопротивления экрана и ухудшению его экранирующих свойств

Как в электростатических экранах, так и в магнитных необходимы отверстия, например, для доступа к регулируемым элементам экранируемых элементов электрической цепи, для введения проводов и т. п. В соответствии с приведенными общими требованиями к магнитным экранам легко определить правильное и неправильное расположение таких отверстий. Как правило, надо избегать наличия большого числа отверстий и больших их размеров. Тем не менее наряду со сплошными магнитными экранами описанного вида можно представить себе и такие магнитные одинарные экраны, у которых

, число отверстий достаточно велико, но их местоположение выбрано

г рационально,



Подобно двойным и тройным электростатическим экранам часто применяют многослойные магнитные экраны как с целью повышения эффективности экранирования, так и с целью более рационального их конструирования с точки зрения уменьшения веса и габаритов.

В двойном магнитном экране можно представить себе, что часть магнитных силовых линий, которые выйдут за толщу стенок одного экрана, замкнутся через толщу стенок второго экрана. Схематическое действие защиты от внешнего магнитного поля при помощи двойного магнитного экрана показано на рис. 21, е. Точно также можно представить себе действие двойного магнитного экрана при локализации магнитных помех, создаваемых элементом электрической цепи, находящимся внутри первого (внутреннего) экрана: основная масса магнитных силовых линий (линии магнитного рассеяния) замкнется через стенки наружного экрана. Разумеется, что в двойных экранах должны быть рационально выбраны толщины стенок и расстояние между ними.

В литературе существует ряд описаний по исследованию вопроса рационального выбора толщины стенок экранов и расстояния между экранами. Одна из опубликованных работ содержит выводы, основанные на теоретическом анализе и заключающиеся в том, что общий коэффициент экранирования достигает наибольшей величины в тех случаях, когда толщина стенок и промежуток между экранами увеличивается пропорционально расстоянию от центра экрана, причем величина промежутка является средней геометрической величиной толщин стенок примыкающих к нему экранов. При этом коэффициент экранирования

К, = или к, = 201g д6,

где (Уп - э. д. с. помехи, наводимой в неэкранированной электрической цепи пр наличии внешнего магнитного поля помех; (/ . - э. д. с. помехи,наводимой в экранированной электрической цепи при наличии внешнего магнитного поля помех той же самой интенсивности, при которой измерялась э. д. с. U .

Изготовление двойных экранов в соответствии с указанной рекомендацией практически затруднено из технологических соображений. Значительно целесообразнее выбрать расстояние между оболочками, прилегающими к воздушному промежутку экранов, большим, чем толщина первого экрана, приблизительно равным расстоянию между стеикой первого экрана и краем экранируемого элемента цепи (например, катушки индуктивности).

Выбор той или иной толщины стенок магнитного экрана нельзя сделать однозначным. Рациональная толщина стенок определяется. материалом экрана, частотой помехи и заданным коэффициентом экранирования. При этом полезно учитывать следующее.

1. При повышении частоты помех (частоты переменного магнитного поля помех) магнитная проницаемость материалов падает и вызывает снижение экранирующих свойств этих материалов, так как по мере снижения магнитной проницаемости возрастает сопротивление магнитному потоку, оказываемое экраном.

Как правило, уменьшение магнитной проницаемости с повышением частоты идет наиболее интенсивно у тех магнитных материалов, у которых имеется наибольшая начальная магнитная проницае-



1 2 3 4 5 6 7 ... 11

Яндекс.Метрика