|
| |
 |
Главная » Мануалы 1 ... 4 5 6 7 8 9 10 11 мех, создаваемых катушкой индуктивности, Мгц; N - число витков катушки В тех случаях, когда вычисление Ксв нежелательно или затруднительно, можно воспользоваться расчетной формулой, действительной во всех случаях, когда толщина экрана намного больше глубины проникновения тока в металл экрана, что практически соблюдается при достаточно высоких частотах помех, Эта формула имеет следующий вид: где р - удельное сопротивление материала экрана; / - частота тока, гц; N - число витков катушки; Го - радиус катушки; г = у -g--радиус сферы, равной по объему экрану; Dg и 1д метр и длина экрана. Общее сопротивление экранированной катушки индуктивности ожно определить как Rf = Rf + RBBH, где Rf - активное сопротивление неэкранированной катушки индуктивности токам высокой (резонансной) частоты; Rg - активное сопротивление, вносимое в контур катушки при ее экранировании. Активное сопротивление катушки индуктивности без экрана при намотке катушки из одножильного провода определяется соотноше-нием fkNdY где Ro - активное сопротивление обмотки катушки постоянному току; k - коэффициент, учитьшающий влияние размеров катушки иа эффект близости в обмотке, т. е. зависит от основных размеров катушки; {I -\- F) - коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления под действием поверхностного эффекта в проводах; С - коэффициент, учитывающий влияние частоты и диаметра провода на эффект близости; Dg - диаметр катушки; d - диаметр провода обмотки; N - число витков обмотки. Значения коэффициента от размеров однослойных катушек индуктивности приведены на графике рис. 32, а. Значения коэффи-циентов (I -\- F) к G можно определить, как зависимые от величины 92,8 Где d - диаметр провода обмотки, мм; f - частота тока, гц. Значения коэффициентов (I -j- JF) и О or величины г приведены табл. 9. Если катушка является многослойной, то для определения ее тивного сопротивления при отсутствии экрана можно восполь-ваться той же расчетной формулой, но зависимость коэффи-нта fo> от размеров катушки будет иной, чем для однослойной цки.
Для многослойной катушки индуктивности значения коэффициента fo> приведены в виде графика рис. 32, б. 50 20 10 3D 20 Ю
о 0,30 0,60 0.90 1.2 1.35 О 0.3 0.6 0.9 1,2 1,5 Рис. 32. Графики для определения к в зависимости от IjDg. а - для однослойной катушки; б - для многослойной катушки при ее толщине t. Сопротивление катушки току высокой частоты при намотке лит-цендратом определяется по формуле с IkNV где do - полный наружный диаметр литцендрата (без учета толщины наружной изоляции), мм; d - диаметр отдельной жилки, мм; п - число жил; с - коэффициент, зависящий от числа жил. Значения коэффициента с от числа жил приведены в табл. 10. Таблица 10
Активное сопротивление катушки постоянному току равно: для катушки, намотанной одножильным проводом, Ro=- 10-6 ом; для катушки, намотанной литцендратом, а 7 - Dec где Dcp - средний диаметр катушки, мм; d - диаметр провода, мм; aln= 1,02-1,06- учитывает удлинение жилки литцендрата за счет скрутки при изменении числа жилок от /г = 3 до /г = 27. При наличии экрана меняется напряженность магнитного поля у катушки, вызывая изменение эффекта близости. При этом магнитное поле уменьшается в (1 - раз, и сопротивление катушки, j. вызываемое эффектом близости, уменьшится в (1 - К' раз. В результате сопротивление катушки с учетом эффекта близости окажется равным Г fkNd\ Т у % = [(1 + + {) (1 - К1Щ, где /Сев - коэффициент связи между экранируемой катушкой и экраном. Общее активное сопротивление катушки индуктивности в экране может оказаться больше или меньше сопротивления той же неэкра- нированной катушки в зависимости от того, какая составляющая 1- сопротивления будет преобладать. Как правило, относительное из- менение сопротивления катушки меньше относительного изменения lee индуктивности, и поэтому добротность экранированной катушки почти всегда ниже добротности неэкранированной катушки, как это следует из общего выражения для добротности где Сэ - емкость катушки в экране. Добротность экранированной катушки индуктивности оказывается максимальной при определенных соотношениях диаметров катушки и экрана: для однослойной катушки {DJDp)g, -l,5 2,1; для катушки с большой длиной намотки (Dg/DoJonT = 1,4- 1,8; для многослойных катушек действигельны те же соотношения; если вместо диаметра катушки Do подставлять D, приведенный диаметр катушки 3. Расчет незамкнутых экранов Простейшим незамкнутым экраном можно считать плоский экран большой протяженности, изображенный на рис. 33. Здесь имеется в виду уменьшение напряжения, наводимого в одной катушке (справа от экрана) при протекании тока в другой кагушке (слева от экрана). Рассматривается частный случай, когда катушки подобны 3 в. Ю. Рогинский 65 одна другой, а экран расположен между ними перпендикулярно к оси катушек. В этом .случае эффективность экранирования можно определить как отношение напряжений, наводимых в катушке при отсутствии экрана и при его наличии. Эта эффективность экранирования, определяемая как коэффициент экранирования, -A-t-p -f, где t - толщина экрана, см; f - частота, гц; р' - относительная проводимость материала экрана, принимая проводимость стандартной отожженной меди за 100%. Приведенная формула применима, строго говоря, при бесконечной длине экрана. Практически же можно пользоваться этой формулой и при конечной длине экрана и при ширине (перпендикулярно плоскости рисунка) большей, чем 2А либо (Д -f- Ду), смотря по тому, какая величина из них больше. Этот же экран можно характеризовать коэффициентами ослабления связи между катушками в виде: для медного экрана Косл = Ю Ig [12,7 -A-t-ff+X] дб;. для алюминиевого экрана /Сосл = Ю Ig [(8 Л /)2 + 1] дб, где f - частота, 1сгц; t - толщина экрана, см; А - средний радиус катушек, см.  Рис. 33. К расчету незамкнутого плоского экрана большой протяженности. 4. Расчет замкнутого электромагнитного экрана Эффективность уменьшения внешнего поля экранированной ка-туш1Ш индуктивности (при локализации создаваемых ею помех) можно определить как отношение напряженности внешнего магнитного поля, создаваемого катушкой индуктивности при отсутствии экрана к напряженности поля при наличии экрана. Если толщина стенок экрана (/6 2 и незначительна в сравнении с длиной или диаметром цилиндрического экрана из немагнитного материала, где 6 - глубина проникновения тока в толщу материала экрана при рабочей частоте тока в катушке, то 0,24g, е , где Н к Нд - напряженности магнитного внешнего поля при отсутствии и наличии экрана; / - толщина стенок экрана; б' - глубина проникновения тока в толщу стенок экрана; е = 2,718 - осно- ванне натуральных логарифмов; г= у ~--радиус эквивалентной сферы экрана. По данным проф. М. И. Конторовича, экранирующие свойства замкнутого одинарного экрана из немагнигного матевиала можно ; определить в виде Д -- 1 , С=3-101в - скорость света, см/сек; а - удельная электри-[еская проводимость материала экрана; со = 6,28-f - частота тока I экранируемой катушке индуктивности, гц; t - толщина стенок- крана, см; г-у -радиус эквивалентного сферического экрана, см; v - объем экранирующей камеры, см. При этом рассчитывается модуль коэффициента экранирования, :оторый в общем виде является комплексной величиной. Если экран сделан не из сплошного материала, а из металлической сетки, то коэффициент экранирования при достаточно высоких частотах, когда сказывается поверхностный эффект, может быть определен в виде де Д = -/ д 12,56-а-ш-л' где Д + 1 6,28 In±-- 5+f /ii = 13,14©)ла - параметр экрана (должно быть г > 1); S - шаг сетки, см; а - радиус проволоки сетки, см; ц. - магнитная проницаемость материала экрана (для немагнитных материалов берется ц = 1, а для стали берегся jx = 50); а - удельная электри-ческая проводимость материала сетки (в электростатических еди-шцах); г - радиус эквивалентной сферы экрана, см\С = 3 -10 - скорость света, см/сек. Ь. Пример расчета экрана для измерительного устройства Пусть требуется экранировать измерительное устройство, конструктивно выполненное в виде ящика глубиной D = 200 мм. При частоте f= 100 кгц модуль коэффициента экранирования должен быть равен 1000 или его экранное затухание должно быть bs <=а 6,9 неп. Решение задачи может вестись в следующем порядке. А. Определяется эквивалентная глубина проникновения тока в выбранном алюминиевом экране с помощью графика рис. 11: 6 = 0,275 мм. Б. Определяется толщина стенки экрана для случая S > б по формуле г i 6= 6 6,-In- Для случая 6 2 y2 11 б толщина стенки определяется по формуле в обеих формулах обозначены: т - коэффициент, позволяющий применять формулы для расчета различных экранов, полагая m = 3 для сферического, m = 2 для цилиндрического и m = 1 для  Рис. 34. Расчетные графики: а-для определения толщины стенок экрана; б - для определения экранного затухания. плоского экрана; D - расстояние между стенками экрана для плоского экрана, а для цилиндрического и сферического экранов - диаметр; 6 = In---экранное затухание, неп; и/Цо - отношение величин магнитной проницаемости металла и воздуха. 68 - Для данного случая плоского экрана (стенки параллельны друг другу) при Д/б = 730 и ц/[1а = 1 толщина стеиок будет 6 = б 6-In = 0,275 6,9 - In 2/2 . = 0,4 мм. Правильный результат может быть получен по графикам рис. 34, а, если расчет вести по формуле, действительной для случая, когда толщина стенок меньше глубины проникновения тока. Согласно этой формуле и по графикам рис. 34, а можно иайти б'0,15 мм. Упрощенная расчетная формула для этого случая будет б^е* 0,2752 б' = : е = 0,15 мм . В ряде случаев должна решаться обратная задача: определение экранного затухания в зависимости от выбранных или заданных исходных величин. Эта задача решается при помощи формулы, имеющей следующий вид: . = V2ln I \ 2 ] (ch 2р - cos 2р) + + (sh 2р - sin 2р) + -ij- (ch2p + Is2p) где Р: -для цилинд- -s-r--для плоского экрана; Р: ft о рического экрана; р = в'/б. Вместо того чтобы пользоваться приведенной достаточно громоздкой расчетной формулой, предпочтительнее применять расчетные графики рис, 34, б. § 9. ЭКРАНИРОВАНИЕ ТОКОПРОВОДЯЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЦЕПЕЙ Простейшими токопроводящими элементами цепей являются соединительные линии - провода, по которым протекают рабочие токи различных частот. Из них наиболее широкое распространение имеют однопроводные и двухпроводные линии. Схема включения линии и их экранов имеет существенные значения для эффекта экранирования. На рис. 35, а показана схема включения однопроводиой линии с трубчатым экраном. Пусть нагрузка Z питается от источника переменного тока с э. д. с. Е. При протекании тока по линии вокруг нее возникнут электрические и магнитные силовые линии. Если при такой схеме соединения можно говорить об экранировании .электрического поля, то эффекта экранирования магнитного поля нет. Это утверждение вытекает из того, что при такой схеме включения по трубе ток не протекает, ибо оиа заземлена Лишь с одного конца. В результате внешнее магнитное поле, создаваемое током, текущим по проводу, и возникающие магнитные силовые линии, показанные па рис. 35, а пунктиром, не компенсируются магнитным полем трубы. Если же заземлить оба конца трубы (в начале и конце), то по трубе будет протекать часть тока нагрузки, а остальная часть тока потечет через нагрузку и заземление. В результате внешнее магнитное поле будет пропорционально разности токов, протекающих через линию с нагрузкой и по трубе, т. е. будет иметь место частичное экранирование магнитного поля и почти полное экранирование электрического поля. При использовании экранирующей трубы в качестве обратного провода цепи, т. е. если применить схему рис. 35, б, то разность токов, протекающих по линии и трубе, будет близка к нулю и тем са мым внешнее магнитное поле, создаваемое линией, будет почти отсутствовать. Таким образом будет осуществлена экранировка магнитного и электрического (локализация) полей помех. Такое утверждение основано на том, что незамкнутых магнитных силовых линий ЛЧ 6) 6) 7777777Т777777777Т/7. 77777777777777777777?: 77777777777777777. Рис. 35. Схемы включения линии и экрана. вне трубы не может быть, поскольку такие линии должны были бы замкнуться, проходя через металл трубы, но этого не происходит из-за экранирующего действия металла при высокочастотном магнитном поле. Если прямой и обратный провода линии проходят в одной металлической трубе, соединенной с корпусом, как показано на рис. 35, в, то в такой схеме будет осуществляться экранирование электрического и магнитного полей помех, создаваемых линией. Равным образом имеет место зашита линии от внешних электрических и магнитных полей помех. В отличие от рассмотренных выше электростатических и электромагнитных экранов жесткой конструкции электромагнитные экраны высокочастотных линий осуществляются достаточно гибкими. Их делают либо из свинца в процессе изготовления самой линии, либо используют металлические оплетки из меди или бронзы. В технике электросвязи широко используются и более сложные соединительные цепи, в том числе коаксиальные кабели, многожильные кабели и многие другие. Расчет всех подобных соединительных линий и кабелей достаточно сложен и в силу того, что в радиолюбительской практике он мало применим, здесь не приводится. § 10. ЗАЩИТНЫЕ ФИЛЬТРЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ Защитные фильтры являются одним из широко распространенных средств уменьшения помех, проникающих в радиоустройство через питающую сеть. Их можно также использовать для подобных целей не только в питающих цепях, но и во всех других случаях связи защищаемого радиоусгройства с посторонними электротехническими и радиотехническими устройствами. Таким образом, защитные фильтры являются необходимым дополнением ко всем типам экранов, будь то электромагнитные, электростатические или магнитоста- тические. Распространение помех в электрической сети может происходить, ! как показано на рис. 36, симметрично и несимметрично. В первом ; случае напряжение помех замыкается через эквивалентное высокочастотное сопротивление Z, во втором случае - через сопротивления 2 1 и 2 г. Особенно не желательны несимметричные помехи. Вышеуказанные помехи могут быть значительно уменьшены путем I защиты питающей сети от проникновения в нее помех от какого-либо источника, а также защиты радиоустройства от помех, проникающих из сети. В простейшем случае между источником помех и сетью или между сетью и радиоустройством включаются защитные фильтры. Источник помех
J Рис. 36. Схемы симметричного (а) и несимметричного (6) распро-странения помех через сеть. В качестве защитных фильтров могут быть использованы устройства, подобные сглаживающим фильтрам выпрямителей. Существенное отличие между защитными и сглаживающими фильтрами заключается в том, что защитные фильтры предназначены для устранения в полезной нагрузке высокочастотных составляющих помех, а сглаживающие фильтры - для устранения пульсаций относительно низкочастотных составляющих. Схемы наиболее широко распространенных сглаживающих фильтров показаны на рис. 37, я, е. В соответствии с упомянутыми выше двумя видами путей распространения помех различают симметричные и несимметричные фильтры. Первые применяются в тех случаях, когда распространение радиопомех идет по двум симметричным проводам; вторые - несимметричные фильтры - применяются в тех случаях, когда распространение помех происходит примерно также, как показано на рис. 36, б, т. е. по системе провод - земля . Что касается выбора схемы фильтра (емкостный, индуктивный и т. д.), то это должно решаться для каждого конкретного случая на основании приведенных ниже соображений. Эквивалентная схема емкостмого фильтра приведена на рис. 38, а. На основании этой схемы можно считать следующее.. При отсутствии емкостного фильтра Сф отношение напряжения на нагрузке к э. д. с. помех будет или kn е Zi+Z где 2д - сопротивление нагрузки,. включая сюда сопротивление соединительных проводов; Zi - внутреннее сопротивление источника помех; е - э. д. с. помех. При наличии конденсатора Сф, включенного параллельно нагрузке, получим 2, + Z или fto = гтг = - Zi + z-, Zn + Zl 6,28 fп Cф fn - частота помех. Очевидно, что при наличии защитного емкостного фильтра Сф уровень помех на нагрузке окажется меньшим, чем при отсутствии  0-tei:r£ Рйс. 37. Схемы защитных фильтров: а - емкостный; б - индуктивный; в - Г-образный; д - двухзвенный П-образный; е - П-образный с защитным конденсатором С„р. фильтра. Величину уменьшения уровня помех характеризует коэффициент эффективности защиты ь- - /с„ Zi + z Практически можно подобрать такую емкость Сф, при которой соблюдаются неравенства: При этих условиях т. е. эффективность защиты от помех емкопным фильтром тем выше, чем больше отношение сопротивлений источника помех и 1 ... 4 5 6 7 8 9 10 11 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||