|
| |
 |
Главная » Мануалы 1 ... 5 6 7 8 9 10 11 конденсатора фильтра. При больших внутренних сопротивлениях источника помех защита емкостным фильтром весьма эффективна. Для выполнения указанных выше условий (соотношения сопротивлений источника помех и фильтра) достаточны сравнительные малые емкости Сф, так как частота помех довольно высокая. В большинстве случаев радиолюбительской практики величина сопротивления 2; неизвестна, и измерение этой величины без специальных приборов затруднено. Практически можно обойтись без знания величины Z,-; подбирая опытным путем необходимую величину емкости Сф, добиваются наибольшей эффективности защиты. Обычно для этих целей пригодны конденсаторы емкостью 0,1 -г -j- 2,0 мкф. Эффективность защиты такого фильтра в радиовещательном диапазоне оценивается в = 5 - 10 и более. . а)  Рис. 38. Эквивалентные схемы защитных фильтров: а - емкостного; б - симметричного емкостного; в - индуктивного. Если используется емкостный симметричный фильтр, то на основании эквивалентной схемы, приведенной на рис. 38, б, можно прийти к тем же выводам, что и при несимметричном, принимая в приведенных расчетах Сф = 4 Сф, поскольку конденсаторы Сф включены последовательно друг с другом; суммарное сопротивление последовательно соединенных конденсаторов фильтра равно Z, а сопротивление каждой половины емкостного фильтра равно / Z. Эквивалентная схема индуктивного фильтра приведена на рис. 38, в. Согласно этой схеме можно считать при отсутствии фильтра и 11 П^Ц Zii Zi+Z Kn = при наличии фильтра е - в Z,+ Z + Z-Коэффициент эффективности защиты Z, + г.,. к-, Z. + Z + Z, Ко Zi + Z Если сопротивление источника помех мало относительно сопротивления нагрузки и сопротивление дросселя фильтра Zф на частоте помех намного больше сопротивления нагрузки, то т. е. эффект защиты индуктивным фильтром будет тем большим, чем выше отношение сопротивлений дросселя фильтра и сопротивления нагрузки. Отсюда можно сделать вывод, что защита индуктивным фильтром тем эффективнее, чем меньше сопротивление источника помех. Учитывая сравнительно высокую частоту помех в защитном фильтре, не требуется большая индуктивность Lфl Во многих случаях дроссель фильтра может быть сделан без магнитопровода, хотя не исключено применение дросселей с магнитопроведами. Наряду с несимметричными индуктивными фильтрами широко используются и симметричные фильтры. К ним полностью применимы приведенные выше расчеты и выводы, поскольку в них суммарная индуктивность 1ф = -f- 1фг, где 1ф1 = 1фг = /Еф.  1/2 Lq>
Р,мги 0,2 0.5 1,0 2,0 5.0 10 20 Рис. 39. Эквивалентные схемы Г-образного фильтра (а, б); схемы вырожденного фильтра (в, г) и его характеристики (д). Существенной особенностью индуктивных фильтров является действие собственной емкости дросселя. Эта емкость, как известно, является суммарной межвитковой емкостью обмотки дросселя. В ряде случаев эта емкость Cq вместе с индуктивностью образует резонансный контур, включенный последовательно с сопротивлением нагрузки. Если резонансная частота этого контура совпадает с основной частотой помех, создаваемых в сети, то получается схема защитного фильтра, показанная на рис. 38, в, в которой вместо Zj должна быть поставлена величина Z - эквивалентное сопротивление контура при резонансе. Поскольку Zgb обычно является большим сопротивлением, то защита от помех резонансной частоты будет весьма эффективной. В то же время сопротивление создающегося резонансного контура токам рабочей частоты (низким частотам рабочего тока) будет мало и потери в фильтре будут малыми. Само собой разумеется, что на всех других частотах, отличных от резонансной, эффективность защиты от помех будет снижаться. Эквивалентная схема Г-образного защитного фильтра, начинающегося с индуктивности, приведена на рис. 39, а. Такие фильтры значительно более эффективны, чем емкостные и индуктивные. Как и для предьщущих типов фильтров, можно получить необходимые расчетные соотношения на основании следующего: при отсутствии фильтра напряжение помех на нагрузке fnn 2 Zj 4- е - е -Zi + Z Zh при наличии фильтра соотношение напряжений К . . z,+ Zj + z, Z. + Z + Z z 7. Zh Zc p Отсюда коэффициент эффективности защиты Г-образного фильтра \ -к^-Zt + Zn z; * Если сопротивления источника помех и конденсатора Сф малы, а сопротивление нагрузки Z велико, то действительны следующие неравенства: к 7 Z. -i- Z, + z: Z, Z, с С учетом приведенных неравенств коэффициент эффективности защиты фильтра где (о = 6,28/п, /п - частота помех. При определении параметров защитного фильтра исходят из необходимости защиты от помех с самыми низкими частотами, полагая , при этом, что помехи более высоких частот будут тем более устра- няться, поскольку сопротивление конденсатора фильтра Zc уменьшается с повышением частоты, jj Согласно нормам допустимых радиопомех наиболее низкой часто-jli .той считается f = 150 кгц. Поэтому, подставляя емкость Сф в мкф, индуктивность фильтра Ьф в мкгн и частоту помех в кгц, можно опре- делить по заданному значению параметры фильтра где /п - наиболее низкая частота помех, кгц. Для частоты = 150 кгц необходимы 1фСф= 1,12/Сз. Приведенные соотношения остаются действительными и для симметричного Г-образного фильтра, эквивалентная схема которого приведена на рис. 39, б. В соответствии с обозначениями потребуется индуктивность каждого дросселя равным 4j,L и емкость каждого конденсатора Сф = 2Сф. с повышением частоты помехи приходится считаться с собственной емкостью дросселя Q и индуктивностью конденсатора L, включенных в схему так, как показано на рис. 39, в. При некоторой частоте помех, равной резонансной частоте контуров LCq и CLq, эффективность защиты Г-образного фильтра будет максимальной. При частотах помех выше резонансных частот элементов фильтра Г-образный фильтр практически меняется и его схема принимает вид, показанный иа рис. 39, г. Этот фильтр обладает такой особенностью, что его защитное действие уменьшается с повышением частоты помех. Частотная характеристика одного из Г-образных защитных фильтров приведена на рис. 39. д. На этом же рисунке наряду с расчетной характеристикой приведена экспериментальная. Наибольшее значение имеется на частоте приблизительно равной 4 мгц и соответствует режиму резонанса в элементах фильтра. На основании приведенных выше соотношений для расчета величины /Сз следует, что можно выбирать любые соотношения величин /.ф и Сф. На самом же деле должны быть соблюдены некоторые закономерности в выборе величин Lф и Сф. Они определяются стоимостью дросселя и конденсатора, величинами собственной емкости Со и индуктивности Lo. габаритными и весовыми соображениями. Точная формулировка этих закономерностей затруднительна. Ограничиваются обычно экспериментально определенными соотношениями величин Еф и Сф. В табл. 11 приведены значения емкости Сф и индуктивности Ьф для защитного дросселя при = 150 кгц и /<з = 10. Таблица 11
Если защитный фильтр должен иметь коэффициент > 10, то обычно увеличивают индуктивность фильтра 1ф, оставляя почти неизменной величину емкости Сф. Такая закономерность не соблюдается в тех случаях, когда рабочий ток, протекающий через дроссель, велик и заданную величину Lф трудно конструктивно осуществить. Если рабочее напряжение не очень велико, то может оказаться целесообразнее увеличить емкость Сф. Из приведенных расчетных соотношений следует, что Г-образный защитный фильтр с индуктивностью 1ф на входе применим лишь в том случае, если внутреннее сопротивление источника помех мало, а сопротивление питающей сети (или сопротивление нагрузки) велико. Если же соотношение сопротивлений источника помех и сети при включении фильтра между ними велико, т. е. при большом внутреннем сопротивлении источника помех возможно применение Г-образного фильтра с емкостью на входе. Его эквивалентная схема приведена на рис. 40, а. В соответствии с обозначениями рис 40, а получим: При отсутствии фильтрз соотношенис напряжений г,- + 2 . е е при наличии фильтра Zi + Z е е е InzZvi При этом коэффициент эффективности защиты Используя обозначения на рис. 40, а и проделав все необходимые а) б) в) г-ф,  - Рис. 40. Эквивалентные схемы защитных фильтров: а - Г-образ-, ного, начинающегося с емкости; б - П-образного; в - с учетом собственных индуктивностей и емкостей. преобразования с учетом неравенств Z,>Z ; Zt + ZZi; ZZ; получим т. е. почти такой же, как и для Г-образного фильтра с индуктивностью на входе. Более точные расчетные формулы могут быть получены на основании эквивалентной схемы рис. 40, а. Однако больщого расхождения величии Кз, определенных тем и другим способом, не имеется. На основании приведенного расчетного соотношения для Кз можно сделать вывод, что защитный Г-образный фильтр с емкостью на входе целесообразно применять в том случае, если сопротивление источника помех велико, а сопротивление нагрузки мало. Такой фильтр может оказаться весьма целесообразным при питании транзисторных радиоустройств от источника тока с помехами, у которого внутреннее сопротивление велико, например от термоэлектробатареи, солнечной батареи и т. п. Эквивалентная схема однозвенного П-образного защитного фильтра приведена на рис. 40, б. Легко заметить, что этот фильтр можно рассматривать как сочетание двух звеньев фильтра: емкостного и Г-образного. Такое допущение возможно при достаточно большом сопротивлении нагрузки, как это отмечалось при определении /Сз для Г-образного фильтра с индуктивностью на входе. При сделанном допущении коэффициент эффективности защиты П-образного фильтра можно принять равным. / 7- Z, зП-- зС-з^ -2,. + Z Zc Zc Если же учесть, что Z > Z,-, то получим Zj Z. 3n-2-,-z7- Эффективность защиты П-образного фильтра, как и ранее описанного Г-образного фильтра, меняется в зависимости от собственной емкости дросселя и индуктивности конденсаторов 1, как это легко понять из эквивалентной схемы рис. 40, в. П-образные фильтры обладают большими значениями /Сз и их применение оправдано тогда, когда сопротивление источника помех велико. В этом случае сказывается действие конденсатора С^ фильтра. При практическом использовании защитных фильтров ограничиваются однозвенными фильтрами. Применение многозвенных фильтров может обеспечить повышение эффективности защиты, но сопряжено с усложнением схем. Точно также, хотя принципиально и возможно применение /?С-защитных фильтров, т. е. включение резистора /?ф вместо дросселя L, но практически встречается редко, что обусловлено главным образом относительно большими потерями энергии в них. В заключение описания защитных фильтров можно отметить следующие обязательные правила при их применении: а) защитные фильтры должны быть заключены в экраны, причем предпочтительно, чтобы каждое звено фильтра было помещено в отдельном экране; б) экран фильтра необходимо тщательно соединить с кожухом (корпусом, экраном) всей установки и только в исключительных случаях допускается соединение экранов при помощи шин и проводов минимальной длины; в) емкостные защитные фильтры иногда помещают внутри кожуха (экрана) источника радиопомех, так как они сравнительно слабо подвержены действию внешних электрических полей, однако при этом предпочтительнее пользоваться проходными конденсаторами Сф. Описанные защитные .фильтры рассмотрены здесь лишь с точки зрения ограничения проникновения помех от их источника в радиоустройство через питающую сеть. Эти же, по существу, вопросы применения защитных фильтров и экранов, но уже с точки зрения ограничения действия помех на радиоустройство путем локализации их в месте возникновения, рассмотрены в разделе Методы локализации и подавления помех (см. ниже). § 11. ЭЛЕМЕНТЫ ЗАЩИТНЫХ ФИЛЬТРОВ И ИХ РАСЧЕТ Как видно из приведенных выше схем, элементами защитных фильтров являются дроссели и конденсаторы, которые отличаются существенным образом от таких же элементов радиотехнических схем. Их отличия тем резче выражены, чем больше мощность элект-ропитающих устройств, а также зависят от вида устройства, питаемого через защитные фильтры от сетей постоянного и переменного тока, от частоты питающего. тока или напряжения помех и т.д. Ниже описываются некоторые элементы защитных фильтров и их всчет. Р А. Защитные дроссели Различают два основных типа защитных дросселей: низкочастотные и высокочастотные. Они отличаются между собою наличием (или отсутствием) магнитопровода, конструкцией обмоток и материалов. В защитных фильтрах относительно низких частот применяются дроссели с магнитопроводом из трансформаторной стали. Обычно   Рис. 41. Внешний вид сдвоенного и строенного защитных дросселей со снятым и экранами. такие дроссели изготовляются одинарными, двойными и строенными. Канадый дроссель снабжается своим кожухом (экраном). Вид некоторых таких дросселей промышленного изготовления со снятыми экранами показан на рис. 41. Сдвоенные дроссели, обмотки которых расположены на одном и том же магнитопроводе, применяются в двухпроводных электрических сетях. По сравнению с двумя одинарными дросселями оии имеют меньший вес, габариты и стоимость; при том же числе витков обмотки они обладают меньшей индуктивностью на высокой частоте вследствие связи между обмотками дросселя. Обмотки сдвоенного дросселя можно включить в сеть переменного тока так, чтобы магнитные поля обмоток компенсировались; В этом случае индуктивность дросселя резко уменьшается из-за сильной связи между обмотками; падение напряжения на дросселях уменьшается. При питании радиоустройства от сети постоянного тока такое включение дросселя Снижает постоянное намагничивание магнитопровода рабочим током и тем самым позволяет получить большую индуктивность дросселя. Строенные дроссели применяются на трехпроводных электрических сетях (линиях). Через такие дроссели можно включать в сеть трехфазного тока электродвигатели с целью ограждения сети от проникновения в нее помех, создаваемых двигателями при работе на неустановившуюся механическую нагрузку. Магнитопроводы защитных дросселей обычно изготовляются из высоколегированной трансформаторной стали (с большим содержанием кремния) толщиной 0,1 0,35 мм. В некоторых случаях применяются также магнитопроводы из альсифера ТЧ-60 и других марок. Сердечники дросселей могут быть разомкнутыми, замкнутыми и замкнутыми с воздушным (диэлектрическим) зазором. Обычно замкнутые сердечники магнитопроводов применяются только в сдвоенных дросселях. Для уменьшения магнитного поля, создаваемого ампервигками рабочего тока (тока нагрузки), рекомендуется делать воздушный зазор шириной около 0,1 -г- 0,2% от длины средней магнитной силовой линии в магнитопроводе. Практически такой зазор получается при наборе пластин магнитопровода встык . Защитные дроссели после их изготовления помещаются в металлические (магнитостатические) экраны, и их обмотки заливаются компаундной массой, имеющей хорошую теплопроводность. Благодаря этому обеспечивается хорошее охлаждение обмоток, механическая прочность, экранировка и влагостойкость дросселей. При конструировании защитных дросселей существенно важно обеспечить наименьшую собственную емкость обмоток из соображений, отмеченных при рассмотрении принципа действия дросселей в схемах защиты от помех. В табл. 12 приведены данные некоторых типов защитных дросселей заводского изготовления, в том числе одинарные и сдвоенные дроссели со стержневыми магнитопроводами из стали ВЧ-2 толщиной 0,2 мм. Магнитопроводы выполнены с воздушными зазорами: длина воздушного зазора 0,2 жж для дросселей П типа, ОЛ мм - для III типа; 1,0 мм-для IV типа; 1,25 мм - для V типа и 1,5жлг -для VI типа дросселей. Расчет защитного дросселя может быть сделан различньш; образом, в зависимости от того, каков род рабочего тока: постоянный или переменный. В случае включения защитного дросселя в цепь постоянного тока его можно рассчитывать также, как дроссель сглаживающего фильтра, считая постоянный ток намагничивания магни топровода дросселя - 1 равным току нагрузки - /pg. В этом случае исходной величиной конструктивного расчета дросселя является величина Ljp/o, где Ljp - иццуктивность обмотки дросселя. Величина ЬдрЯ (гн а) с достаточной степенью точности определяет необходимый объем сердечника магнитопровода - Qc где Qc - активное сечение стержня; /(. - средняя длина магнитной силовой линии магнитопровода. Зависимость требуемой величины объема Qcc от найденного при расчете значения Ljp/g показана в виде графика 1 на рис. 42, а. Этот график применим для расчета магнитопроводов из электротехнических сталей марок Э4А и Э4АА на основе выбора максимальной магнитной индукции = 5000 гс, плотности тока в обмотке А/ = 3,5 а1мм при проводах марок ПЭ или ПЭЛ и предполагаемого нагрева обмоток дросселя не более чем на 40° С выше температуры окружающей среды. Если же допустить более напряженный режим работы магнитопровода дросселя, например, выбрав = 6000 гс, то зависимость Qck от Ljp/g выразится линией 2 рис. 42, а. Определив необходимую  Cm to -vj 1
Чро  8 w Рис. 42. Расчетные графики для опседеления 0/ (а); и (х^ (б) защитного дросселя.
Одинарные
ПЭЛШО 0,2 ПЭЛШО 0,29 ПЭЛШО 0.39 ПЭЛШО 0,49 ПБД 0,74 ПБД 440 230 104 60 42 26 8500 2400 10 2,6 0,6 0,14 0,08 0,025 ПЭЛШО 0,39 ПЭЛШО 0,51 ПБД 0,74 ПБД 1,0 ПБД 1,25 Сдвоенные
1 ... 5 6 7 8 9 10 11 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||