ПРОТИВОПОМЕХОВЫЕ ФИЛЬТРЫ
Электрическое устройство является электромагнитно совместимым, если оно не создает помех, которые могут помешать работе других устройств находящихся поблизости, и в то же время невосприимчиво к помехам само, исходящим от соседних приборов. Помехи делятся на кондуктивные с частотами в диапазоне от 150 кГц до 30 МГц и излучаемые – выше 30 МГц. Одним из способов проникновения их в устройство и выхода из него является электросеть.
Дифференциальные возмущения в однофазной сети
По своей природе и способу распространения сбои в электросети делятся на дифференциальные и общие. Между любыми двумя линиями схемы возникает шум в дифференциальном режиме. В случае однофазных сетей это фазовый провод L и нейтральный N. В свою очередь, в трехфазных сетях это два фазных проводника, например L1 и L2.
С другой стороны, обычные асимметричные (синфазный шум) помехи распространяются в одном и том же направлении по всем линиям схемы, приходя на землю.
Например в однофазных сетях они текут от фазового проводника L и нейтрального N к земле. Помехи с частотами менее 500 кГц обычно вызываются остаточными токами. В свою очередь помехи выше 500 кГц являются результатом обычных токов.
Общие помехи в однофазной сети
Например в преобразовательных системах симметричные помехи могут иметь значительный уровень уже в диапазоне очень низких частот, порядка нескольких кГц. Это случается когда они вызваны нелинейностью процесса преобразования электроэнергии (пиковые выпрямители).
В диапазоне более высоких частот эти помехи являются результатом процесса переключения полупроводникового ключа. В связи с тем что параметры схемы дифференциальных помех слабо зависят от специфики данной установки, их достаточно легко фильтровать.
Асимметричные помехи распространяются в преобразовательных схемах, например в результате емкостной связи. Другие причины включают соединения через общее сопротивление, соединения между платой и корпусом, а также между полупроводниковыми элементами и их радиаторами.
Поскольку они распространяются в цепи, частью которой является защитное заземление, это может привести к возникновению помех для других устройств через полное сопротивление заземления. Проникновение обычных помех также связано с магнитной составляющей электромагнитного поля. Электросхемы часто образуют петли с большими площадями.
Сетевые фильтры
Полностью устранить кондуктивные помехи распространяющиеся по сети невозможно. Но они должны быть ограничены допустимыми значениями при которых данное устройство может нормально функционировать не мешая работе других. Предельные значения указаны в соответствующих нормах.
Общая структура сетевого фильтра
Примером такого стандарта является документ, в котором перечислены допустимые уровни помех для устройств для связи, использующих сеть низкого напряжения. В Европе это стандарт PN-EN 50561. В нем также представлены характеристики радиоэлектрических помех и методы их измерения.
Поток тока асимметричных и симметричных компонентов в сетевом фильтре
Для уменьшения дифференциальных и общих кондуктивных помех, протекающих от устройства к устройству или от сети, используются сетевые фильтры (фильтры для защиты от помех).
Их устанавливают между электросетью и нагрузкой. Они состоят из правильно подключенных пассивных элементов: катушек и конденсаторов.
Необходимые компоненты сетевого фильтра (дроссель, конденсаторы Cx и Cy) показаны на рисунке. Далее показан ток асимметричной и симметричной составляющей помех в типичном противо-интерференционном фильтре.
Из каких элементов состоит сетевой фильтр
В состав фильтров для защиты от помех входит дроссель с компенсацией тока. Он изготавливается путем наматывания двух одинаковых обмоток на тороидальный сердечник, который отличается высокой проницаемостью.
Поскольку обмотки намотаны в противоположных направлениях, дифференциальные помехи нейтрализуют друг друга. В результате только индуктивность рассеяния подавляет остаточные токи. В случае несимметричных, токи в двух обмотках расходятся в одном направлении.
Поток, наведенный в сердечнике дросселя, представляет собой сумму потоков наведенных в обеих обмотках.
Таким образом индуктивность каждой обмотки подавляет общие токи. Это позволяет подключать конденсаторы малой емкости между фазными проводниками, нейтралью и землей.
Конденсаторы Cy подавляют общие помехи, но не влияют на дифференциальные помехи. Значения емкости Cy подбираются так, чтобы их ток утечки, протекающий через защитный проводник, не превышал допустимых значений указанных в нормах. Но конденсаторы Cx подавляют только дифференциальные помехи.
Противо-интерференционные фильтры также оснащены разрядным резистором. Он включается параллельно конденсаторам фильтра, чтобы разрядить их после отключения устройства от сети.
Сетевые фильтры можно разделить на однофазные и трехфазные. Трехфазные противо-интерференционные фильтры доступны в версиях без нейтрального провода (L1, L2, L3 + PE) или с нейтральным проводом (L1, L2, L3, N + PE).
Как определяется затухание в фильтре
Другой метод классификации – разделение сетевых фильтров на одноступенчатую и многокаскадную конфигурации.
Фильтры подбираются по допустимому току и номинальному напряжению устройства, в котором они будут использоваться.
Примеры сетевых фильтров: а) одноступенчатый, b) двухступенчатый, c) трехступенчатый и d) многоступенчатый
Одним из наиболее важных параметров помехозащитных фильтров также являются вносимые потери. Это характеризует их эффективность в подавлении электрических нарушений. Потеря нежелательного сигнала определяется путем соотнесения значения сигнала в цепи с сетчатым фильтром (U2) со значением сигнала в той же цепи, но без фильтра (U1). Следовательно, вносимые потери описываются такой формулой:
Характеристики вносимых потерь представлены в документации помехоподавляющих фильтров. Они определяются в соответствии с руководящими принципами соответствующих стандартов. Другими важными параметрами, которые следует учитывать в технической документации сетевых фильтров, являются: ток утечки и допустимая нагрузка по току при различных температурах окружающей среды.
Параметры сетевого фильтра
Ток утечки вызван наличием паразитных емкостей и емкости Cy между проводниками сети и корпусом (заземляющий провод PE). На практике сумма Сy является решающей. Ток утечки приблизительно описывается следующим соотношением:
- где: Un – номинальное напряжение, F – номинальная частота, а С – суммарная емкость.
Ток утечки не должен превышать уровней, указанных в соответствующих стандартах. Значения тока утечки определяются при самых неблагоприятных условиях (например при большом допуске номинального напряжения, большом допуске емкости конденсаторов и обрыве фазных проводов).
Ток нагрузки, протекающий через фильтр, зависит от температуры окружающей среды. После превышения этого предельного значения ток протекающий через фильтр должен быть меньше номинального тока, а при максимальной температуре, при которой фильтр может использоваться, он должен упасть до нуля. Эта связь описывается следующей формулой:
где: I – допустимый ток при определенной температуре, In – номинальный ток, Tmax – максимальная температура, при которой может работать сетевой фильтр, To – температура окружающей среды, Tz – максимальная температура при которой ток может протекать через фильтр (обычно + 40°С).
Сетевые фильтры – примеры
Сетевые фильтры доступны в различных исполнениях. Один из них – фильтры для печатных плат. Они сконструированы таким образом, что занимают как можно меньше места. Эти фильтры обычно в одноступенчатой конфигурации, размещены в компактном корпусе, и их максимальная мощность ограничена.
Вид фильтра FN406
Схема фильтра FN406
Другой пример – фильтры помех встроенные в разъем IEC. Важным преимуществом сетевых фильтров, интегрированных с сетевым гнездом, является возможность размещения дополнительных выключателей и предохранителей в одном корпусе. Также есть это фильтры для внутренней установки, закрытые металлической крышкой.
Характеристики вносимых потерь фильтра FN406
На рисунке показан фильтр FN406. Это однофазный фильтр для монтажа на печатной плате, заключенный в компактный низкопрофильный алюминиевый корпус. В зависимости от модели диапазон тока составляет от 0,5 до 8 А при температуре не выше + 40°С, а ток утечки при нормальных условиях эксплуатации от 2 до 370 мкА (при обрыве нулевого провода утечка ток может достигать удвоенного значения).
Выше показаны характеристики вносимых потерь этого фильтра.
Проектирование сетевых фильтров
А это схема фильтра FN9222 со штекером IEC. Он доступен в различных версиях, включая медицинские (тип B), защелкивающийся корпус (тип S и S1), защита от перенапряжения (тип Z) и вариант разъема Hot Inlet (тип h2). Номинальный ток в зависимости от модели составляет от 1 до 20 А при максимальной температуре + 50°C, а ток утечки при нормальных условиях эксплуатации от 2 до 370 мкА. Вот характеристики вносимых потерь этого фильтра.
Схема фильтра FN9222
Вообще разработка эффективных фильтров подавления – непростая задача. Одним из ключевых моментов является выбор материала сердечника дросселя. Его следует выбирать так, чтобы полное сопротивление связанных катушек в заданном частотном диапазоне общих помех было как можно более высоким.
Характеристики вносимых потерь фильтра FN9222
Для этого используются сердечники с высокой магнитной проницаемостью, в основном ферритовые.
Это также позволяет снизить паразитные емкости связанных катушек. Данной цели можно достичь соответствующим методом намотки обмоток. Например однослойные катушки имеют меньшую паразитную емкость.
В случае конденсаторов цель состоит в том, чтобы уменьшить паразитную индуктивность. Это касается внутренней и внешней индуктивностей. В последнем случае это достигается за счет использования коротких проводов. Что касается паразитной внутренней индуктивности, важен тип конденсатора – например керамические конденсаторы характеризуются более меньшим значением этого параметра, чем металлизированные.
Как правильно установить сетевой фильтр
Будет ли фильтр противопомеховой защиты эффективно подавлять помехи, также определяется тем как он правильно спроектирован, а затем выбран для конкретного устройства. Уже на этом этапе можно совершить много ошибок, которые приведут к проникновению помех в сеть и из сети.
Например нельзя размещать другие устройства между фильтром помех и устройством, которое является источником помех или которое должно быть защищено от них.
Кроме того, важен способ прокладки входных и выходных кабелей фильтра – они должны располагаться в противоположных направлениях и не образовывать рамочную антенну. При сборке этих элементов необходимо убедиться, что соединение с землей имеет низкое сопротивление.
Форум
Сетевой фильтр — последний рубеж защиты импульсного ИП
Токовые помехи на входе импульсного источника питания
Паразитные токи приводят к возникновению напряжения радиопомех на всех элементах схемы. На схеме, представленной на рис. 1, показаны паразитные токи, протекающие в первичных цепях импульсного источника питания.
После включения устройства высокочастотный импульсный ток iDM протекает по первичной цепи с рабочей частотой импульсного преобразователя, что вызывает дифференциальную помеху. Обусловленные быстрой коммутацией полупроводниковых ключей, обычно силовых МОП-транзисторов, возникают высокочастотные колебания, оказывающие паразитное воздействие. Ток дифференциальной помехи протекает от сети питания по цепи L через диодный мост, затем через первичную обмотку импульсного трансформатора, МОП-транзистор и по нейтральному проводнику N возвращается в сеть.
Силовой МОП-транзистор греется в процессе работы, поэтому его устанавливают на радиатор. В свою очередь, радиатор соединен с проводником защитного заземления PE. Емкостная связь между радиатором и МОП-транзистором приводит к возникновению тока утечки, что создает синфазную помеху. Емкостный ток синфазной помехи iCM протекает по цепи заземления PE к входу источника питания, где через емкостную связь возвращается по фазному L и нейтральному N проводникам. Далее ток синфазной помехи iCM протекает через диодный мост и МОП-транзистор, откуда он снова через емкостную связь с радиатором попадает на проводник заземления PE.
Расчетный уровень помехи
Напряжение, выпрямленное диодным мостом, подается на импульсный преобразователь. Максимальное значение выпрямленного напряжения составляет:
Vp = 230√2 = 325 В. (1)
Частота преобразования рассматриваемого импульсного источника питания (fCLK) равна 100 кГц, что соответствует периоду тактового сигнала T = 10 мкс.
Длительность импульса — 2 мкс. Определим коэффициент заполнения:
D = ton/T = 2/10 = 0,2. (2)
Допустим, что импульс тока, протекающего через диодный мост, имеет трапециевидную форму, сетевой фильтр не установлен. Сначала, не используя преобразование Фурье, рассчитаем первую вершину огибающей амплитуды:
nco1 = 1/πD = 1/3,14×0,2 = 1,592. (3)
Далее получаем частоту для этой вершины:
fco1 = nco1xfCLK = 1,592×100 = 159,2 кГц. (4)
Отсюда можно определить амплитуду первой гармоники:
с1 = 2Vp/πnco1 = (2х325)/(1,592х3,14) = 130 В. (5)
Предположим, что паразитная емкость CP между импульсным источником питания и «землей» равна 20 пФ. Тогда можно определить ток первой гармоники синфазной помехи:
Напряжение радиопомехи измеряется при помощи эмулятора сети и приемника ЭМП.
При параллельном соединении входного сопротивления измерительного приемника ЭМП (50 Ом) и выходного сопротивления эмулятора сети (50 Ом) общий импеданс схемы Z составит 25 Ом. Напряжение радиопомехи Vcm можно определить по формуле:
Vcm = ZхIcm1 = 25х2,6х10–3 = 0,065 В. (7)
При переводе в другие единицы — децибелы на микровольты — получим:
Vcm = 20log(0,065/10–6) = 96,26 дБ·мкВ. (8)
По результатам расчета ожидаемая радиопомеха имеет высокий уровень. Воспользуемся для оценки предельно допустимыми уровнями излучений по стандарту EN 55022. В частотном диапазоне от 0,15 до 0,5 МГц определен квазипиковый уровень предельно допустимого излучаемого сигнала от 56 до 66 дБ·мкВ.
Рис. 2. Напряжение радиопомех импульсного источника питания без сетевого фильтра
На рис. 2 показан график измеренного напряжения кондуктивной радиопомехи импульсного источника питания без сетевого фильтра.
Измерения подтверждают необходимость использования сетевого фильтра.
Конструкция сетевого фильтра
На рис. 3 представлена электрическая принципиальная схема типового однофазного сетевого фильтра.
Рис. 3. Однофазный сетевой фильтр
Компания Würth Elektronik предлагает для установки в сетевые фильтры несколько типов синфазных дросселей, например серии WE-CMB. Синфазный дроссель обычно состоит из ферритового (MnZn) тороидального сердечника, на котором встречно намотаны две симметричные обмотки. На рис. 4 показана конструкция дросселя WE-CMB. Таким образом, WE-CMB работает как фильтр, ограничивая значение тока. Для импульсных источников питания следует использовать синфазные дроссели с низкой частотой собственного резонанса, поскольку преобразователи таких источников работают на низкой частоте. Низкая частота собственного резонанса обеспечивает высокое ослабление в области низких частот.
Рис. 4. Конструкция дросселя WE-CMB
В данном случае был выбран дроссель WE-CMB XS (39 мГн).
На рис. 5 изображены кривые ослабления помех для импеданса системы 50 Ом.
Рис. 5. АЧХ дросселя WE-CMB XS 39 мГн
При расчете фильтра необходимо учитывать разницу между кривыми ослабления помех: синфазной (черная линия) и дифференциальной (красная штриховая линия). При фильтрации токов синфазной помехи максимальное ослабление дросселя WE-CMB приходится на частоту 150 кГц. Однако значение ослабления падает с повышением частоты. Поскольку фильтр должен подавлять помехи вплоть до 30 МГц, для формирования соответствующей АЧХ необходимы помехоподавляющие конденсаторы X‑ и Y‑типа. Конденсаторы X‑типа включаются в схему до и после дросселя, чтобы подавлять токи дифференциальной помехи со стороны сети и со стороны импульсного источника питания. Индуктивность рассеяния дросселя WE-CMB в совокупности с емкостью конденсатора X‑типа образует ФНЧ, ослабляющий токи дифференциальной и синфазной помех. В этом примере были выбраны два конденсатора X‑типа емкостью 330 нФ. Частота их собственного резонанса составляет около 2 МГц.
Из соображений безопасности со стороны сети в схему необходимо ввести резистор для разрядки конденсатора при отключении питания. Также перед фильтром следует включить варистор, защищающий схему от перенапряжений в питающей сети. Для этого подходит дисковый варистор серии WE-VD от Würth Elektronik. Еще необходимо предусмотреть защиту от перегрузки. Предохранитель, защищающий от перегрузки, нужно включить в цепь перед варистором. Предохранитель обеспечит отключение в случае срабатывания (короткого замыкания) варистора. Конденсаторы Y‑типа служат для дополнительного ослабления токов синфазной помехи. В сочетании с дросселем WE-CMB они сглаживают пик АЧХ на резонансной частоте f0, определяемой по формуле Томсона:
Для достижения допустимого минимума радиопомех 66 дБ·мкВ (на частоте 150 кГц) необходимо ослабление на 40 дБ, то есть в десять раз при пересчете из логарифмических единиц. При расчете емкости конденсаторов Y‑типа в качестве резонансной частоты нужно взять значение частоты преобразования с коэффициентом 0,1.
Из предыдущей формулы получаем искомую емкость:
Так как требуется два конденсатора Y‑типа, полученное значение емкости делим на два. Конденсаторы Y‑типа обеспечивают протекание токов синфазной помехи от импульсного источника питания обратно на защитное заземление. Допустимое значение тока утечки через защитное заземление находится в пределах от 0,25 до 3,5 мА, в зависимости от типа устройства, поэтому использование конденсаторов емкостью выше 4,7 нФ недопустимо. В данном случае были выбраны два конденсатора по 2,2 нФ из ряда номиналов E 12. На рис. 6 отражены характеристики с применением такого сетевого фильтра.
Рис. 6. Напряжение радиопомех с сетевым фильтром
Оборудование с этим сетевым фильтром соответствует требованиям электромагнитной совместимости. Наименьшее отношение уровней сигнала к помехе составляет 10 дБ (для квазипиковых значений) и наблюдается на самой низкой частоте — 150 кГц. Квазипиковые и средние значения существенно ниже предельного допустимого уровня во всем частотном диапазоне.
Оптимизация сетевого фильтра
Дополнительно можно снизить уровень низкочастотных помех. Для этого вместо двух конденсаторов X‑типа емкостью 330 нФ нужно использовать два конденсатора по 1,5 мкФ. На рис. 7 отражены характеристики оптимизированного таким образом сетевого фильтра.
Рис. 7. Напряжение радиопомех с оптимизированным сетевым фильтром
Увеличение емкости снизило уровень радиопомех на 15 дБ в диапазоне низких частот. Оптимизированный сетевой фильтр обеспечил подавление помех в более широком диапазоне.
Недооценка роли синфазного дросселя
Зачастую предпринимаются попытки создания сетевых фильтров только с использованием конденсаторов X‑ и Y‑типа с целью сэкономить на синфазном дросселе. Это противоречит принципу построения сетевого фильтра как устройства, имеющего высокое сопротивление на частоте помехи. В качестве эксперимента была измерена характеристика сетевого фильтра без синфазного дросселя. На рис. 8 отражены результаты измерений.
Рис. 8. Напряжение радиопомех сетевого фильтра без синфазного дросселя WE-CMB
Как и ожидалось, уровень помех в диапазоне низких частот без дросселя WE-CMB существенно возрастает. На частоте 200 кГц квазипиковое значение достигает приблизительно 78 дБ·мкВ, а среднее значение — 60 дБ·мкВ. Допустимый уровень помех превышен как по квазипиковому, так и по среднему значению в диапазоне вплоть до 600 кГц. Без синфазного дросселя сетевой фильтр не справляется со своей задачей.
Дополнительный фильтр для защиты от дифференциальных помех
В случае когда дросселя WE-CMB и конденсаторов X‑типа недостаточно для подавления дифференциальной помехи, необходимо применение дополнительного фильтра, состоящего из двух дросселей, включенных последовательно в цепи фазного и нейтрального проводников. На рис. 9 показана принципиальная схема такого фильтра.
Рис. 9. Сетевой фильтр с синфазным дросселем WE-CMB и двумя дросселями WE-TI HV
Для применения в качестве дополнительного фильтра дифференциальных помех подходят дроссели серий WE-TI HV, WE-PD2 HV или WE-SD от Würth Elektronik.
Дроссели серии WE-UKW рекомендованы для защиты от высокочастотных помех. Для расчета параметров дросселя используется уравнение Томсона. Если каждый дроссель должен обеспечивать ослабление 40 дБ/дек., в вычислениях следует использовать значение частоты преобразования с коэффициентом 0,1.
Определенную ранее емкость конденсаторов X‑типа можно использовать при расчете индуктивности дросселей защиты от дифференциальной помехи:
Так как дроссели устанавливаются в паре, расчетное значение нужно разделить на два. Выбираем дроссель по ряду номиналов с индуктивностью, немного больше расчетной, — WE-TI HV (470 мкГн). Необходимо удостовериться, что номинальный ток IR выбранного дросселя с запасом превосходит номинальный входной ток импульсного источника питания.
Результат применения сетевого фильтра
Одних только конденсаторов недостаточно для эффективного подавления помех. Использование последовательно включенных дросселей перед сетевым фильтром является дополнительной защитой от дифференциальной помехи. Применяя сетевой фильтр, вы снижаете помехи до уровня допустимых, таким образом можно достичь соответствия параметров импульсного источника питания требованиям электромагнитной совместимости.Литература
- Брэндер Т., Герфер А., Рэлл Б., Зенкер Х. Трилогия магнетиков. Руководство по применению фильтров ЭМП, импульсных источников питания и ВЧ-устройств. Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG. 2010.
Комплект подавителя перенапряжения для радиостанции RF450 или модема серии RavenXT
Информация для заказа Задайте вопрос Задайте вопрос
RETIRED ›
Этот продукт больше не доступен и был заменен на: 31317.
| Доступные услуги | |
|---|---|
| Ремонт | Нет |
| Калибровка | Нет |
| Бесплатная поддержка | Нет |
Изображения
Подробное описание
Технические характеристики
Совместимость
Ассоциации
Обзор
Комплект защиты от перенапряжения 19533 предназначен для радиостанций с антенными разъемами SMA, таких как наши сотовые модемы и радиостанции с расширенным спектром RF450.
Он содержит ограничитель перенапряжений PolyPhaser (номер по каталогу 14445), коаксиальный кабель длиной 18 дюймов, заземляющий провод и крепежные детали. Обычно используется, когда антенны устанавливаются снаружи и/или подсоединяются длинным коаксиальным кабелем. Наружная антенна соединяется с ограничителем перенапряжений с помощью кабеля COAXNTN-L (приобретается отдельно).
Подробнее
Изображения
Подробное описание
PolyPhaser 19533 – это разрядник постоянного тока с блокировкой общего покрытия с разъемами типа N (гнездо) с обеих сторон. Коаксиальный кабель длиной 18 дюймов из комплекта подключает радиостанцию к устройству защиты от перенапряжения. Кабель представляет собой кабель LMR195 с малыми потерями со штыревым разъемом типа N на одном конце и штыревым разъемом SMA на другом конце. Ограничитель перенапряжения подключается к наружной антенне с помощью кабеля COAXNTN-L (приобретается отдельно). Этот комплект обычно используется для защиты сотовых модемов и радиостанций RF450 с расширенным спектром от электрических переходных процессов, проводимых через антенный кабель.
Технические характеристики
| -ПРИМЕЧАНИЕ- |
В комплект ограничителя перенапряжения 19533 входят компоненты, имеющие собственные спецификации. Чтобы ознакомиться с этими характеристиками, обратитесь к соответствующим продуктам ниже:
|
Совместимость
18-дюймовый коаксиальный кабель, входящий в этот комплект, совместим только с радиостанциями с антенными разъемами SMA.
Устройство защиты от перенапряжения блокирует постоянный ток и поэтому не совместимо с продуктами, в которых используются активные антенны, такие как те, которые обычно используются в приложениях GPS. В частности, этот комплект не совместим с разъемами антенны GPS моделей TX320, AL200 и LS300G.
Перечислен под номером
Обновление политики конфиденциальности
Мы обновили нашу политику конфиденциальности. Узнать больше
Устройства защиты от перенапряжений для коаксиальных кабелей — Общество радиосвязи района Нашуа
Где разместить устройства защиты от перенапряжений для коаксиальных кабелей?
Я часто сталкиваюсь с дебатами на различных форумах о том, где должен быть размещен грозовой фильтр в коаксиальной линии питания от антенны. Некоторые говорят, что это должно быть на антенне, а другие считают, что это должно быть на конце оборудования коаксиального кабеля.
Устройство защиты от перенапряжения коаксиального кабеля всегда должно находиться рядом с концом коаксиального кабеля, оборудованным оборудованием, даже при наличии соединения постоянного тока между экраном и центральным проводником коаксиального кабеля на антенне. Примеры соединения постоянного тока на антенне включают «гамма-согласование» или шпильку, где экран и центральный проводник соединены по постоянному току, часто через проводник большого сечения.
Назначение устройств защиты от перенапряжений
Назначение устройств защиты от перенапряжений — удерживать напряжение между экраном коаксиального кабеля и центральным проводником на входном ВЧ-разъеме радиостанции до уровня, при котором радиостанция не будет повреждена. Для большинства радиостанций максимальное напряжение длительностью 10 с микросекунд находится в диапазоне от 40 до 60 В. Единственный способ убедиться, что напряжение достаточно зажато (уменьшено) перед входом в радиостанцию, — это поставить сетевой фильтр рядом с радио.
Устройства защиты от перенапряжений неэффективны при размещении на антенне
Устройства защиты от перенапряжений или подключение постоянного тока на антенном конце коаксиального кабеля неэффективны. В момент удара молнии в антенну или рядом с ней напряжения на центральном проводнике коаксиального кабеля и на экране равны, а разница их напряжений составляет 0 В.
При прохождении импульса напряжения по коаксиальному кабелю возникают два физических свойства коаксиального кабеля: разница напряжений между центральным проводником коаксиального кабеля и экраном.
- Большой экран имеет меньшую индуктивность, чем центральный проводник меньшего диаметра. Штырь на центральном проводнике будет растянут во времени из-за более высокой индуктивности.
- Скорость распространения на центральном проводнике ниже, чем на экране из-за диэлектрика, окружающего центральный проводник.
Всплеск напряжения на щите доберется до радио раньше, чем всплеск на центральном проводнике.
Разница в форме импульса из-за индуктивности и скорости из-за диэлектрика может привести к большой разнице в напряжении между экраном радиочастотного разъема и центральным контактом, что может повредить радиостанцию.
Корпус устройства защиты от перенапряжений представляет собой удобную точку контакта для подключения экрана коаксиального кабеля к заземлению станции до того, как коаксиальный кабель войдет в помещение. Если есть короткий коаксиальный кабель между устройством защиты от перенапряжений и радио, этого вполне достаточно. Если расстояние значительно превышает 10 м, скачки напряжения снова будут смещены, и рекомендуется установить второй сетевой фильтр на радиостанции или коаксиальном коммутаторе станции.
Конструкции устройств защиты от перенапряжений
В большинстве устройств защиты от перенапряжений для фиксации напряжения используется газоразрядная трубка (GDT). GDT в обычных упаковках показаны на рис. 1.9.0006 Рис. 1 Типы корпусов GDT Коаксиальный фильтр защиты от перенапряжения торговой марки PolyPhaser
На рис. 2 показан типичный коаксиальный фильтр защиты от перенапряжения.
Таблеткообразный GDT можно заменить в некоторых устройствах защиты от перенапряжений. Большинство устройств GDT заполнены аргоном и герметичны, поэтому их триггерное и фиксирующее напряжения не зависят от влажности или атмосферного давления. При напряжении ниже триггерного напряжения аргон является непроводящим, при увеличении напряжения аргон становится проводящим, когда начинает образовываться плазма. Как только ток превысит состояние плазмы, аргон перейдет в состояние дуги, где напряжение фиксации может составлять всего 15 В при 20 кА. Этот процесс происходит за время < 1 нс.
Устройство защиты от перенапряжений с более низкой номинальной мощностью (например, MFR-270 400 Вт) может перегорать и замыкаться при более низком напряжении, обеспечивая повышенную защиту радиостанции. Он также будет мигать и замыкаться при использовании с усилителем мощностью более 400 Вт и повреждать усилитель, поскольку он будет зажимать (закорачивать) ВЧ-выход усилителя. Важно использовать устройство защиты от перенапряжения, рассчитанное на ожидаемую радиочастотную мощность. Устройства защиты от перенапряжения со сменными GDT можно модернизировать для повышения мощности, заменив GDT на более высокое импульсное перенапряжение.
В сети можно найти «устройства защиты от перенапряжения», в которых используется установочный винт для установки искрового промежутка.
GDT можно приобрести в компании Digikey по цене 1,25 доллара США за штуку. Я использую ГДТ с осевыми выводами между выходами БП и от выходов к корпусу/земле БП, от каждого провода вращателя к земле и на других проводах внутри и снаружи лачуги. Важно выбрать GDT с более высоким напряжением фиксации, чем защищаемый им провод.
GDT с перекрытием 75 В и фиксацией 12 В останется на линии +14 В после срабатывания. GDT не используются на линиях электропередач 110 В переменного тока или 220 В переменного тока.
Устройство защиты от перенапряжения является лишь одним из компонентов системы заземления станции.
Устройство защиты от перенапряжений и система заземления станции
Если блок питания и компьютер заземлены с помощью защитного заземления настенной вилки, которое заканчивается на другой стороне дома на заземлении сервисной панели, напряжение которого близко к 0 вольт, будет разница в 50 кВ между шасси радиостанции и компонентами и проводами постоянного тока к блоку питания и через USB-компоненты радиостанции к кабелю USB, подключенному к компьютеру, может привести к повреждению.
A Система заземления
Как только коаксиальный сетевой фильтр, сетевой фильтр, радиоприемники, блоки питания, усилители, компьютер и все остальное на рабочем месте подключены к заземлению станции и к заземляющему стержню, они ВСЕ поднять до 50 кВ вместе, и можно избежать повреждения. Процесс обеспечения того, чтобы все оставалось с одним и тем же потенциалом, называется «склеиванием». Достаточно одного блуждающего пути, чтобы значительный ток мог протекать через оборудование. Это может быть дуга к лампе на скамейке, подключенной к другой настенной цепи, или к коаксиальному кабелю УКВ, который обходит заземление станции.
Для небольшой хижины внедрение не сложно и не дорого. У меня есть кусок медной трубы ¾ дюйма на задней части скамейки станции с рядом отверстий под болты ¼ дюйма. Каждая часть оборудования, включая металлический удлинитель Belkin и компьютер, имеет короткую оплетку шириной ¾ дюйма, соединяющую ее с трубой.
