Особенности введения термина ЭМС

ЭМС - современное понятие, обобщающее возникшую еще в начале развития электротехники и приобретающую в настоящее время все большее значение. С появлением первых передатчиков возникла необходимость согласования частот и мощностей, с которыми они могут работать.

Для радиоприема без помех необходимо было предотвратить неконтролируемое излучение высокочастотной энергии электрическими потребителями. С появлением электроники и микроэлектроники резко возросло число как излучающих помехи приборов, так и устройств, реагирующих на помехи. Это привело к нормированию уровней излучаемых помех и помехоустойчивости.

Под ЭМС понимают нормальное функционирование передатчиков и приемников ЭМ энергии. Иными словами, энергия передатчиков достигает только желаемых приемников, приемники реагируют только на сигналы передатчиков по своему предназначению, нежелательные взаимные влияния отсутствуют.

Понятия «передатчик» и «приемник» здесь имеют более широкий смысл, чем, например, в средствах связи. Так, к передатчикам ЭМ энергии наряду с телевизионными и радиовещательными устройствами относятся также электрические цепи и системы, которые непреднамеренно излучают в окружающую среду влияющую ЭМ энергию (так называемые источники помех), например, автомобильные устройства зажигания, люминесцентные лампы, универсальные коллекторные двигатели, силовая электроника, контакты выключателей, атмосферные разряды и т.д. Приемниками ЭМ энергии наряду с радио- и телевизионными приемниками являются системы автоматизации, автомобильная микроэлектроника, измерительные, управляющие приборы и регуляторы, устройства обработки информации, сердечные стимуляторы, биоорганизмы и т.д.

Тем самым современное понятие ЭМС выходит далеко за рамки классической защиты от радиопомех, однако по-прежнему включает их, являясь понятием более общим.

Электрические устройства могут одновременно действовать как приемники, так и как передатчики. В связи с этим можно упомянуть промежуточную частоту супергетеродинных приемников, частоту строчной развертки телевизионных приемников и компьютерных мониторов, частоту таймеров ЭВМ и т.д. Поэтому говорят также об ЭМС отдельных приборов. Так, стандарт [1.4] определяет ЭМС как «способность электрического устройства удовлетворительно функционировать в его ЭМ окружении, не влияя на это окружение, к которому принадлежат также другие устройства, недопустимым образом». Поэтому электрическое устройство считается совместимым, если оно в качестве передатчика является источником помех не выше допустимых, а в качестве приемника обладает допустимой чувствительностью к посторонним влияниям, т.е. достаточной помехоустойчивостью или иммунитетом.

Проблема ЭМС возникает, как правило, у приемников, если нарушается безупречный прием полезного сигнала, например, случайно поступившей ЭМ энергией нарушено или сделано совсем невозможным нормальное функционирование системы автоматизации. Тогда говорят о наличии ЭМ влияний. Стандарт [1.4] определяет ЭМ влияния как «воздействие электромагнитных величин на электрические цепи, приборы, системы или живые существа».

ЭМ влияния могут появляться в виде обратимых или необратимых нарушений. Примерами обратимых нарушений являются эпизодический появляющийся шум при телефонных разговорах, треск при включениях и выключениях бытовых электроприборов; примерами необратимых нарушений служат разрушение электронных компонентов на платах разрядами статического электричества или пробой изоляции при грозовых перенапряжениях, непреднамеренное срабатывание электрически управляемых компонентов в космической технике и т.д.

На практике обратимые влияния разделяют по их силе на влияния, которые вызывают допустимые нарушения функций, и влияния, которые ведут к недопустимым побочным воздействиям либо к чрезмерной перегрузке.

Чтобы наглядно выразить возмущающий эффект, для передатчиков и приемников (поглотителей) помех установили обобщающие понятия - «источник помех, чувствительные элементы». Между ними существует некоторый механизм связи (рис. 1.1). Эта грубая модель еще мало информативна и в следующих главах она будет рассмотрена более детально.

В противоположность влияниям между различными системами, которые называют внешними влияниями, передатчик и приемник могут быть также частями одной и той же системы. Тогда говорят о внутренних влияниях (рис. 1.2).

Типичными примерами внутренних влияний являются паразитные обратные связи в многокаскадных усилителях, изменения сигналов в соседних проводниках электронных узлов, изменения тока в проводах электроснабжения и вызванные ими индуктивные падения напряжения, напряжения, индуктируемые при отключении катушек реле и контакторов, а также паразитные явления в комплексных системах с несколькими передатчиками и приемниками.

В каких случаях передатчики и приемники характеризуются как электромагнитно совместимые, существенно зависит от вида передатчика или приемника.

Радио- и телевизионные передатчики считаются совместимыми, если они работают только на отведенной для них частоте, т.е. не создают высших гармоник, и если излучаемые ими ЭМП на значительном удалении затухают настолько, что находящийся там и работающий на той же частоте передатчик может быть воспринят без помех.

Модель влияния с источником помех, механизмом связи и поглотителем помех

Рис. 1.1. Модель влияния с источником помех, механизмом связи и поглотителем помех

Межсистемное (слева) и внутрисистемное (справа) влияния

Рис. 1.2. Межсистемное (слева) и внутрисистемное (справа) влияния

Передатчики, которые отдают паразитную ЭМ энергию в окружающую среду, считаются совместимыми, если значения напряженности производимого ими поля на определенном расстоянии не превосходят установленных предельных значений, т.е. если возможно безупречное функционирование находящегося на этом расстоянии приемника в соответствии с его паспортными данными.

Приемники считаются совместимыми, если они в состоянии принимать при ЭМ загрязнении свой полезный сигнал с удовлетворительным уровнем помех, а сами не излучают недопустимых помех (например, супергетеродинные приемники, на промежуточной частоте).

Благодаря надлежащим техническим мероприятиям при конструировании передатчиков (экранирование, ограничение спектра, направленные антенны), путей коммуникаций (экранирование, фильтрация, топология проводников, световоды), приемников (экранирование, фильтрация, схема) возможно практически во всех случаях достичь удовлетворительной ЭМС. Однако по экономическим причинам, если это технически выполнимо, стремятся вначале к возможно более высокой совместимости передатчиков (первичные мероприятия), а совершенствованием многочисленных приемников занимаются лишь во вторую очередь (вторичные мероприятия). Типичными примерами первичных мероприятий служат уменьшение влияния сети выпрямителей путем локальной компенсации или фильтрации, экранирование микроволновых печей, соответствующая проводка кабелей универсальных коллекторных двигателей. Часто ЭМС достигается лишь совместными мероприятиями, реализуемыми у всех компонентов.

Соблюдение ЭМС при внутренних влияниях в большинстве случаев можно доверить изготовителю или пользователю, которые, безусловно, заинтересованы в работоспособной системе. При обработке данных в устройствах связи стремятся обеспечить недопущение ЭМ влияния в интересах пользователя, например устранение «подслушивания» информации, поступающей на мониторы, или в военной области недопущение утечек секретной информации [1.5].

При внешних влияниях на радио- и телеприем законодатель в рамках требований защиты от радиопомех предписывает предельные значения допускаемых излучений. Допустимые излучения устанавливаются в результате компромисса, который должен учитывать как природу передатчиков, так и технические потребности работающих в данном частотном диапазоне приемников.

Комплексные системы требуют уже на стадии планирования всестороннего учета аспектов ЭМС, а также использования способствующих ЭМС компонентов и мероприятий. Большие первоначальные затраты Зп позволяют в дальнейшем избежать проблем ЭМС, а также дополнительных расходов на исправление дефектов, вызывающих несовместимость на этапе ввода в эксплуатацию. Напротив, малые начальные затраты с большой вероятностью ведут к большим расходам на исправление Зи . Кривая полных затрат на ЭМС в зависимости от вероятности

появления электромагнитных влияний W3BM имеет минимум (рис. 1.3).

Стремление к минимальным затратам на ЭМС предполагает подробные знания о возникновении, распространении и проникновении ЭМ, которые позволяют заблаговременно распознать мало очевидные пути этих влияний и избежать чрезмерных затрат на защиту от помех, на бесполезные мероприятия. Хотя всестороннее планирование должно быть само собой разумеющимся, многие руководители проектов из-за отсутствия достаточного понимания проблем ЭМС и вследствие паразитной природы многих ее феноменов часто к собственному удивлению обнаруживают себя в отношении аспектов ЭМС на правом конце абсциссы (рис. 1.3).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >