Индуктивная связь

Магнитная связь возникает между двумя или несколькими обтекаемыми токами контурами. Связанные с токами магнитные потоки пронизывают другие проводящие контуры и индуктируют там напряжения помех. Индуктирующее воздействие потоков моделируют в эквивалентной схеме взаимной индуктивностью или источником напряжения. В предположении квазистатических соотношений получаются эквивалентные схемы (рис. 3.27).

Эти эквивалентные схемы составлены в предположении, что только система I мешает системе II, а не наоборот. Иными словами, предполагается, что ток в системе I намного больше, чем в системе II.

Магнитная связь между двумя электрическими контурами. Моделирование процесса индуктирования

Рис. 3.27. Магнитная связь между двумя электрическими контурами. Моделирование процесса индуктирования: а - взаимной индуктивностью; б - напряжением источника

Для эвивалентной схемы (рис. 3.27,а) индуктированное напряжение рассчитывается как

соответственно во временной области

Индукция приводит к появлению напряжения противофазной помехи в системе II, часть которого, определяемая делителем напряжения Zn со / Znp со , поступает на вход приемника.

Взаимную индуктивность М, и рассчитывают по

где Ф, и - часть связанного с 1,(0 магнитного потока, пронизывающую систему II

Поток

рассчитывают по области Ап (площади контура системы II). Для приблизительных расчетов чаще всего плотность магнитного потока на индукцию В1 полагают постоянной в пространстве, благодаря чему интеграл упрощается до скалярного произведения:

В этом уравнении а - угол, который образуют векторы В, и Ац . Плотность магнитного потока В, определяется по закону полного тока с учетом заданного тока I,.

На практике речь идет в меньшей степени о том, чтобы рассчи- тытать взаимную индуктивность М{ п, а прежде всего о том, чтобы опознать ее как таковую. В конце концов, магнитная связь существует, даже если контур системы II замкнут не гальванически, а только через паразитную емкость. В последнем случае индуктированное напряжение не делится делителем Zn со / Znp со , а приложено полностью к

разомкнутым концам контура II. Индуктированное напряжение помехи является заданным, т.е. его значение не зависит от полного сопротивления контура II. С уменьшающимся полным сопротивлением

Zu со Znp со Ij, может принимать сколь угодно большие значения. Доля приходящегося на вход приемника напряжения помехи определяется исключительно отношением Zu со / Znp со , а не значением полного сопротивления.

Согласно (3.15), (3.16) и (3.18), (3.19) индуктированное напряжение помехи наряду с частотой или скоростью изменения тока в системе / пропорционально взаимной индуктивности М, и, следовательно, и

площади Ап. На основании этого можно указать следующие способы снижения индуктивного влияния:

  • - уменьшение М, и за счет сокращения длины участков параллельной прокладки проводов;
  • - увеличение расстояния между контурами;
  • - ортогональное расположение контуров;
  • - скручивание проводов системы II (уменьшение Ап соответственно Ф, и );
  • - экранирование системы II;
  • - прокладка компенсирующих проводов.

Скручивание проводов является наиболее дешевой и наиболее действенной мерой для уменьшения индуктированных напряжений. Если остающийся некомпенсированный магнитный поток дает слишком большие напряжения помех, то может оказаться эффективным дополнительный экран (рис. 3.28,а). Сведения о принципе действия этого экрана и методике заземления кабельных экранов содержатся в и. 3.5.

Экранированная скрученная сигнальная линия (а) и сигнальный контур с компенсирующим проводом (б)

Рис. 3.28. Экранированная скрученная сигнальная линия (а) и сигнальный контур с компенсирующим проводом (б)

Вместо кабельного экрана в некоторых случаях прокладываются компенсирующие провода (если, например экранирование не возможно по усло-виям обеспечения электрической прочности. Компенсирующие провода образуют короткозамкнутые контуры, магнитное поле которых частично может компенсировать магнитное поле помех (рис. 3.28,6). Благодаря присутствию короткозамкнутого контура напряжение помехи, индуктирован-ное в системе II, уменьшается до

где jcoBH - индуктированная ЭДС; М ик - взаимная индуктивность между подверженной помехе системой II и компенсирующим контуром.

Ток 1к компенсирующего контура рассчитывается как

Тем самым индуктированное напряжение помехи согласно (3.21) может быть преобразовано в

или

где К - коэффициент ослабления. Он связывает индуктированное напряже-ние помехи и магнитный поток внешнего поля

Поток Фвн со рассчитывается в виде:

где а - угол между нормалью к поверхности пА и вектором магнитной индукции Вви, которая рассчитывается, исходя из значения тока, протекающего в мешающей системе, и ее конфигурации.

Конечно, влияние может быть уменьшено и путем скручивания или экранирования системы I, однако это, как правило, дороже (например, у линий сильного тока) или вообще не может быть реализовано. Целесообразно уже при планировании предусматривать раздельную прокладку заведомо мешающих и подверженных помехам линий в отдельных кабельных каналах. Типичным случаем применения компенсирующих проводов в системе / является уменьшение электромагнитных влияний на линии связи при помощи заземленных проводов, параллельных воздушным линиям высокого напряжения, правда, при этом достигаются коэффициенты экранирования лишь порядка 0,5.

Магнитная связь цепей рабочего тока полностью независима от возможного заземления системы, подверженной помехе, поэтому улучшение заземления или изменение условий заземления не приводит к желаемому успеху. Наконец, отметим, что система II не должна обязательно быть цепью рабочего тока, но очень часто может быть контуром заземления. Индуктированное в этом контуре напряжение действует как синфазное напряжение для цепей рабочего тока (см. п. 3.1.2).

 
Посмотреть оригинал