Индуктивная связь это: ИНДУКТИВНАЯ ИЛИ ТРАНСФОРМАТОРНАЯ СВЯЗЬ

Содержание

ИНДУКТИВНАЯ ИЛИ ТРАНСФОРМАТОРНАЯ СВЯЗЬ

Если энергия колебаний переходит из одного контура в другой, то такие контуры называются связанными.
Иначе говоря, контуры являются связанными в том случае когда колебания, происходящие в одном из них, воздействуют на другой контур и вызывают в нем колебательный процесс.

Чем больше энергии переходит из одного контура в другой, т.е. чем сильнее воздействует один контур на другой, тем сильнее связь между ними.

Величина связи характеризуется коэффициентом связи Ксв, который может иметь значения от 0 до 1 (от 0 до 100%). Если связь отсутствует, то ксв = 0. В радиоцепях ксв имеет обычно величину от долей процента до нескольких процентов, изредка до нескольких десятков процентов.

Существует несколько различных видов связи.

Индуктивная или трансформаторная связь. Эта связь применяется наиболее часто и образуется с помощью взаимной индукции между катушками контуров (рис.1 ).

Рис.1 — Индуктивная связь двух контуров

Контур L1C1, получающий энергию от генератора, называется первичным контуром. Контур L2C2, получающий энергию от первичного контура, называется вторичным контуром.

Принцип индуктивной связи заключается в там, что ток первичного контура I1, проходя через катушку L1, создает вокруг нее магнитное поле, силовые линии которого пересекают витки катушки L2 и возбуждают в ней индуктированную эдс, а последняя создает во вторичном контуре ток I2. Таким образом, при индуктивной связи энергия передается из одного контура в другой магнитным полем. Любой трансформатор является примером индуктивной связи. Две катушки, индуктивно связывающие высокочастотные контуры, называют трансформатором высокой частоты.

Индуктивная связь может быть постоянной или переменной. Постоянная индуктивная связь оформляется в виде двух однослойных или многослойных катушек, намотанных обычно на одном каркасе друг возле друга. Для переменной индуктивной связи нужно менять расстояние между катушками или их взаимное расположение. Переменную индуктивную связь изображают на схемах стрелкой, пересекающей катушки
(рис. 1 а).

Выясним физический смысл коэффициента связи при индуктивной связи. Если L1 и L2 одинаковы и других катушек в контурах нет, то коэффициент связи показывает, какую долю полного магнитного потока Ф1 катушки L1 составляет магнитный поток Фсв, пронизывающий обе катушки, т.е. связывающий обе цепи. Например, если Фсв составляет 20% от Ф1, то Kсв = 0,2.

Для получения максимального тока и напряжения в контурах их настраивают в резонанс. В первичном контуре может быть либо резонанс напряжений, либо резонанс токов в зависимости от способа соединения генератора с этим контуром.

Во вторичном контуре при индуктивной связи, как правило, получается резонанс напряжений.
Это объясняется тем, что в качестве генератора во вторичном контуре работает сама катушка L2. Она включена в контур последовательно, значит, в цепи будет резонанс напряжений.

Практически связанные контуры настраивают в резонанс для получения наибольшего тока во вторичном контуре следующим порядком. Сначала настраивают первичный контур до получения максимума тока в нем, затем настраивают вторичный контур в резонанс с первичным контуром. После настройки вторичного контура надо еще раз подстроить первичный контур, так как вторичный контур при настройке несколько влияет на первичный и нарушает резонанс в нем. Вообще всякое изменение настройки одного из контуров оказывает влияние на другой контур (изменяет его настройку). Приходится дополнительно подстраивать каждый контур, чтобы восстановить резонанс.

Для настройки в резонанс двух контуров, имеющих постоянную связь, их конденсаторы переменной емкости объединяют в один агрегат, т.е. роторы насаживают на общую ось. На схемах такой агрегат показывают путем соединения стрелок конденсаторов штриховой линией (рис.1 б).

Емкости контуров выравнивают с помощью небольших надстроечных (полупеременных) конденсаторов, емкость которых можно регулировать в некоторых пределах. Они присоединяются параллельно основным конденсаторам (рис.1 б).

Индуктивности катушек выравнивают, регулируя положение находящегося внутри катушки сердечника из магнитодиэлектрика (карбонильное железо, альсифер, феррит и др). На схеме (рис.1 б) показано условное изображение сердечников.

Рассматривая работу связанных контуров, необходимо учитывать воздействие вторичного контура на первичный. Ток I2, возникший во вторичном контуре, создает в катушке L2 магнитный поток, пересекающий какой-то своей частью витки катушки L1 и индуктирующий в ней некоторую эдс. Эта эдс противодействует первичному току I1 и уменьшает его. Иначе можно сказать, что вторичный контур вносит в первичный дополнительное сопротивление, называемое вносимым сопротивлением. Когда вторичный контур настроен на частоту генератора, то он вносит в первичный контур только активное сопротивление, которое тем больше, чем сильнее связь. Величина этого сопротивления характеризует переход некоторого количества энергии из первичного контура во вторичный. А когда вторичный контур не настроен точно на частоту генератора, то он вносит в первичный контур не только активное, но и реактивное сопротивление, индуктивное или емкостное, в зависимости от того, в какую сторону расстроен вторичный контур. Таким образом, вторичный контур, будучи сам расстроенным, нарушает настройку первичного контура.

Рис.2 — Кривые резонанса двух связных контуров при различной величине связи

Если у двух настроенных в резонанс связанных контуров снять зависимость тока или напряжения вторичного контура от частоты генератора, то получится кривая резонанса системы двух связанных контуров. Форма ее зависит от величины связи. Чем слабее связь, тем острее резонанс (рис.2). При увеличении связи кривая становится более тупой и, начиная с некоторого значения связи, принимает характерный двугорбый вид. Величина связи, при которой получается переход кривой резонанса от одногорбой формы к двугорбой, называется критической связью.

При одинаковых контурах ток, напряжение и мощность колебаний во вторичном контуре при критической связи имеют наибольшие значения по сравнению с их величинами при более слабой или более сильной связи. Поэтому критическую связь иначе называют оптимальной, т.е. наивыгоднейшей. Но она является наивыгоднейшей только в смысле получения наибольшей мощности во вторичном контуре.

В случае одинаковых контуров коэффициент оптимальной связи равен величине затухания каждого контура. Если, например, связанные контуры имеют каждый в отдельности S = 0,02, то оптимальная связь получится при Kсв— 0,02 = 2%.

Когда связь меньше критической, то ее считают слабой. При слабой связи кривая резонанса имеет почти такую же форму, как и в случае одиночного контура. Связь больше критической считается сильной. Если усиливать связь свыше критического значения, то провал в резонансной кривой становится больше и разница по частоте между горбами увеличивается (рис.2).

Критическая или сильная связь (при небольшом провале между горбами) дает значительное расширение полосы пропускания и используется в радиоприемных устройствах. Для сильной связи характерна передача энергии из первичного контура во вторичный с высоким кпд (выше 50%), т.е. мощность во вторичном контуре больше, чем мощность, теряемая в первичном контуре. Вследствие этого сильная связь применяется при больших мощностях в радиопередатчиках. Слабая связь применяется тогда, когда не требуется передать во вторичный контур большую мощность с высоким кпд, но зато важно, чтобы вторичный контур мало влиял на первичный. Такая связь находит себе применение в радиоизмерениях.

Индуктивная связь (индуктивная наводка помехи) – В помощь студентам БНТУ – курсовые, рефераты, лабораторные !

Индуктивная связь (индуктивная наводка помехи)

Если измерительная система или ее входная цепь находятся в переменном магнитном поле, то во входной цепи наводится напряжение помехи. Обычно переменное магнитное поле возбуждается переменными токами, текущими по посторонним проводам или движущимися намагниченными узлами механизмов.

То же самое будет и в постоянном магнитном поле, если входные цепи средства измерения будут вибрировать или двигаться.

Условно это можно изобразить в виде следующей схемы:

Найдем паразитное напряжение, которое наводится в цепи средства измерения:

. Пусть S – площадь, охватываемая измерительной цепью. Ранее было показано, что поток вектора магнитной индукции . По закону э-м индукции Фарадея имеем – при переменном внешнем поле, или – при вибрации проводников в постоянном магнитном поле.

Сравним полезный сигнал в СИ

с величиной наводимого паразитного сигнала . Нетрудно видеть, что индуктивную наводку нельзя уменьшить путем изменения сопротивления объекта и средства измерения zi и z0, т.к. полезный сигнал зависит от этих сопротивлений так же.

Однако из полученных формул следует, что наводимое напряжение можно свести к минимуму следующими способами:

уменьшением напряженности магнитного поля B путем удаления СИ от источника магнитного поля или путем экранирования;
уменьшением потока магнитной индукции за счет изменения пространственной ориентации СИ, располагая измерительную цепь так, чтобы вектор магнитной индукции магнитного поля был параллелен плоскости измерительной цепи. В этом случае cosα≈0, и поток Ф сводится к минимуму;
минимизированием площади, охватываемой входной цепью средства измерения (например скручиванием проводов), тогда S≈0 и Ф≈0 .

Экранирование проводников от магнитных полей

Особенности проводящего экрана без тока

Рассмотрим возможность экранирования проводника, помещенного в проводящий экран, от внешнего магнитного поля.

Показанную выше связь сигнальной цепи (в данном случае проводник 2) и источника шума (в данном случае ток

в проводнике 1) в виде внешнего магнитного поля, формально можно изобразить также в виде связи через коэффициент взаимной индукции М (см. рис. 2.8, где и ).

Если теперь проводник 2 поместить в незаземленный немагнитный экран, схема станет такой, как показано на фиг. 2.9, где М1Э –коэффициент взаимной индукции проводника 1 и экрана. Поскольку через экран ток не течет (он представляет собой отрезок проводника с изолированными концами), он не влияет на конфигурацию или магнитные свойства пространства между цепями 1 и 2, т. е. экран не оказывает влияния и на напряжение, наведенное на проводник 2.

Однако, вследствие прохождения в проводнике 1 тока, на экран наводится напряжение

. Заземление одного из концов экрана не меняет дела. Таким образом, можно сделать вывод, что помещение проводника в изолированный экран или экран, заземленный с одного конца, не влияет на величину напряжения, наводимого на этот проводник внешним магнитным полем.

Особенности проводящего экрана с током

Определим величину магнитной связи между экраном в виде проводящей трубки и помещенным в нее проводником. Будем считать, что токи в центральном проводнике и в экране распределены равномерно по их поперечным сечениям. Магнитные поля, создаваемые токами, подчиняются уравнению Максвелла в интегральной форме

, которое читается так: циркуляция вектора по замкнутому контуру равна току, протекающему через этот контур. В диэлектриках и немагнитных проводниках вектор индукции магнитного поля (который только и имеет физический смысл) связан с вектором равенством (вектор имеет вспомогательное значение, помогающее в расчетах).

Если в обоих проводниках текут одинаковые, но противоположно направленные токи и имеет место полная осевая симметрия, то картина распределения магнитного поля в пространстве будет иметь вид, показанный на рис. Здесь r1- радиус внутреннего проводника, r2 и r3 – внутренний и внешний радиусы цилиндрического экрана. Отсюда видно, что внутри экрана (r<r2) существует только магнитное поле тока центрального проводника. Вне экрана (r>r3) магнитное поле полностью отсутствует, поскольку в каждой точке пространства магнитные поля экрана и проводника равны и направлены взаимно противоположно. Последний результат очевиден, поскольку, в соответствии с формулой Максвелла, полный ток, протекающий через любой замкнутый контур, охватывающий наружную поверхность экрана, равный сумме тока в экране и тока в центральном проводнике, равен нулю.

Отсюда следуют важные выводы. Во – первых, можно считать, что проводящий экран полностью экранирует внешнее пространство от магнитного поля тока, протекающего в центральном проводнике.

Во – вторых, можно показать, что коэффициент взаимной индукции М между экраном и центральным проводником равен собственной индуктивности экрана: M=LЭ. Действительно, магнитное поле тока экрана существует только вне экрана, и поток Ф вектора магнитной индукции

, сцепленного с экраном и образованного магнитным полем центрального проводника и экрана, формально можно записать в виде . Так как и, ввиду того, что вне экрана и поэтому, получим искомый результат. Справедливость данного равенства зависит только от того, действительно ли токи экрана и центрального проводника равны между собой и создают осесимметричную картину.

Магнитная связь между экрана с током и заключенным в него проводником

Вычислим напряжение, наводимое на центральный проводник вследствие прохождения по экрану тока Iэ и наличия индуктивной связи между экраном и проводником. Это напряжение будем рассматривать как напряжение шума (Uш). Будем считать, что ток в проводнике отсутствует (цепь не замкнута), т. е. условие

не выполняется.

Предположим, что ток экрана создается напряжением UЭ, наведенным от какой-то другой цепи. На фиг. 2.12 показана схема, которую при этом следует рассматривать. Здесь Lэ и Rэ – здесь индуктивность и сопротивление экрана. Считая, что ток меняется по гармоническому закону, имеем

. Ток Iэ определяется выражением . Так как LЭ=М, то . График, соответствующий этому уравнению, показан на фиг. 2.13. Частота для этой кривой определяется как частота среза экрана ωср, так что .

Напряжение шумов, наводимых на центральный проводник на постоянном токе (ω=0) равно нулю и увеличивается почти до Uэ на частоте ω=5ωср.

Следовательно, магнитная связь цилиндрического экрана и проводника, расположенного внутри него, растет с увеличением частоты изменения магнитного поля. При частоте, меньшей частоты среза (ω<ωср), считается, что эта связь практически отсутствует.

Считается также, что наводимое на центральный проводник напряжение на частотах, более чем в пять раз превышающих частоту среза экрана, равно напряжению экрана. Отметим также, что частота среза экрана пропорциональна сопротивлению Rэ экрана.

Использование проводящего экрана с током в качестве сигнального проводника

Лучший способ защиты сигнальной цепи от магнитных полей – уменьшение площади его контура. Площадь, представляющая интерес в этом плане, – это общая площадь, охваченная током, проходящим в сигнальной цепи. Контур берется по току, идущему и возвращающемуся к источнику. Однако, очень часто ток возвращается по пути, не предусмотренному разработчиком, и площадь контура при этом изменяется по сравнению с ожидаемой.

Если проводник разместить в немагнитном экране, так, чтобы обратный сигнальный ток проходил по экрану, контур полного тока будет охватывать меньшую площадь, и потому экран может обеспечить защиту от внешних магнитных полей. Эта защита, обусловлена уменьшением площади контура, а не магнитными экранирующими свойствами экрана.

Площадь, охваченная током, – это прямоугольник между проводником и шасси заземления. При отсутствии экрана площадь контура велика, и влияние внешнего магнитного поля максимально. При экране, заземленном с обеих сторон, площадь контура существенно уменьшается, и тем самым до некоторой степени обеспечивается магнитная защита. В случае, когда прямой и обратный токи равны, защита максимальна. При экране, заземленном с одного конца, площадь контура почти не уменьшается.

При использовании экрана в качестве второго сигнального проводника нужно иметь в виду следующее:

подавление влияния внешнего магнитного поля происходит лишь тогда, когда частота наводки превышает частоту среза экрана более чем в пять раз. В этом случае напряжения, наводимые на оба проводника, равны и полностью компенсируют друг друга;
на низких частотах (ω<5ωср) обеспечить равенство прямого и обратного токов нельзя, и эффективность защиты мала.

Таким образом, для получения максимальной защиты на низких частотах (ω<5ωср) экран не должен служить одним из сигнальных проводников, и один конец цепи необходимо изолировать от земли, чтобы избежать наводки на нем токов от посторонних источников. В этом случае экран обеспечивает эффективную защиту проводника только от внешнего электрического поля.

Следует иметь ввиду, что на низких частотах даже, если экран заземляется на одном конце, через него все же могут протекать токи шумов из-за емкостной связи с землей (см. рис.).

Проводящий экран, заземленный с обоих концов, может обеспечить некоторую защиту от внешнего магнитного поля на частотах ω>5ωср.

Замечание. Условие ω>5ωср является лишь оценочным. При его выводе не учитывалось влияние тока проводника на ток экрана и сопротивление проводника. Как будет видно из дальнейшего, максимальная эффективность экранирования достигается даже на частотах ω>5ωср, когда один конец экрана не заземляется.

Защита пространства от излучения проводника с током

Чтобы предотвратить излучение во внешнее пространство, источник помех можно заключить в экран. Теоретически, как было показано выше, если сделать ток экрана равным по величине и направленным навстречу току центрального проводника, он будет создавать вне экрана равное и противоположно направленное магнитное поле. В результате возникает ситуация, когда поле вне экрана отсутствует (рис.1).

На рис.2 показаны электрическое и магнитное поля проводника с током, находящегося в свободном пространстве (вакууме). Если проводник поместить в экран, заземленный в одной точке (рис.3), линии электрического поля будут замыкаться на экран и он будет экранировать электрическое поле проводника, однако на магнитное поле экран будет оказывать очень слабое влияние.

На рис.4 показана заземленная с обоих концов цепь, по которой проходит ток I1. Чтобы предотвратить излучение этой цепью магнитного поля, необходимо, чтобы оба конца экрана были заземлены и возвратный ток протекал от точки А к точке В по экрану (Iэ), а не по заземленной плоскости (I3).

Практически же, эффективность экранирования будет зависеть от частоты тока. На частотах ω>5ωср картина будет близка к теоретической, поскольку на этих частотах магнитная связь между проводником и экраном будет полная. Тогда возвратный ток, индуцируемый в экране переменным магнитным полем тока, протекающего по проводнику, будет равен току проводника и он создаст вне экрана поле, которое компенсирует поле, создаваемое проводником (рис. 4).

На частотах ω<5ωср, излучение магнитного поля проводником можно предотвратить, если не заземлять один из концов проводника и экрана (рис.5). В этом случае весь возвратный ток будет вынужден проходить по экрану. Заземление обоих концов экрана лишь уменьшит экранирование, поскольку часть тока может возвращаться через плоскость заземления.

Анализ различных схем защиты сигнальной цепи путем экранирования

Было проведено сравнение экранирующих свойств в отношении магнитного поля для различных схем включения кабеля.

Схема измерения показана на рис.1. Результаты сведены в таблицы, помещенные на рис. 2 и 3. Частота измерения (50 кГц) более чем в пять раз превышала частоту среза экранов всех кабелей, подвергавшихся испытанию. Кабели, показанные на рис.2 и 3, представляют собой испытуемый кабель, обозначенный на рис.1 как L2.

В схемах А – Е (рис.2) оба конца цепи заземлены.

Эти схемы обеспечивают намного меньшее ослабление магнитного поля, чем схемы Ж – Л (рис. 3), в которых заземлен только один конец цепи.

В схеме А на рис.2 экранирование магнитного поля, по существу, отсутствует. Уровень наводок в схеме А используется как опорный для сравнения характеристик всех других схем и принимается за 0 дБ.

В схеме Б один конец экрана заземлен, однако это не оказывает влияния на магнитное экранирование.

Заземление обоих концов экрана (схема В) обеспечивает некоторую защиту от магнитного поля, поскольку частота измерения выше частоты среза экрана. Эта защита была бы еще сильнее, если бы не контур заземления, образуемый заземлением обоих концов цепи. Магнитное поле наводит в этом контуре заземления, обладающем малым сопротивлением и состоящем из экрана участка шасси между двумя точками заземления, большой ток шумов. Этот ток в свою очередь, как было показано в предыдущем разделе, создает на экране напряжение шумов.

Использование витой пары (схема Г) должно в принципе обеспечивать намного большее подавление магнитных шумов, однако этого не происходит из-за контура заземления, образующегося при заземлении обоих концов цепи. Это хорошо видно из сравнения величины ослабления, обеспечиваемого схемой З (рис.3).

Добавление к витой паре экрана с одним заземленным концом (схема Д) не дает никакого эффекта. Заземление обоих концов экрана, как показано на схеме Е, обеспечивает дополнительную защиту, поскольку экран, обладающий малым сопротивлением, отводит от сигнальных проводников часть тока, наведенного магнитным полем в контуре заземления. Однако из-за наличия контуров заземления вообще ни одна из схемных конфигураций на рис.2 не обеспечивает хорошей защиты от магнитных полей.

В том случае, если цепь должна быть заземлена на обоих концах, следует использовать схему В или Е.

Значительное увеличение магнитного экранирования дает схема Ж (рис.3). Это обусловлено тем, что площадь контура, образуемая коаксиальным кабелем, очень мала, а также тем, что здесь нет контура заземления, ухудшающего экранирование. Соосность обеспечивает максимальную магнитную связь центрального проводника и экрана.

Казалось бы, витая пара на схеме З должна обеспечивать значительно большую степень экранирования, чем 55 дБ. Уменьшение степени экранирования в этом случае является следствием того факта, что здесь ухудшена магнитная связь прямого и обратного проводников, а также отсутствия экранирования внешнего электрического поля. Это видно из схемы И, где ослабление увеличивается до 70 дБ за счет заключения витой пары в экран.

Отметим, что увеличение числа витков на метр для любой витой пары (3 или И) уменьшает наводки, т.е. увеличивает магнитную связь прямого и обратного проводников.

Вообще говоря, для магнитного экранирования на низких частотах схеме И следует отдать предпочтение перед схемой Ж, поскольку в схеме И экран не является сигнальным проводником.

Заземление обоих концов экрана, как в схеме К, несколько ухудшает экранирование. Это можно объяснить тем, что через экран по контуру, образуемому экраном и шасси, протекает большой ток, наводя на два центральных проводника неравные напряжения.

Схема Л обеспечивает лучшее экранирование, чем схема И, поскольку она объединяет в себе свойства коаксиальной схемы Ж и витой пары И. Однако применять эту схему не следует, так как в ней любые напряжения или токи шумов, попавшие на экран, могут проходить на землю через сигнальный проводник.

Почти всегда бывает лучше соединять экран и сигнальные проводники только в одной точке. Эту точку следует выбрать так, чтобы ток шумов не проходил с экрана на землю через сигнальный проводник.

Сравнение коаксиального кабеля и экранированной витой пары

Экранированная витая пара очень полезна на частотах до 100 кГц и в некоторых случаях до 10 МГц. На частотах выше 1 МГц потери в экранированной витой паре значительно возрастают.

Коаксиальный кабель имеет более равномерное волновое сопротивление при малых потерях. Поэтому его применяют от нулевой частоты (постоянный ток) до очень высоких частот (в некоторых случаях вплоть до СВЧ). На частотах выше нескольких сот мегагерц потери в коаксиальном кабеле становятся велики, и здесь более целесообразно применять волноводы. Экранированная витая пара обладает большей емкостью, чем коаксиальный кабель, и поэтому она не так хорошо подходит для высоких частот или схем с высоким импедансом.

Коаксиальный кабель с заземленным на одном конце экраном обеспечивает хорошую защиту от емкостных наводок. Но если по экрану течет ток шумов, на нем наводится напряжение шумов, равное произведению этого тока на сопротивление экрана. Поскольку экран является частью сигнальной цепи, это напряжение шумов оказывается включенным последовательно с входным сигналом

Шумы создаваемые на сопротивлении экрана, можно исключить, применяя кабель с двойным экранированием (триаксиальный), в котором между двумя экранами имеется изоляция. Ток шумов течет здесь по внешнему, а сигнальный ток – по внутреннему экрану, т. е. эти токи не имеют общей цепи.

К сожалению, триаксиальные кабели дороги и неудобны в использовании. На высоких частотах коаксиальный кабель работает так же как триаксиальный, что обусловлено скин-эффектом. У типичного экранированного кабеля скин-эффект становится заметным на частоте около 1 МГц. При этом ток шумов течет по внешней поверхности экрана, тогда как сигнальный ток проходит по его внутренней поверхности. По этим причинам коаксиальный кабель лучше применять на высоких частотах.

Экранированная витая пара имеет свойства, аналогичные триаксиальному кабелю, она не столь дорога и удобнее в пользовании. Сигнальный ток в ней проходит по двум внутренним проводникам, а любой ток шумов течет по экрану. Связь через общее сопротивление исключается. Кроме того, любой ток, проходящий по экрану, наводит через взаимную индуктивность в обоих внутренних проводниках равные напряжения, взаимно уничтожающие друг друга.

Неэкранированная витая пара, если она не сбалансирована, дает очень слабую защиту от емкостных наводок, но очень хорошо защищена от магнитных наводок.

Экранированная витая пара обеспечивает наилучшее экранирование низкочастотных сигналов, при работе с которыми основной проблемой являются магнитные наводки. Эффективность витой пары увеличивается при увеличении числа витков на единицу длины.

Особенности экрана в виде оплетки

Большинство кабелей имеет экран в виде оплетки, а не сплошного проводника. Оплетка гибка, прочна на разрыв и допускает многократные перегибы. Однако оплетка перекрывает лишь 60 – 90% требуемой площади, и как экран она менее эффективна, чем сплошной проводник. Наличие отверстий в оплетке обычно слабо влияет на экранирование электрических полей (исключая СВЧ-диапазон), но сильно ухудшает экранирование магнитных полей. Это объясняется тем, что оплетка нарушает однородность распределения тока в экране. По защите от магнитных полей оплетка обычно на 5 – 30 дБ менее эффективна, чем сплошной экран.

На высоких частотах эффективность оплетки еще более ухудшается. Это происходит потому, что с ростом частоты длина волны становится меньше размеров отверстий в оплетке. Многослойное экранирование дает большую защиту, однако при этом растет стоимость и уменьшается гибкость кабеля. В некоторых критичных случаях применяются двойные и даже тройные экраны.

В настоящее время выпускают кабели со сплошным экраном из алюминиевой фольги. Эти экраны обеспечивают почти стопроцентное покрытие и более эффективное экранирование. Однако они не столь прочны, как оплетка, и имеют обычно более высокую частоту среза экрана из-за его более высокого сопротивления, т.е. имеет меньший частотный диапазон в области малых частот.

Влияние неоднородности тока в экране

Проводимое выше рассмотрение магнитного экранирования основывалось на однородности распределения продольного тока в экране по его окружности. Сплошные экраны, например выполненные из алюминиевой фольги, дают наиболее равномерное распределение экранного тока, обеспечивая тем самым на частотах, выше частоты среза экрана, наилучшее магнитное экранирование. Плетеные экраны значительно менее эффективны в отношении магнитного экранирования, так как ток в них распределяется менее однородно, чем в сплошном экране. Оплетка может иметь покрытие (обычно из оловянно-свинцового припоя или серебра), и ток в такой оплетке будет распределен более равномерно из-за лучшего контакта между проводниками. В плетеных экранах без покрытия проводники окисляются, и электрический контакт между ними обычно плохой.

Эффективность магнитного экранирования вблизи концов кабеля зависит от способа подключения экрана. Подключение «косичкой» (см. рис) приводит к тому, что экранный ток концентрируется на определенной части поверхности экрана. Для максимальной защиты экран следует подключать равномерно по всей плоскости его поперечного сечения. Это можно сделать, используя коаксиальные разъемы. Такой разъем обеспечивает электрический контакт с экраном по всей его окружности. Коаксиальное подключение создает, кроме того, полное перекрытие внутреннего проводника, сохраняя полноту экранирования от электрических полей.

Избирательное экранирование

Примером устройства, где производится избирательное экранирование от электрического поля, а на магнитное поле не оказывается никакого воздействия, является антенна в виде экранированной петли. Такая антенна применяется при определении направления на радиостанцию. С ее помощью можно также значительно уменьшить шумовые наводки в антенне радиовещательного приемника, поскольку большинство локальных источников шумов генерируют преимущественно электрическое поле.

На рис. а показана основная конфигурация петлевой антенны. Магнитное поле создает в петле напряжение величиной

.Угол θ изменяется между направлением магнитного поля и перпендикуляром к плоскости петли. Последняя, однако, действует так же, как вертикальная антенна, и на ней наводится напряжение от случайных электрических полей. Это напряжение равно напряженности поля Е, умноженной на действующую высоту антенны. Для антенны в виде одного витка окружности действующая высота равна 2πS/λ. При этом наведенное электрическим полем напряжение становится равным .Угол θ’ измеряется между направлением электрического поля и плоскостью петли. Чтобы устранить наводки от электрических полей, антенный контур можно экранировать, как показано на рис.б. Однако в такой схеме по экрану может протекать ток, который будет подавлять магнитное поле так же хорошо, как и электрическое. Чтобы сохранить чувствительность контура к магнитному полю, необходимо разорвать экран и предотвратить прохождение по нему тока. Это можно сделать, разорвав экран, например, сверху, как показано на рис.в. Получившаяся в результате антенна будет реагировать только на магнитную компоненту приходящей волны.

Индуктивная связь и способы сведения к минимуму ее влияния на промышленные установки

Сезар Кассиолато

Введение

Сосуществование оборудования различных технологий и неадекватность установок способствуют излучению электромагнитной энергии и часто вызывают проблемы с электромагнитной совместимостью.

Электромагнитные помехи — это энергия, которая вызывает нежелательную реакцию любого оборудования и может быть вызвана искрением на щетках двигателя, переключением цепей напряжения, включением индуктивных и резистивных нагрузок, включением выключателей, автоматических выключателей, люминесцентных ламп, нагревателей, автомобильных зажиганий, атмосферные разряды и даже электростатические разряды между людьми и оборудованием, СВЧ-приборами, средствами мобильной связи и т. д. Все это может спровоцировать перепады с вытекающими отсюда перегрузками, пониженными напряжениями, пиками, переходными процессами напряжения и т. д., которые могут оказывать сильное воздействие на сеть связи. . Это очень распространено в промышленности и на заводах, где электромагнитные помехи довольно часты в связи с более широким использованием машин, таких как сварочные инструменты, двигатели (MCC), а также в цифровых сетях и компьютерах вблизи этих областей.

Самой большой проблемой, вызванной электромагнитными помехами, являются случайные ситуации, которые медленно ухудшают работу оборудования и его компонентов. Многие различные проблемы могут быть вызваны электромагнитными помехами на электронном оборудовании, такими как сбои связи между устройствами одной и той же сети оборудования и / или компьютерами, аварийные сигналы, выдаваемые без объяснения причин, действия на реле, которые не следуют логике, без команды, в дополнение к сгоранию электронные компоненты и схемы и т. д. Очень часто возникают шумы в линиях электропитания из-за плохого заземления и экранирования или даже ошибки в проекте.

Топология и распределение проводки, типы кабелей, методы защиты являются факторами, которые необходимо учитывать для минимизации воздействия электромагнитных помех. Имейте в виду, что на высоких частотах кабели работают как передающая система с перекрещивающимися и перепутанными линиями, отражают и рассеивают энергию от одной цепи к другой. Держите соединения в хорошем состоянии. В неактивных разъемах может развиться сопротивление или стать детекторами радиочастот.

Типичным примером того, как электромагнитные помехи могут повлиять на работу электронного компонента, является конденсатор, подвергающийся воздействию пикового напряжения, превышающего указанное номинальное напряжение. Это может привести к повреждению диэлектрика, ширина которого ограничена рабочим напряжением конденсатора, что может создать градиент потенциала ниже диэлектрической жесткости материала, что приведет к неисправности и даже возгоранию конденсатора. Или, все же, токи поляризации транзистора могут измениться и вызвать их насыщение или обрыв, или сжечь его компоненты за счет эффекта Джоуля, в зависимости от интенсивности.

В измерениях:

Не проявляйте небрежности, неосмотрительности, безответственной неопытности или некомпетентности в технических вопросах.
Помните, что у каждой установки и системы есть свои особенности безопасности. Ознакомьтесь с ними перед началом работы.
По возможности обращайтесь к физическим нормам, а также к технике безопасности для каждой зоны.
При проведении измерений действуйте осторожно, избегая контакта между клеммами и проводкой, так как высокое напряжение может привести к поражению электрическим током.
Чтобы свести к минимуму риск потенциальных проблем, связанных с безопасностью, соблюдайте стандарты безопасности и местные секретные области, регулирующие установку и эксплуатацию оборудования. Эти стандарты варьируются в зависимости от региона и постоянно обновляются. Пользователь несет ответственность за определение правил, которым следует следовать в своих приложениях, и гарантирует, что каждое устройство установлено в соответствии с ними.
Неправильная установка или использование оборудования в нерекомендуемых приложениях может повредить производительность системы и, следовательно, процесс, а также стать источником опасности и несчастных случаев. Поэтому для выполнения работ по установке, эксплуатации и техническому обслуживанию привлекайте только обученных и квалифицированных специалистов.

Довольно часто надежность системы управления ставится под угрозу из-за ее некачественного монтажа. Обычно пользователи терпят их, но при внимательном рассмотрении обнаруживаются проблемы, связанные с кабелями, их прокладкой и укладкой, экранированием и заземлением.

Чрезвычайно важно, чтобы каждый вовлеченный человек знал и осознавал, а кроме того, был заинтересован в обеспечении эксплуатационной надежности установки и личной безопасности. В этой статье содержится информация и советы по заземлению, но в случае сомнений преимущественную силу всегда имеют местные правила.

Контроль шума в системах автоматизации жизненно важен, так как он может стать серьезной проблемой даже при использовании лучших устройств и оборудования для сбора данных и работы.

Любая промышленная среда имеет электрические помехи в источниках, включая линии электропередач переменного тока, радиосигналы, машины и станции и т.д. фильтры и дифференциальные усилители могут контролировать шум в большинстве измерений.

Преобразователи частоты имеют системы коммутации, которые могут генерировать электромагнитные помехи (ЭМП). Их усилители могут излучать значительные электромагнитные помехи на частотах от 10 МГц до 300 Гц. Скорее всего, этот коммутирующий шум может создавать помехи в соседнем оборудовании. Хотя большинство производителей предпринимают в своих проектах надлежащие меры предосторожности, чтобы свести к минимуму этот эффект, полной невосприимчивости достичь невозможно. Таким образом, некоторые методы компоновки, проводки, заземления и экранирования вносят значительный вклад в эту оптимизацию.

Снижение электромагнитных помех сведет к минимуму первоначальные и будущие эксплуатационные расходы и проблемы в любой системе.

В этой статье мы увидим индуктивную связь.

Индуктивное соединение

«Кабель-мешатель» и «кабель-жертва» сопровождаются магнитным полем. См. рис. 1. Уровень помех зависит от изменения тока (di/dt) и взаимной индуктивной связи.

Рисунок 1 – Индуктивная связь – физическое представление и эквивалентная схема

Индуктивная связь увеличивается с:

Частота: индуктивное сопротивление прямо пропорционально частоте (XL = 2πfL)
Расстояние между мешающим и пострадавшим кабелями и параллельная длина кабеля
Высота кабеля относительно базовой плоскости (над землей)
Полное сопротивление нагрузки кабеля или цепи помех.

Рисунок 2 – Индуктивная связь между проводниками

Методы снижения влияния индуктивной связи между кабелями

Ограничение длины кабелей, проложенных параллельно
Увеличьте расстояние между мешающим кабелем и кабелем-жертвой
Заземлите один конец экрана обоих кабелей
Уменьшите dv/dt мешающего кабеля, по возможности увеличив время нарастания сигнала (резисторы, соединенные последовательно, или резисторы PTC в мешающем кабеле, ферритовые прокладки в мешающем и/или падающем кабеле).

Рис. 3. Индуктивная связь между кабелем и полем

Методы уменьшения влияния индуктивной связи между кабелем и полем

Ограничение высоты кабеля (h) относительно земли
По возможности располагайте кабель вблизи металлической поверхности
Используйте витые кабели
Используйте ферритовые уплотнительные кольца и фильтры EMI 4

Рис. 4 – Индуктивная связь между кабелем и контуром заземления

Методы уменьшения влияния индуктивной связи между кабелем и контуром заземления

По возможности располагайте кабель вблизи металлической поверхности

Используйте витые кабели

На высоких частотах заземляйте экран в двух точках (будьте осторожны) и на низких частотах в одной точке

Таблица 1 — Минимальное расстояние расстояния между кабелями

Рисунок 5 — Интерференция между кабелями: магнитные поля через индуктивную связь между кабелями и информированием текущей трансфер (выбора Electragnetics) 7.10 900 года 70010 7.10 7.

Электромагнитные помехи можно уменьшить:

Витой кабель
Оптическая изоляция
За счет использования каналов и заземленных металлических коробок

Рисунок 6. Взаимная индуктивность между двумя проводниками

эффекты (средние эффекты по расстоянию):

Витая пара состоит из пар проводов. Провода намотаны по спирали, чтобы за счет эффекта компенсации уменьшить шум и сохранить электрические свойства среды постоянными по всей ее длине.

Эффект уменьшения с помощью закручивания эффективен благодаря гашению потока, называемому Rt (в дБ):

Rt = -20 log{(1/( 2nl +1 ))*[1+2nlsen(/ nλ)]} дБ

Где n — количество витков/м, а l — общая длина кабеля. См. рисунки 7 и 8.

Эффект компенсации уменьшает перекрестные помехи между парой проводов и снижает уровень электромагнитных/радиочастотных помех. Количество витков провода может варьироваться, чтобы уменьшить электрическую связь. Его конструкция обеспечивает емкостную связь между проводниками пары. Он более эффективно работает на низких частотах (< 1 МГц). Когда он не экранирован, он имеет недостаток синфазного шума. Для низких частот, то есть когда длина кабеля меньше 1/20 длины волны шумовой частоты, экран (сетка или экран) будет иметь одинаковый потенциал на всем своем протяжении, когда экран должен быть подключен только к одному заземлению. точка. На высоких частотах, то есть когда длина кабеля превышает 1/20 длины волны шумовой частоты, экран будет иметь высокую восприимчивость к шуму и должен быть заземлен с обоих концов.

В случае индуктивной связи Vnoise = 2πBAcosα, где B — поле, а α — угол, под которым поток пересекает вектор площади (A) или, тем не менее, в зависимости от взаимной индуктивности M: Vnoise = 2πfMI, где l ток силового кабеля.

Рисунок 7 — Индуктивный эффект связи в параллельных кабелях

Рисунок 8 — Минимизация эффекта индуктивной связи в скрученных кабелях

Рисунок 9 – Пример шума на индукцию

Рисунок 10 – Примеры кабелей Profibus рядом с кабелем питания

Использование каждой эффективной витой пары в индукции площадь закрутки примерно равна прилегающей индукции. Он эффективен в дифференциальном режиме, симметричных цепях и имеет низкую эффективность на низких частотах в несимметричных цепях. В высокочастотных цепях с многоточечным заземлением эффективность высока, поскольку обратный ток имеет тенденцию протекать по соседнему обратному контуру. Однако при высокочастотном синфазном сигнале кабель малоэффективен.

Использование экранирования в индуктивной связи

Магнитное экранирование может применяться в источниках шума или в сигнальных цепях для минимизации эффекта связи.

Экранировать низкочастотные магнитные поля не так просто, как экранировать электрические поля. Эффективность магнитной связи зависит от типа материала и его проницаемости, толщины и задействованных частот.

Благодаря высокой относительной проницаемости сталь более эффективна, чем алюминий и медь, на низких частотах (менее 100 кГц).

Однако для более высоких частот можно использовать алюминий и медь.

Потери поглощения при использовании меди и стали для двух различных толщин показаны на рисунке 11.

Рисунок 11 – Потери поглощения при использовании меди и стали металлов неэффективен на низких частотах.

Защита с использованием металлических воздуховодов

Далее мы увидим использование металлических воздуховодов для минимизации токов Фуко.

Пространство между воздуховодами способствует возмущению, создаваемому магнитным полем. Более того, эта неоднородность может способствовать разнице потенциалов между каждым сегментом воздуховода, и если возникает бросок тока, например, в результате удара молнии или короткого замыкания, отсутствие непрерывности не позволит току течь через алюминиевый воздуховод и поэтому не защитит кабель Profibus.

Идеальным вариантом является присоединение каждого сегмента к максимально возможной площади контакта, чтобы обеспечить большую защиту от электромагнитной индукции, и иметь проводник между каждым сегментом воздуховода с минимально возможной длиной, чтобы обеспечить альтернативный путь к токам в случае аварии. повышенное сопротивление в прокладках между сегментами.

При правильно собранных алюминиевых воздуховодах, когда поле проникает в воздуховод, алюминиевая пластина создает магнитный поток, который изменяется в зависимости от времени [f = a. sen(w.t)] и создает индуцированную электродвижущую силу [ E = — df/ dt = a.w.cos(w.t)].

На высоких частотах ЭДС, индуцируемая алюминиевой пластиной, будет сильнее, что приведет к более сильному магнитному полю, которое почти полностью нейтрализует магнитное поле, создаваемое силовым кабелем. Этот эффект подавления меньше на низких частотах. На высоких частотах подавление более эффективно.

Это эффект пластины и металлического экрана, препятствующий падению электромагнитных волн. Они генерируют свои собственные поля, которые минимизируют или даже сводят на нет поле через них и действуют как настоящая защита от электромагнитных волн. Они работают как клетка Фарадея.

Убедитесь, что пластины и соединительные кольца изготовлены из того же материала, что и кабельный канал/коробки. Защитите места соединения от коррозии после сборки, например, цинковой краской или лаком.

Хотя кабели экранированы, экранирование от магнитных полей не так эффективно, как от электрических полей. На низких частотах витая пара поглощает большую часть эффектов электромагнитных помех. С другой стороны, на высоких частотах эти эффекты поглощаются экраном кабеля. По возможности подключайте кабельные коробки к системе эквипотенциальной линии.

Рисунок 12 – Защита от перенапряжения с использованием металлических каналов

Заключение
Каждый проект автоматизации должен учитывать стандарты, обеспечивающие адекватные уровни знаков, например безопасность, требуемую приложением.

Ежегодно проводите профилактическое обслуживание и проверяйте каждое соединение в системе заземления, что должно обеспечивать качество каждого соединения в отношении прочности, надежности и низкого импеданса, гарантируя при этом отсутствие загрязнения и коррозии.

Эта статья не заменяет NBR 5410, NBR 5418, IEC 61158 и IEC 61784, а также профили PROFIBUS и технические руководства. В случае расхождений приоритет имеют нормы, стандарты, профили, технические руководства и руководства производителя. По возможности обращайтесь к EN50170 за физическими нормами и правилами техники безопасности для каждой области.

В этой статье мы увидели несколько подробностей об эффектах индуктивной связи и о том, как их минимизировать.

https://www.smar.com/en/system302

https://www.smar.com/ru

https://www.smar.com/en/technical-articles

http://www.electrical-installation.org/wiki/Coupling_mechanisms_and_counter-measures

Национальные заметки по применению 25: Полевая проводка и шум для аналоговых сигналов — Сайед Джаффар Шах

Aterramento, Blindagem, Ruídos e dicas de instalação (Заземление, экранирование, шумы и советы по установке) — César Cassiolato

O uso de Canaletas Metalicas Minimizando as Correntes de Foucault em Instalações PROFIBUS (Использование металлических воздуховодов для минимизации токов Фуко в установках PROFIBUS) César Cassiolato

Ruídos e Interferências em instalações PROFIBUS, (Шумы и помехи в установках PROFIBUS) — César Cassiolato

https://www. smar.com/en/technical-article/tips-on-shielding-and-grounding-in-industrial-automation

Интернет-исследования (Все иллюстрации, бренды и продукты, используемые здесь, принадлежат их соответствующим владельцам, а также любые другие виды интеллектуальной собственности.)

Индуктивная связь Определение и значение

Основные определения

Викторина

Примеры

Показывает уровень оценки в зависимости от сложности слова.

Сохрани это слово!

Показывает уровень оценки в зависимости от сложности слова.

сущ. Электричество.

связь между двумя электрическими цепями посредством индуктивностей, связанных общим переменным магнитным полем.

ВИКТОРИНА

ВЫ ПРОЙДЕТЕ ЭТИ ГРАММАТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ИЛИ НАТЯНУТСЯ?

Плавно переходите к этим распространенным грамматическим ошибкам, которые ставят многих людей в тупик. Удачи!

Вопрос 1 из 7

Заполните пропуск: Я не могу понять, что _____ подарил мне этот подарок.

Сравните индуктивность, взаимную индуктивность.

Слова рядом с индуктивной связью

индукционная закалка, индукционный нагрев, система индукционной петли, асинхронный двигатель, индуктивный, индуктивная связь, индуктивное реактивное сопротивление, индуктивная статистика, индуктор, индуктотермия, индуктивность

Dictionary.com Unabridged
Основано на словаре Random House Unabridged Dictionary, © Random House, Inc., 2022 г.

Как использовать индуктивную связь в предложении

На самом деле, это единственная связь в фильме, которая имеет какой-то смысл.

Пересматривая «День святого Валентина», звездный фильм о Дне Победы|Марина Уоттс|14 февраля 2014 г.|DAILY BEAST США

Британский Raunchfest ‘The Inbetweeners Movie’ пытается оставить свой след в Америке | Кевин Фэллон | 8 сентября 2012 г. | DAILY BEAST

Но в некотором смысле Грэм и ДеМинт представляют собой идеальное сочетание.

Гражданская война Республиканской партии в Южной Каролине|Сэмюэл П. Джейкобс|21 сентября 2010|DAILY BEAST

В отсутствие четкого ответа Обама, по сути, попросил страну сделать вывод о его целях с помощью индуктивных рассуждений.

Джой Бехар был прав|Джефф Шесол|29 июля 2010|DAILY BEAST

При цене 75 000 долларов за пару потенциальная прибыль ошеломляет.

Могут ли эти две лошади спасти скачки?|Салли Дентон|4 июня 2009 г.|DAILY BEAST

Естественным результатом было то, что редко предпринимались попытки что-то большее, чем унисонное соединение.

Недавняя революция в органостроении|Джордж Лэнг Миллер

Он был великим пионером философии, поскольку прибегал к индуктивным методам доказательства и придавал идеям общую определенность.

Beacon Lights of History, Volume I|John Lord

Следовательно, его метод является индуктивным, т. е. выводом определенных принципов из суммы данных фактов и явлений.