ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2023, № 5 · СМЕЖНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Методика и средства для исследования кондуктивных помех от преобразователей электроэнергии в условиях эксплуатации

З.М. Гизатуллин1, Р.М. Гизатуллин1, Р.Р. Мубараков1

1 Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ, Казань, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2023.5.8 УДК 621.391.82 EDN MBIZBJ

Аннотация

Широкое применение преобразователей электроэнергии, работающих на высоких частотах и обладающих улучшенными массогабаритными показателями, обостряет проблему внутрисистемной электромагнитной совместимости технических систем. При этом, часто, задачи электромагнитной совместимости проявляются только уже в условиях полного монтажа и эксплуатации. Поэтому, целью данной работы является разработка методики и средств для исследования кондуктивных помех от преобразователей электроэнергии в условиях эксплуатации. Создан емкостной датчик для измерения кондуктивных помех в корпусе преобразователя электроэнергии и в проводящих элементах конструкции технических систем. Приведены примеры исследования кондуктивных помех от импульсного источника электропитания во временной и частотной областях. Предложена схемотехническая модель и проведен расчет реальных параметров кондуктивных помех. В рассмотренном примере амплитуда помех достигает нескольких десятых долей вольта, и существенная часть энергии находится в диапазоне до 10 МГц. Представлены зависимости снижения амплитуды кондуктивных помех от расстояния до источника. Помехи без существенного ослабления могут распространяться до нескольких метров по проводящим элементам конструкции. При этом с увеличение расстояния увеличивается колебания напряжения на переднем и заднем фронте импульсов. Предложенную методику и средства можно использовать для исследования возможных путей распространения и параметров кондуктивных помех от разных источников в области их эксплуатации, а также для оценки эффективности принимаемых мер по снижению помех.

  • преобразователь электроэнергии
  • импульсный источник электропитания
  • кондуктивная помеха
  • электромагнитная совместимость
  • методика
  • измерение
  • ёмкостной датчик
  • схемотехническая модель
Abstract (in English)

Technique and tools for investigation of conductive interference from electricity converters under operating conditions

Electricity converters are widely used as part of technical means. They operate at high frequencies and have improved weight and dimensions. This exacerbates the problem of intrasystem electromagnetic compatibility of technical means. In this case, often, the problem of electromagnetic compatibility is manifested only in conditions of complete installation and operation. Therefore, the purpose of this work is to develop a methodology and tools for the study of conducted interference from power converters in operating conditions. A capacitive sensor has been created to measure conductive interference in the housing of the power converter and in the conductive elements of the design of technical facilities. Examples of the study of conducted interference from a pulsed power supply in the time and frequency domains are given. A circuit model for calculating the real parameters of conducted interference is proposed. An example of calculation is given. The noise amplitude reaches several tenths of a volt. A significant part of the interference energy is in the range up to 10 MHz. The dependences of the decrease in the amplitude of conducted interference on the distance to the source are presented. Interference without significant attenuation can propagate up to several meters through conductive structural elements. In this case, with increasing distance, voltage fluctuations at the leading and trailing edges of the pulses increase. The methodology and tools can be used to study possible propagation paths and parameters of conducted interference from different sources in the area of their operation. They can also be used to evaluate the effectiveness of interference mitigation measures.

Для цитирования

Гизатуллин З.М., Гизатуллин Р.М., Мубараков Р.Р. Методика и средства для исследования кондуктивных помех от преобразователей электроэнергии в условиях эксплуатации // Журнал радиоэлектроники. – 2023. – № 5. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.5.8

Литература

  1. Шустов М.А. Преобразователи напряжения. Практическая схемотехника. Москва, Додека XXI век. 2007. 192 с.
  2. Мелешин В.И. Управление транзисторными преобразователями энергии. Москва, Техносфера. 2011. 576 с.
  3. Ланцов В., Эраносян C. Электромагнитная совместимость импульсных источников питания: проблемы и пути их решения. Силовая электроника. 2006. №4. С.58-64.
  4. Загородских Е.В. Об источниках кондуктивной помехоэмиссии при проектировании мостового инвертора напряжения. Технологии электромагнитной совместимости. 2016. №1. C.41-48.
  5. Гизатуллин З.М. Электромагнитная совместимость электронных средств объектов электроэнергетики при внешних электромагнитных воздействиях по сети питания. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2007. №9-10. С.37-45.
  6. Gizatullin R., Suetina T. Noise Immunity of Computer Equipment with Dynamic Changes in Power Supply Voltage. 2019 International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies, FarEastCon 2019. Vladivostok. 2019. P.8934266. https://doi.org/10.1109/FarEastCon.2019.8934266
  7. Williams T., Armstrong K. EMC for Product Designers. Oxford, Newnes. 2016. 552 p.
  8. Сафина Р.М., Шкиндеров М.С., Мубараков Р.Р. Помехоустойчивость систем контроля и управления доступом в здания при воздействии электромагнитных помех по сети электропитания. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2021. №6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.6.9
  9. Ляшева М.М., Ляшева С.А., Шлеймович М.П. Фильтрация изображений с использованием пороговой обработки весовых моделей. Научно-технический вестник Поволжья. 2022. №10. С.18-21.
  10. Ляшева М.М., Ляшева С.А., Шлеймович М.П. Первичная обработка изображения с использованием весовой модели. Научно-технический вестник Поволжья. 2022. №6. С.33-36.
  11. Гизатуллин Р.М., Дроздиков В.А., Константинов Э.С. Моделирование функционирования элементов электронных систем БПЛА при воздействии излучаемых электромагнитных помех высоковольтной линии электропередачи. Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2019. Т.11. №4(44). С.13-21.
  12. Загородских Е.В. Кондуктивная помехоэмиссия в двухтактных преобразователях с жестким и мягким переключением. Силовая электроника. 2019. №2. С.62-65.
  13. Gizatullin Z., Nuriev M. Modeling the Electromagnetic Compatibility of Electronic Means under the Influence of Interference Through the Power Supply Network. 2022 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing, ICIEAM 2022. Sochi. 2022. P.321-326. https://doi.org/10.1109/ICIEAM54945.2022.9787186
  14. Жук Д.М., Маничев В.Б., Ильницкий А.О. Методы и алгоритмы решения дифференциально-алгебраических уравнений для моделирования систем и объектов во временной области. Информационные технологии. 2010. №7. С.16-24.
  15. Gizatullin Z., Mubarakov R. Technique for Research of Conducted Interference from Power Converters in Operating Conditions. 2022 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). 2022. P.145-149. https://doi.org/10.1109/RusAutoCon54946.2022.9896342
  16. Гизатуллин З.М., Мубараков Р.Р. Анализ излучаемых электромагнитных помех от преобразователей электроэнергии в условиях эксплуатации. Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2022. Т.14. №2(54). С.29-39.
  17. Газизов Т.Р., Заболоцкий А.М., Мелкозеров А.О. и др. Пути решения актуальных проблем проектирования радиоэлектронных средств с учетом электромагнитной совместимости. Техника радиосвязи. 2014. №2(22). С.11-22.
  18. Кириллов В.Ю., Жуков П.А., Торлупа А.А. Применение радиопоглощающих материалов для ослабления высокочастотных помех в электрических цепях электротехнических комплексов летательных аппаратов. Электричество. 2022. №4. С.66-71.
  19. Алхадж Х.А., Квасников А.А., Куксенко С.П., Газизов Т.Р. Верификация моделирования проводных антенн методом моментов. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2021. №11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.11.1
  20. Gibadullin R.F., Nikonorov V.V. Development of the System for Automated Incident Management Based on Open-Source Software. 2021 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). 2021. P.521-525. https://doi.org/10.1109/RusAutoCon52004.2021.9537385
  21. Жечев Е.С., Черникова Е.Б., Белоусов А.О., Газизов Т.Р. Экспериментальные исследования зеркально-симметричного модального фильтра во временной и частотной областях. Системы управления, связи и безопасности. 2019. №2. С.162-179.