Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Исследование воздействий высоковольтных импульсных помех из сетей электропитания на средства вычислительной техники и разработка защитных и имитационных устройств Парфенов Андрей Валериевич

Исследование воздействий высоковольтных импульсных помех из сетей электропитания на средства вычислительной техники и разработка защитных и имитационных устройств
<
Исследование воздействий высоковольтных импульсных помех из сетей электропитания на средства вычислительной техники и разработка защитных и имитационных устройств Исследование воздействий высоковольтных импульсных помех из сетей электропитания на средства вычислительной техники и разработка защитных и имитационных устройств Исследование воздействий высоковольтных импульсных помех из сетей электропитания на средства вычислительной техники и разработка защитных и имитационных устройств Исследование воздействий высоковольтных импульсных помех из сетей электропитания на средства вычислительной техники и разработка защитных и имитационных устройств Исследование воздействий высоковольтных импульсных помех из сетей электропитания на средства вычислительной техники и разработка защитных и имитационных устройств Исследование воздействий высоковольтных импульсных помех из сетей электропитания на средства вычислительной техники и разработка защитных и имитационных устройств Исследование воздействий высоковольтных импульсных помех из сетей электропитания на средства вычислительной техники и разработка защитных и имитационных устройств Исследование воздействий высоковольтных импульсных помех из сетей электропитания на средства вычислительной техники и разработка защитных и имитационных устройств Исследование воздействий высоковольтных импульсных помех из сетей электропитания на средства вычислительной техники и разработка защитных и имитационных устройств
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Парфенов Андрей Валериевич. Исследование воздействий высоковольтных импульсных помех из сетей электропитания на средства вычислительной техники и разработка защитных и имитационных устройств : дис. ... канд. техн. наук : 05.13.05 Москва, 2006 176 с. РГБ ОД, 61:07-5/1250

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Кондуктивные помехи в сетях электропитания 13

1.1. Структурное построение сетей электропитания 13

1.2. Особенности возникновения помех в трехфазных СЭП 15

1.3. Классификация электромагнитных помех в СЭП 20

1.4. Анализ параметров экспоненциальных импульсов 31

1.5. Обзор стандартов по помехам в СЭП 33

1.6. Основные результаты 46

ГЛАВА 2. Исследование процессов воздействия импульсных сетевых помех на СВТ 47

2.1. Постановка задачи 47

2.2. Анализ распространения помех по проводам СЭП 50

2.3. Обзор средств компьютерного моделирования процессов в электронной аппаратуре 53

2.4. Компьютерное моделирование источника вторичного электропитания 61

2.5. Основные результаты 76

ГЛАВА 3. Анализ сетевых устройств защиты от высоковольтных импульсных помех 77

3.1. Современные средства защиты от сетевых высоковольтных импульсных помех 77

3.2. Предельные параметры электрорадиоизделий 90

3.3. Анализ воздействий высоковольтных импульсов 92

3.4. Основные результаты 100

ГЛАВА 4. Имитаторы сверхнормативных высоковольтных сетевых импульсных помех с перестраиваемыми параметрами 101

4.1. Определение направлений проведения работ по созданию оборудования для проведения исследований влияния индустриальных сверхнормативных импульсных помех на средства вычислительной техники 101

4.2. Анализ особенностей построения стандартизированного и сверхнормативного исследовательского оборудования 103

4.3. Анализ технических требований кИСИП 112

4.4. Сравнение технических требований, предъявляемых к ИСИП

со стандартизированным испытательным оборудованием 116

4.5. Компьютерное моделирование ИСИП 118

4.6. Экспериментальные исследования ИСИП 130

4.7. Основные результаты 132

Заключение 133

Библиографический список 134

Введение к работе

Актуальность.

Средства вычислительной техники (СВТ) находят все большее применение в различных отраслях промышленности и народного хозяйства. Уровень сложности и значимости задач, возлагаемых на электронные и вычислительные устройства и системы, в ряде случаев крайне высокий. Последствия в результате отказов технических средств из-за воздействия электромагнитных помех могут составлять существенные материальные потери, нести угрозу безопасности и жизни пользователя. Исследование вопросов устойчивости СВТ к электромагнитным помехам является необходимым и актуальным аспектом развития современной техники.

В условиях все возрастающего потребления электроэнергии требования к качеству электроэнергии, как фактору, во многом определяющему безотказное функционирование СВТ, должны соответствовать ГОСТ 13109-97 и ряду других стандартов. Наличие нормативных документов позволяет создавать разнообразное имитационное оборудование с возможностью унификации подхода к задачам сертификации приемников электроэнергии по устойчивости к помехам в сетях электропитания (сетевым помехам).

Несмотря на значительное улучшение в последние годы ситуации в области исследования сетевых помех, задачи устойчивости СВТ к их воздействию не могут иметь эффективного решения при подходе, основанном только на использовании существующих нормативных требований и соответствующих им имитационных технических средств. Необходимо проведение более широких исследовательских работ по поиску опасных видов и параметров помех и предотвращения нежелательных последствий, в частности, при защите СВТ от высоковольтных импульсных помех, представляющих собой один из наиболее опасных видов сетевых помех.

Анализ путей решения данной проблемы выявил ряд обстоятельств, определяющих необходимость создания имитаторов сверхнормативных высоковольтных импульсных помех с перестраиваемыми параметрами, вспомогательного оборудования и методик для исследования сетевых помех. Эти обстоятельства обусловлены:

реальным наличием в сетях электропитания высоковольтных импульсных помех с измененными, как правило, в сторону увеличения, значениями параметров, или других, по отношению к нормированным, видов импульсных помех;

необходимостью определения граничных значений устойчивости и стойкости ответственных СВТ для оценки надежности их работы при питании от электрических сетей с нестандартными показателями качества электроэнергии;

требованиями выявления элементов и функциональных узлов СВТ, наиболее подверженных воздействию сетевых помех;

необходимостью пересмотра ранее принятых структурных, схемотехнических и конструктивных решений, ориентированных на СВТ с учетом лишь выполненных нормированных требований;

необходимостью исследований существующей и новой защитной аппаратуры для СВТ от импульсных сетевых помех .

Таким образом повышение надёжности функционирования СВТ при воздействии на неё высоковольтных импульсных помех из сетей электропитания является важной народнохозяйственной проблемой, определяющей актуальность настоящей работы.

Целью настоящей работы является исследование влияния на приемники электрической энергии (ПЭЭ), включая СВТ, высоковольтных импульсных помех, характеризующихся значениями основных параметров, отличающимися от регламентируемых действующими стандартами.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

анализ параметров сетевых высоковольтных импульсных помех с разработкой требований к имитаторам сверхнормативных помех с перестраиваемыми параметрами;

проведение исследований средствами компьютерного моделирования и эксперимента процессов воздействия импульсных помех из сети электропитания на современные источники вторичного электропитания и защитные сетевые устройства;

создание имитаторов сверхнормативных высоковольтных импульсных помех с перестраиваемыми параметрами;

подготовка методик и оборудования для проведения экспериментальных исследований высоковольтных импульсных помех на СВТ;

разработка эффективных устройств защиты СВТ от сетевых высоковольтных импульсных помех.

Положения, выносимые на защиту:

присутствие в сетях электропитания 220В, 50Гц высоковольтных импульсных помех, в том числе от электромагнитных воздействий искусственного происхождения (индустриальные помехи), с параметрами, превышающими регламентируемые стандартами, при отсутствии специальных мер защиты приводят к сбоям в работе СВТ и выходам их из строя;

- источники вторичного электропитания (ИВЭ) современных СВТ при прохождении через них высоковольтных импульсных помех представляют собой высокоэффективные сетевые защитные устройства при уровнях возмущающих воздействий, не достигающих порогов разрушения электрорадиоэлементов ИВЭ;

низкая степень защищенности СВТ от индустриальных импульсных помех с параметрами, превышающими нормированные стандартами, требует разработки новых эффективных средств защиты, примером которых является разработанное устройство защиты типа БЗС, обеспечивающее при значительной схемотехнической простоте гарантированную защиту СВТ от мощных высоковольтных импульсных помех с длительностями от десятков наносекунд до единиц миллисекунд и амплитудами до нескольких киловольт;

- предложенный новый вариант построения имитаторов сверхнормативных импульсных помех с использованием транзисторного ключа во входной цепи сети электропитания обеспечивает экспериментальные исследования СВТ и других ПЭЭ в широких диапазонах перестройки параметров импульсных воздействий.

Обоснованность и достоверность научных положений, представленных в диссертационной работе, обусловлены их подтверждением экспериментами и компьютерным моделированием, а также опытом эксплуатации разработанных сетевых защитных устройств и имитаторов сверхнормативных импульсных помех с перестраиваемыми параметрами.

Методы исследования.

При решении поставленных задач использованы методы теории электрических цепей, математического анализа, прикладные программы MathCad, P-Spise (Orcad), Electronic WorkBench Pro. Достоверность основных научных положений, расчетов по результатам компьютерного моделирования подтверждена экспериментальными исследованиями на физических моделях.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  1. Разработана математическая модель процессов прохождения индустриальных сверхнормативных высоковольтных импульсных помех в тракте источника вторичного электропитания – высокочастотного преобразователя напряжения, позволяющая получать количественные значения параметров возмущающих воздействий на элементы ИВЭ.

  2. Выполнен анализ процессов в разработанном сетевом защитном устройстве (СЗУ) от высоковольтных сетевых импульсных помех на основе мощных современных варисторов и быстродействующих плавких вставок.

  3. Предложена новая структура построения имитаторов сверхнормативных импульсных помех с использованием электронного ключа во входной цепи сети электропитания.

  4. Проведено компьютерное моделирование предложенного имитатора сверхнормативных импульсных помех с перестраиваемыми параметрами при его работе на комплексную нагрузку с выбором варисторов, защищающих элементы схемы от перенапряжения.

Практическая значимость работы.

На основе проведенных исследований разработаны, изготовлены и внедрены в изделия ОАО «НИИВК им. М.А.Карцева»:

сетевые защитные устройства типа БЗС, позволяющие ограничивать импульсные помехи большой энергии до допустимого уровня и обеспечивать быстрое отключение источника помехи от защищаемого оборудования;

имитаторы импульсных помех микро- и миллисекундного диапазонов для испытаний на устойчивость СВТ к электромагнитным помехам в виде высоковольтных импульсов напряжения, приходящих из сети электропитания, выполняющих ряд функций сверх задаваемых в стандартах.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных конференциях молодых специалистов в ОАО «НИИВК им. М.А.Карцева» в период с 2001 по 2006 г.г.; на Всероссийской конференции «Устройства и системы энергетической электроники», г.Москва, 2002 г.; на Международной научно-технической конференции «Молодые ученые 2003», г.Москва, 2003г.; на конференции «Источники вторичного электропитания –2005», г. Москва, 2005г.; на научно- технической конференции «Высокие технологии XXI века», г.Москва, 2006г.; на 11-ой научно-технической конференции по средствам электропитания, г. С.-Петербург, 2006 г.

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и 5-и приложений. Текст диссертации изложен на 141 странице, содержит 12 таблиц, 55 рисунков, список литературы, включающий 82 наименования.

Классификация электромагнитных помех в СЭП

Электромагнитные помехи распространяются от источника к приемнику помех двумя способами - кондуктивным, т.е. по элементам электрической сети и излучением через пространство.

Для иллюстрации вышеизложенного на рис.1.10 приведена схема, поясняющая источники возникновения помех, пути их распространения к ПЭЭ, а также результат воздействия помех на приемник электроэнергии -аппаратуру в целом и ее составные части. ПЭЭ могут нормально функционировать в определенном, оговоренном в их технических условиях (паспорте, описании) диапазоне изменений напряжения питающей сети. Выход за пределы этого диапазона ведет к различным нарушениям в их работе: а) сбой, б) срабатывание защиты, в) нарушение функционирования без физического разрушения, г) нарушение целостности элементной базы, д) выход из строя аппаратуры с физическим разрушением.

Отметим, что результатом воздействия помех может также являться латентный процесс деградации элементов аппаратуры, что в ряде случаев существенно сказывается на их ресурсе функционирования, и как следствие приводит к снижению надежности устройства в целом.

Согласно исследованиям американской консалтинговой компании Contingency Planning, причиной отказов (сбоев) СВТ в 45% случаев является некачественное электропитание (см. круговую диаграмму рис.] .11). В настоящее время с помощью различных анализаторов и регистраторов сетевых помех исследованы основные их виды (формы и параметры). Наиболее характерные виды помех представлены на рис. 1.12. Под низкочастотными возмущениями подразумеваются провалы и выбросы напряжения сети, длительность которых сравнима или превышает длительность периода напряжения промышленной частоты (рис.1.12 а,б). К этой же категории помех можно отнести спады напряжения сети при аварийных отключениях (рис. 1.12д), которые приравниваются к длительным провалам, а также в ряде случаев искажения формы синусоиды напряжения (рис.1.12з), вызванные наличием гармоник этого напряжения из-за нелинейности характеристик генератора напряжения или нагрузки. Отклонение частоты, вызываемые, как правило, нестабильностью частоты вращения генератора, также относится к низкочастотным возмущениям (рис.1.12е), Высокочастотные возмущения представляют собой искажения формы синусоиды напряжения сети, вызванные кратковременными импульсными помехами, накладывающимися на синусоидальное напряжение сети (рис.1.12в,г,ж). Другим способом классификации помех, основанным на их спектральных характеристиках, является деление на узкополосные и широкополосные воздействия [8]. К первым обычно относятся помехи от систем связи на несущей частоте, систем питания переменным током и т.п. Их отличительной особенностью является то, что характер изменения помехи во времени является синусоидальным или близок к нему. При этом спектр помехи имеет максимальный уровень на основной частоте, пики меньшего уровня - на частотах гармоник. Широкополосные помехи имеют ярко выраженный несинусоидальный характер и обычно проявляются в виде либо отдельных импульсов, либо их последовательности. Для периодических широкополосных сигналов спектр состоит из большого набора пиков на частотах, кратных частоте основного сигнала. Для апериодических помех спектр является непрерывным и описывается спектральной плотностью. Типичными широкополосными помехами являются: - шум, создаваемый в сети питания аппаратуры при работе импульсного блока питания; - импульсы, создаваемые при коммутационных операциях; - молниевые импульсы; - электростатические разряды. Защитные устройства СЭП позволяют значительно снизить перенапряжения при ударах молний, однако при работе этих устройств в момент отключения пораженных участков линии могут наблюдаться значительные выбросы, а также провалы напряжения. Недопустимые изменения или кратковременное пропадание напряжения в СЭП связано также с нарушениями норм электропитания электроустановок со стороны потребителей. По этой причине, например, на трансформаторной подстанции, часто срабатывает защита от перегрузки или короткого замыкания, что приводит к пропаданию напряжения отдельной фазы или всех трех фаз. Продолжительность прерывания электроснабжения может быть как длительной, так и кратковременной.

Кратковременные изменения напряжения, имеющие место при включении и выключении коммутирующей аппаратуры, батарей конденсаторов с большими емкостями часто приводят к резонансным явлениям из-за наличия реактивного сопротивления индуктивного характера в линии электропередачи.

Обзор средств компьютерного моделирования процессов в электронной аппаратуре

Моделирование помех выполняют как во временной области (для исследования искажения формы сигналов), так и в частотной области (для оценки влияния преобразователей на спектральный состав). В том и другом случае используется энергетический подход, т.е. определение энергии сигнала и его энергетический спектр.

Трудности моделирования связаны со сложностью описания сигналов и разветвленностью структуры моделируемой системы, причем в большом числе случаев необходимостью учета не предусмотренных схемой функционирования (паразитных) связей. В таких условиях весьма актуальной становится задача построения совокупности моделей и анализ их адекватности. Построение приближенных описаний требует экспериментальных исследований на всех этапах построения моделей от получения исходных данных до проверки их адекватности. Вместе с тем экспериментальные исследования (измерения требуемых величин) базируются на априорных и уточняемых при обработке информационных моделях.

Сегодня невозможно разрабатывать электронные устройства без применения ЭВМ, С их помощью выполняют моделирование, анализ и синтез систем различной сложности. Все этапы исследования режимов работы отдельных элементов и устройств основываются на использовании компьютерных средств и соответствующих технологий, которые стали инструментом создания электронных систем. Этому способствует достаточное число предлагаемых программных комплексов для сквозного проектирования электронных устройств.

Разработано и используется несколько пакетов прикладных программ схемотехнического моделирования: электронная лаборатория Electronics Work Bench, система схемотехнического моделирования Micro - Cap (Microcomputer Circuit Analysis Program), пакет САПР DesignLab и другие.

Основу перечисленных программных продуктов составляет программа PSpice, которая является наиболее известной модификацией программы схемотехнического моделирования SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis), разработанной в начале 70- годов.

Пакет PSpice может служить базовым пакетом программ для разработки полномасштабной модели, включая контур регулирования выходного напряжения и исследование различных видов помех, поскольку обладает развитым набором исследования и документирования результатов моделирования, включая токи элементов и потенциалы всех узлов [25].

PSpice позволяет проводить моделирование аналоговых и смешанных аналого-цифровых схем с помощью достаточно простого для освоения входного языка. Программа PSpice предусматривает девять различных режимов исследования систем с сосредоточенными параметрами, основным из которых является режим моделирования переходных процессов в сложных технических системах, состоящих из нескольких взаимосвязанных, в том числе и физически разнородных подсистем. При этом в процессе моделирования имеются возможности для имитации различных способов управления, изменения внешних воздействий, структуры исследуемой системы. Программа PSpice входит в состав таких программных продуктов как система Design (модификации Design Center, Design Lab) и система OrCad. Кроме того, в составе системы имеется редактор аналоговых и цифровых входных сигналов StraEd и программа Parts, предназначенная для идентификации параметров математических моделей элементов исследуемых схем.

Язык описания заданий на моделирование рассмотрен, например, в [26]. Ниже покажем отдельные наиболее типичные для устройств силовой электроники фрагменты заданий.

Пакет прикладных программ "Design Lab 8.0м фирмы "MicroSim" является современным универсальным пакетом для моделирования аналоговых, цифровых и смешанных аналого-цифровых электронных устройств, который наилучшим образом подходит для многоцелевого профессионального анализа сложных электротехнических и электронных устройств.

Система MatLAB, созданная фирмой The MathWorks, Inc., широко применяется для выполнения научно - технических расчетов, Последние версии системы имеют огромные возможности, а по скорости выполнения задач она опережает многие подобные системы.

Система MatLAB (Matrix Laboratory) является интерактивной системой, ориентированной на работу с большими массивами данных, т.е. выполнение операций с векторами и матрицами. Система приспособлена к любой области науки и техники, содержит средства, которые удобны для электротехнических расчетов (операции с комплексными числами). MatLAB имеет большие возможности для работы с сигналами, средства для спектрального анализа и синтеза.

Система MatLAB - это одновременно и операционная система и язык программирования, дающий возможность пользователю создавать специализированные функции и программы. Большое количество разработанных программ привело к модульному построению системы, т.е. объединению родственных задач в отдельные папки (Toolbox).

Современные средства защиты от сетевых высоковольтных импульсных помех

Рассмотрим электрорадиоизделия (ЭРИ), подверженные поражающему действию сетевых воздействий и входящие в состав ИВЭ и других устройств СВТ.

Типы ЭРИ выбираются по их паспортным данным, в основном, по предельным значениям напряжений и токов. Предельное (пробивное) напряжение для них в значительной степени зависит от климатических условий эксплуатации блока питания (влажность, температура, давление). На предельный ток сильно влияют условия теплообмена. Недооценка влияния показателей надёжности перечисленных изделий с учётом воздействия на них сетевых возмущений приводит к отрицательным последствиям.

Интегральные микросхемы (ИМС) - устройства, характеризуемые наименьшим значением энергии разрушения [30]. Относительно небольшая энергия повреждения ИМС обусловлена малыми размерами полупроводниковых структур, а также особыми свойствами р-п переходов. Известно, что повреждение большинства ИМС непосредственно связаны с тепловыми процессами. Они могут быть вызваны различными механизмами, такими как вторичный тепловой пробой, пробой диэлектрика, дуговой разряд между электродами или слоями металлизации внутри корпуса прибора.

Вторичный тепловой пробой в полупроводниковых структурах - это наиболее распространённый из перечисленных механизмов повреждения. Наиболее чувствительным к воздействию переходных процессов является обратносмещённый р-п переход прибора. При некоторых уровнях обратного напряжения, приложенного к р-п переходу, обратный ток резко возрастает, в р-п переходе может возникнуть лавинный или туннельный пробой. Если р-п переход в некотором месте имеет меньшую ширину, то вследствие увеличения градиента плотности носителей заряда плотность тока увеличивается в точках р-п перехода, расположенных в местах сужения, и они разогреваются в большей степени. При достижении в локализованной области пороговой температуры наступает отказ. Импульсная электрическая прочность полупроводниковых приборов характеризуется пороговой мощностью, пороговой энергией и длительностью импульса, вызывающего отказ прибора.

Пороговая энергия импульса зависит от длительности импульса при t l мкс и не зависит от длительности импульса при КОД мкс. Энергию импульсов, не зависящую от длительности импульсов и вызывающую отказы в приборе, называют критической и обозначают \Укр. Эта энергия не зависит от параметров импульса, а определяется физико-конструктивными параметрами р-п перехода. Критическая энергия, приведённая для некоторых элементов в табл. 3.2, позволяет ориентироваться на параметры специальных имитаторов сетевых помех.

Кроме интегральных микросхем, присутствующих практически во всей современной СВТ, а также элементов, приведённых в табл.3.2, в принтерах, телефаксах, кондиционерах используются такие изделия, как тиристоры, электрические двигатели и сетевые трансформаторы.

Указанные изделия имеют высокие показатели критической энергии повреждения, превышающей максимальное значение для радиоэлектронного изделия в табл.3.2 на 3 - 4 порядка (в зависимости от мощности и ряда других показателей) и составляет десятки - сотни джоулей. При импульсе длительностью 1 мкс с амплитудой 10 кВ необходим имитатор, формирующий импульс тока с амплитудой в сотни -тысячи ампер.

Анализ воздействий сетевых высоковольтных импульсов Современные вычислительные комплексы, устанавливаемые на морских судах и подводных лодках, часто получают электропитание от сетей постоянного тока с напряжением 175-320В. В таких сетях возможно присутствие импульсов напряжения с амплитудами в сотни вольт и длительностями от единиц микросекунд до единиц миллисекунд.

В настоящем разделе проводится анализ воздействия таких импульсов на блок защиты от сетевых помех (БЗС), решающий задачу ограничения амплитуды импульса до допустимого напряжения, поступающего на входные цепи источников вторичного электропитания ВК.

Упрощенная схема БЗС приведена на рис.3.8, где VI - варистор, ограничивающий амплитуду импульса; L1 - дроссель, необходимый для снижения скорости нарастания тока при воздействии импульса; Сн -конденсатор фильтра нагрузки; FU1 - плавкая вставка; Re, RH -сопротивления сети и нагрузки. [82]. Для расчета принимаются следующие исходные данные: UC-320B, 1Л=0,ЗмГн, Сн=25 мкФ, RC=50MOM, RH=120M.

Поставлена задача определения типа варистора VI, ограничивающего UH 500B И позволяющего рассеивать энергию от действия импульса с формой, изображенной на рис.3.9, а также выбора плавкой вставки, сохраняющей цепь при действии указанного импульса и разрывающей цепь до момента превышения энергией, выделяемой в варисторе, допустимого для него значения. При этом учитываются зависимости от тока напряжения ограничения варистора UH(Ivі) и сопротивления плавкой вставки RFLJI(IC). варистор выбирается типа B80R230 фирмы EPCOS; при этом зависимость Uyi(Ivi) заложена в модели варистора; быстродействующая плавкая вставка выбирается типа Fuses 440V DC 25А фирмы Ferraz; ориентировочные зависимости RFUI(IC), полученные из имеющихся данных на выбранный тип плавкой вставки, приведены на рис.3.10/

Анализ особенностей построения стандартизированного и сверхнормативного исследовательского оборудования

Учитывая, что превышения предельных параметров для элементов ИСИП согласно результатам моделирования происходят в миллисекундном диапазоне импульсов, рассмотрим экспериментальные осциллограммы, полученные с использованием имитатора миллисекундного диапазона.

На рис.4.14 приведены осциллограммы импульса напряжения на нагрузочном резисторе 220м и тока в нём при исходных данных, аналогичных рис.4.7. Данные осциллограммы с точностью до 20% повторяют расчётные осциллограммы на рис.4.7. Высокочастотные выбросы тока на его переднем и заднем фронтах на рис.4.15 объясняются наличием паразитных ёмкостей монтажа, не учитываемых в модели.

На рис.4.] 5 приведены осциллограммы импульса напряжения и тока в нагрузочной цепи из параллельно включённых резистора 220м и дросселя 250мГн при Пи - 1.5кВ, te = 2.5мс, фаза 135. Данная осциллограмма представляет интерес, так как окончание импульса совпадает с нулём синусоидального напряжения сети.

Экспериментальные исследования и математическое моделирование показали высокую степень сходимости результатов. 1. Проведен анализ задач построения стандартизированных имитаторов импульсных помех и имитаторов сверхнормативных сетевых высоковольтных импульсных помех. Разработаны алгоритмы их функционирования. Сформулированы технические требования к разработке ИСИП. 2. Описан новый вариант построения имитатора сетевых высоковольтных сетевых импульсных помех, основанный на использовании в качестве элементов развязки от входных цепей сети электропитания силовых полупроводниковых ключей. 3. Выполнено компьютерное моделирование предложенной структуры ИСИП. Исследованы переходные процессы при работе ИСИП на комплексные нагрузки. 4. Проведены эксперименты с ИСИП миллисекундного диапазона с включением комплексных нагрузок, Результаты компьютерного моделирования и экспериментов совпадают с точностью 20-30%. 1. Показана возможность присутствия в сетях электропитания СВТ высоковольтных импульсных помех, в том числе индустриальных помех с параметрами, значительно превышающими регламентируемые действующими стандартами. Проведен анализ затухания импульсов помех различной длительности в соединительных проводах сетей электропитания. 2. Выполнено компьютерное моделирование переходных процессов и проведены эксперименты при воздействии высоковольтных сетевых импульсных помех на ИВЭ, устанавливаемые в современные СВТ. Сделаны выводы о эффективности ИВЭ как средства защиты от импульсных помех при их параметрах, не превышающих уровни разрушения электрорадиоэлементов ИВЭ. 3. Проведено исследование характеристик ряда выпускаемых отечественных и зарубежных сетевых защитных устройств, На базе выполненных расчётных и экспериментальных результатов разработано сетевое защитное устройство типа БЗС, снижающее до допустимого уровня импульсные помехи и отключающее СВТ от сети электропитания. 4. Разработаны технические требования к имитаторам индустриальных сверхнормативных высоковольтных импульсных помех. Предложен вариант построения имитатора сетевых высоковольтных импульсных помех без применения дросселя во входной цепи сети электропитания, позволивший улучшить объемно-массовые показатели устройства и полностью исключить прохождение импульсной помехи в направлении входа сети электропитания. 5. Результаты исследований в области сетевых высоковольтных импульсных помех использованы в разработанных сетевых защитных устройствах и имитаторах высоковольтных импульсов милли- и микросекундных диапазонов.

Похожие диссертации на Исследование воздействий высоковольтных импульсных помех из сетей электропитания на средства вычислительной техники и разработка защитных и имитационных устройств