2.8. Контактные помехи

Источники помех и их воздействие

Под электрическими помехами (иногда их называют шумами) чаще всего понимаются любые нежелательные электрические сигналы. Одни из типов помех — сетевые помехи. По сети электропитания передаются возмущения, вызываемые грозами, работой радиопередающего и сварочного оборудования, нестабильным контактом щёток и ротора в электромоторах, включением или выключением контактов управляющих силовым оборудованием и т.п. Все эти возмущения искажают исходную форму синусоиды, внося в форму волны напряжения острые пики и другие высокочастотные составляющие. Помехаили шум может быть как повторяющимся, так и внезапным, однако воздействие его на оборудование не зависит от характера шума. Большинство электронных приборов в той или иной степени защищены от высокочастотных помех, однако резкие внезапные колебания напряжения могут вызвать сбои в работе оборудования; в особенности это касается мощных компьютеров, где сбои проявляются в зависаниях и нештатной работе ПО.

В таблице 2 перечислены различные источники помех.

Таблица 2.

Источники помех

Естественные источники помех	Технические источники помех
	Преднамеренное излучение	Непреднамеренное излучение
Атмосферные помехи, космические шумы, разряды молнии, электростатические разряды.	Радиостанции, радары, микроволновые плиты, высокочастотные сушительные установки	Выключатели, люминесцентные лампы, двигатели, сетевые выпрямители, цифровые приборы (компьютеры и т.п.)

Рисунке 23 показано, на каких расстояниях действуют связанные с линией и излучаемые помехи на разных частотах: В зоне [1] сигналы помех передаются главным образом через соединительный кабель. Источник и получатель помехи соединены между собой проводами по которым помеха передается. В зоне [2] сигнал помехи дополнительно излучается источником помехи и может передаваться получателю помехи через соединительные провода или через корпус. Прямого соединения между источником и получателем помехи здесь не требуется.

Рис. 23. Расстояния на которых действуют связанные с линией и излучаемые помехи на разных частотах

Классические электрические колебания, возникающие, например, в колебательном контуре или на выходе генератора переменного тока, являются гармоническими. Это значит, что зависимость интенсивности колебания (мгновенного значения напряжения или тока) от времени может быть представлена графически в виде синусоиды.

В действительности вид осциллограммы напряжения или тока может несколько отклоняться от чистой синусоиды (рис. 24).

Амплитудным значением или амплитудой называется максимальное отклонение колеблющейся величины от нулевого уровня.

Действующее значение тока или напряжения численно равно такому постоянному току или напряжению постоянного тока, которое производит в проводнике такой же тепловой эффект. Действующее значение напряжения или тока равно среднему квадратическому значению соответствующей величины за период колебаний.

Рис. 24. Параметры электрического колебания: _{‑ амплитудное значение напряжения, ‑ действующее значение напряжения, ‑ период}

Для того, чтобы полностью охарактеризовать сложное периодическое колебание, его искусственно представляют в виде суммы нескольких гармонических колебаний кратных частот (гармоник). Так, например, для того, чтобы описать несинусоидальный процесс с основной частотой (первой гармоникой), равной 50 Гц, его представляют в виде суммы колебательных процессов с частотами 50 Гц, 100 Гц (вторая гармоника), 150 Гц (третья гармоника) и так далее.

Проводимый таким образом анализ сложного колебания называется гармоническим анализом или анализом Фурье (по имени французского математика и физика). Результатом гармонического анализа является так называемый спектр колебательного процесса - зависимость интенсивности каждой гармоники от ее номера. В общих чертах, чем быстрее изменяется амплитуда сигнала, тем выше высокочастотные гармоники этого сигнала.

На сигнальные провода также наводятся различные помехи. При этом шум может быть фоновым и импульсным.

Фоновый шум длится в течение относительно продолжительного времени, а его источниками могут быть лампы дневного света, компьютеры, микроволновые печи, офисная техника и так далее.

Источниками импульсных помех могут быть, например, сварочные аппараты, контакторы силового оборудования.

Это обозначает, что, например, при каждом процессе коммутации возникают высокочастотные сигналы (рис. 25), которые могут стать причиной помех.

Рис. 25. Формы сигнала [1] и компоненты спектра сигнала [2], где А основная частота, В высшие гармоники

Для борьбы с индустриальными помехами существует несколько способов. Как было ранее сказано применение различных RC и RL фильтров снижает уровень помех при коммутации оборудования.

Для борьбы с индуцированными в проводах и кабелях помехами применяется их экранирование