Терминология: Цепь исполнительная силовая - вопросы ЭМС

В настоящей статье пойдёт речь об электрических силовых исполнительных цепях, а также о принципах обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) окружающей измерительной и управляющей аппаратуры с этими исполнительными цепями.

Исполнительные цепи подразделяются на цепи постоянного и переменного тока: в первом случае ток в цепи не меняет направления, во втором – меняет. Типичная исполнительная цепь состоит из источника напряжения или тока U_н , элемента, выполняющего роль нагрузки R_Н и коммутатора K₁.

Не смотря на то, что U_н может являться источником постоянного напряжения, ток в исполнительной цепи I_н может менять своё направление в случае реактивной составляющей импеданса нагрузки R_Н.

Коммутатор (электронный или электромеханический ключ) K₁ размыкает-замыкает  исполнительную электрическую цепь с применением разных схем коммутации. Даже в случае исполнительной цепи постоянного тока, коммутационный процесс вызывает, как правило, переходные электрические процессы в цепи с высокими скоростями тока и/или напряжения на участках цепи. Например, при разрыве тока через индуктивную нагрузку R_Н на ключе  K₁  может возникнуть высоковольтный импульс напряжения.

Кроме силовой исполнительной цепи, в типичных управляющих-измерительных системах присутствует также относительно слаботоковая измерительная и управляющая часть, которая на приведённом выше рисунке выделена прямоугольником. Здесь внутри прямоугольника условно показана малосигнальная измерительная цепь, состоящая из источника напряжения U_и, включенного в сигнальную цепь с током I_и  (для упрощения нагрузка сигнальной цепи  не показана)  – это упрощённое представление малосигнальной измерительно-управляющей части системы как единственного контура с током  I_и.

Важной практической задачей является предотвращение влияния мощной силовой исполнительной цепи на цепи измерения и управления. С точки зрения ТОЭ, одна электрическая цепь может влиять на другую в двух случаях:

• Если часть тока исполнительной цепи ответвляется в измерительную (управляющую) цепь – это кондуктивная помеха, распространяющаяся по проводам.
• Если электромагнитное поле исполнительной цепи влияет на цепи измерения и управления – это электромагнитная помеха, распространяющаяся радиополем.

Для предотвращения кондуктивных помех необходимо обеспечить независимость величины тока I_и  от величины тока  I_н. Такая независимость возможна, если контура тока слаботковой I_и и силовой цепи I_н  имеют не более одной точки или пути соединения. Как правило, в реальных системах этой одной точкой (путём) соединения является отдалённая точка соединения цепи сигнального и защитного заземления. Для исключения тока через цепь управления (ключом K₁) применяют гальваническую изоляцию цепи управления. При нарушении принципа "не более одной точки или пути соединения" между рассматриваемыми цепями возникают сквозные токи по паразитному контуру тока через две (или более) точки соединения этих цепей. 

Для предотвращения электромагнитных помех применяют экранирование. Для защиты от радиополей это может быть сетчатый проводящий экран, устроенный по принципу клетки Фарадея. Конструктивно это может быть проводящий корпус аппаратуры, экран кабеля.

В рассмотренной выше модели осталось пояснить происхождение токов I₁ и I₂ в цепях заземления устройств. В отличие от простейших электрических цепей постоянного тока (например, цепь батарейка–лампочка–выключатель в карманном фонарике), в более сложных устройствах часто применяют импульсные преобразователи напряжения, содержащие помехоподавляющие фильтры низкой частоты (ФНЧ) в цепях питания. Эти ФНЧ имеют общий провод, соединённый с цепью заземления устройств.  Таким образом, токи заземления I₁ и I₂ – это динамические токи заземления помехоподавляющих фильтров и токи утечки приборов на цепь заземления.

Приведённая выше модель, безусловно, является сильным упрощением устройства реальных силовых, измерительных и управляющих цепей. Однако, такое упрощение было необходимо для рассмотрения основных принципов обеспечения электромагнитной совместимости в подобных системах.