УДК 621.391

ЕЛЕКТРОМАГНІТНА СУМІСНІСТЬ В АВТОНОМНИХ СИСТЕМАХ ЕНЕРГОЖИВЛЕННЯ З СИЛОВИМИ ВИСОКОЧАСТОТНИМИ ПЕРЕТВОРЮВАЧАМИ

        До автономних систем енергоживлення (АСЕЖ) належить велика кількість систем різного функціонального призначення. Це бортові системи живлення наземних, водних, повітряних та космічних рухомих об’єктів, СЕЖ автономних житлових та промислових комплексів тощо. Усі сучасні АСЕЖ мають у своєму складі силові високочастотні перетворювачі, які виконують різноманітні функції – від забезпечення функціонування самої системи до виконання спеціальних задач, наприклад, технологічних, транспортних та ін. Згадані перетворювачі працюють на достатньо високих частотах і комутують силові електричні кола на цих частотах. Як наслідок, у перетворювачах АСЕЖ виникають кондуктивні завади різного виду (симетричні та несиметричні), а також електромагнітні завади (ЕМЗ) випромінювання. Ці завади проникають в кола силового електроживлення, схеми керування, захисту та індикації і розповсюджуються по них. Крім того, всі згадані вище ЕМЗ можуть потрапляти в різні електронні пристрої та радіоприймачі, які встановлені на автономних об’єктах, і порушувати їх нормальну роботу. Тому дослідження, спрямовані на поліпшення електромагнітної сумісності (ЕМС) в АСЕЖ, є актуальними.
        Одним з перших типів АСЕЖ, які були досліджені з точки зору ЕМС, стали системи енергоживлення автономних електротранспортних засобів (АЕЗ).
        Спрощено СЕЖ для АЕЗ складається з трьох основних вузлів: джерела постійного струму (зазвичай це акумуляторна батарея), силового перетворювача (це може бути або імпульсний регулятор у випадку двигуна постійного струму, або трифазний інвертор у випадку двигуна змінного струму) та електродвигуна. З точки зору ЕМС кожен з компонентів схеми АСЕЖ (електродвигун, силовий перетворювач, батарея, кабелі) є джерелом або каналом передачі ЕМЗ.
        Відомо, що в системах електроприводів силові перетворювачі напруги є найбільш інтенсивним джерелом ЕМЗ. Це пояснюється тим, що в таких системах для зменшення втрат енергії і полегшення теплового режиму силових елементів застосовують електронні ключі з високою швидкістю переходу з відкритого до закритого стану і навпаки. Типовим прикладом таких ключів є біполярні транзистори з ізольованим затвором (IGBT). Для них розроблені і широко застосовуються при розрахунках еквівалентні схеми, які адекватно відтворюють процеси при перемиканні такого ключа, і втрати енергії, які при цьому мають місце. Але згадані схеми втрачають свою адекватність на високих частотах, де відбуваються процеси утворення, передачі та випромінювання ЕМЗ. З цієї причини ряд досліджень був присвячено розробці таких еквівалентних схем, які правильно відтворюють процеси з точки зору ЕМС.
        Всі кабелі, які зв’язують силові перетворювачі напруги з електродвигуном і з джерелом постійного струму, відіграють велику роль у розповсюдженні кондуктивних завад по АСЕЖ і у випромінюванні ЕМЗ у навколишнє середовище. Це пояснюється тим, що геометричні розміри силових перетворювачів напруги значно менші, ніж довжина хвилі ЕМЗ, тому кабелі служать достатньо ефективними антенами, які випромінюють ЕМЗ.
        Авторами запропоновано метод моделювання та передбачення кондуктивних завад, які породжують небажане електричне та магнітне поля випромінювання в СЕЖ АЕЗ.
        Порівняння результатів проведених вимірювань симетричних та несиметричних завад у колах СЕЖ електромобіля (ЕМ) з розрахунками згідно із запропонованим методом показали хорошу збіжність результатів (похибка менш 5 %) і підтвердили правильність запропонованих моделей кондуктивних завад електромобіля.
        Авторами також проаналізовано джерела та кола розповсюдження кондуктивних завад та викликаних ними ЕМЗ. Розроблено методику прогнозування можливих рівнів ЕМЗ випромінювання в АЕЗ.
        Було показано, що для СЕЖ АЕЗ велике значення має конфігурація “заземлення” (тобто корпусного провідника, приєднаного, зазвичай, до негативного полюса батареї акумуляторів), яка спричиняє великий вплив на ЕМЗ випромінювання та на завадостійкість електронних пристроїв АСЕЖ.
        Запропоновано спосіб з’єднання силового кабелю від батареї акумуляторів АЕЗ з металевими конструкціями та кожухом силового перетворювача за допомогою RC – кола та методику розрахунку елементів цього кола з метою зменшення рівня ЕМЗ випромінювання в АЕЗ. Проведені експериментальні дослідження показали, що даний спосіб дає змогу зменшити рівень ЕМЗ більш ніж у три рази.
        Згадана конфігурація є частиною інших засобів зменшення ЕМЗ в АСЕЖ, у тому числі:
          1. Підвищення ефективності екранування електронних пристроїв АСЕЖ.
          2. Організація обвідних шляхів для енергії ЕМЗ.
          3. Блокування шляхів повернення силового струму до батареї акумуляторів через шасі АСЕЖ.
          4. Зменшення струму несиметричних завад у силових кабелях батареї акумуляторів.
        Запропоновані та досліджені методи моделювання та передбачення кондуктивних завад, обчислення інтенсивності ЕМЗ випромінювання в АСЕЖ, способи та засоби зменшення цих завад дають змогу ще на етапі проектування АСЕЖ приймати обгрунтовані технічні рішення, які забезпечать електромагнітну сумісність між власними електронними системами АСЕЖ і електромагнітну сумісність АСЕЖ з довкіллям, а також відповідність системи енергоживлення міжнародним та вітчизняним нормативним документам у галузі ЕМС.