Диссертация (Исследование помехозащищенности электрических жгутов электротехнических комплексов летательных аппаратов при воздействии мощных электромагнитных помех), страница 6

Модели воздействия МЭМП на электрические жгутыЭТК ЛА3.1.Модели сопротивлений связи экранированных электрических жгутов иих частотные характеристикиПомехозащищенность электрических жгутов ЭТК ЛА от излучаемых МЭМП вомногом зависит от эффективности экранирования электрических жгутов, котораяопределяется параметрами экранов электрических жгутов. Эффективность экранирования связана с важной характеристикой экранов электрических жгутов – сопротивлением связи [38].Сопротивление связи определяется отношением напряжения «холостого хода»между внутренними проводником и экраном электрического жгута к току, протекающему по экрану, на единицу длины:Zсв. U э.п.,I э.

(3.1)где Uэ.п. – напряжение холостого хода между внутренним проводником (проводниками) и экраном; Iэ. – ток, протекающий по экрану; l – длина электрическогожгута.Выражение (3.1) справедливо для «электрически короткого» электрическогожгута, т.е. для когда длина волны периодической или длительность импульса импульсной МЭМП, воздействующей на электрический жгут, больше геометрической длины электрического жгута и времени распространения импульса на расстояние, равное длине электрического жгута, соответственно.Упрощенная формула сопротивления связи электрического жгута с плетёнымэкраном имеет вид [5]:Zсв.  ω  1 j 1  j   d 2πr0  σ э.  δ  ω   sh  δ ω  jωM,(3.2)где r0 – радиус экрана электрического жгута; σэ.

– удельная проводимость материала экрана; δ  ω  2 / (ω  μ a  σ э. ) – толщина скин-слоя материала экрана; d –диаметр нити экрана; М – взаимная индуктивность между экраном и внутренними51проводниками жгута, характеризующая неоднородности экрана; μaμr·μ0 – абсо-лютная магнитная проницаемость; μr – относительная магнитная проницаемость;μ0 ≈ 4π·10-7 Гн/м – магнитная постоянная.Для количественной оценки взаимной индуктивности М может быть использовано соотношение M/Zв., численное равное, например [5]:Гн1298,5 10 Ом  м  один плетеный экран;M Гн 18, 6 1012 два плетеных экрана;Zв. Ом  мГн124, 67 10 Ом  м  три плетеных экрана,где Zв.

– волновое сопротивление жгута.Для вычисления сопротивления связи по выражению (3.2) пренебрегают токамисмещения, и принимается допущение:dλ,r0где λ – наименьшая длина волны МЭМП.При выполнении указанных условий на низких частотахdδ ω1формула полного сопротивления связи принимает вид:1,2πr0dσ э.R 0  Zсв. где R0 – сопротивление сплошного экрана по постоянному току.На высоких частотахdδ ω jd 1 j dδ ω 0; sh   0,5e δ ω и полное сопротивление связи сплошного экрана определяется формулойZсв.  2 2e dγδ ω  R0.Применение обратного преобразования Фурье к переходной функции экранапозволяет получить выражение вида:1  j   d δ ωjωτc ,52где τc  μ 0δ  ω  d 2 .Полное сопротивление связи экрана можно представить в виде:Zсв.

 ω  R0jωτcsh jωτc.Постоянная времени проникновения тока через экран выражается формулой:2 d δ f  τc .πfСопротивление связи для плетеного экрана в соответствии с моделью Венса[14, 18] определяется выражением:Zсв.  ω   Z0  ω   jωM 4 1  j   d 1  j   d πd N ж.  N п.  σ э.  δ  ω   cosα  sh  δ ω  jωM,(3.3)2гдеNж–числопрядейвэкране;Nп–числонитейвпряди;α  arctg  4πr0P / Nж.  – угол плетения; p – число пересечений прядей.Величина взаимной индуктивности M рассчитывается по формуле:3 π  μ0e22 1K для α  45 ; 6N2Ee1eK(e)ж.M3e2 π  μ 0  1  K  2  для α  45 ,2 6N ж.1eKeE(e)где K = 2F – F2 – оптическое перекрытие экрана; F PN п.d– заполнение экрана;sin αK(e), E(e) – полные эллиптические интегралы первого и второго рода соответственно.π2K(e)  0π211  e  sin φ22dφ; E(e)   1  e 2  sin 2 φ dφ;02 1  tg α  для α  45 ;e2 1  ctg α  для α >45 ,53Использование выражения (3.3) целесообразно при выполнении условияdδ ωZ0  ω  расчеты с использованием выражения (3.3) приводят к1.

При ωMбольшим погрешностям [14, 18].Выражение сопротивления связи по модели Тайни [16] имеет вид:Zсв.  ω  2μ a N ж.где Lh πcosα4 1  j   d 1  j   d πd 2 N ж.  N п.  σ э.  δ  ω   cosα  sh  δ ω  jω  Lh  Lb  ,(3.4)2πd 2 b b– индуктивность утечки через неоднородности eπDm экрана (щели); Dm = 2r0 + 2.5d – средний диаметр экрана; b  (2πDmcosα) / Nж.  Nп.d2– ширина неоднородности экрана (щели); Lb  (μ a h / 4πDm )  1  tg α – индуктив-2ность экрана; h  2d / b d – параметр индуктивности экрана.Выражение сопротивления связи по модели Клея c обозначениями, принятымив [15] имеет вид:ZT  ω  ZR  ω  jωLT  1  j  ωLs ,где ZR  ω   R dc  d R  1  j1  j / sh d R δ  ωδ  ω ного цилиндрического экрана; R dc (3.5)– передаточное сопротивление эквивалент-12– сопротивление экрана по по 2σ э.G 0cosα π Dm dстоянному току на единицу длины электрического жгута; G0  mnd / 2πDm –минимальный коэффициент заполнения; G  G0 / cosα – коэффициент заполнения;B  G   2  G   оптическая плотность; m – число прядей в экране; n – число нитей впряди;α  arctg  πDm / s dR  0,67  d / cosα   0,7...0,8   dLT –уголплетения;приμ0 π0,1130,875  2  cos α 1  G  e-τH cos  2k1α m6nτ H  9,6G 3 B2d / Dms–шагα–плетения;20…45°;индуктивностьсвязи;– показатель, характеризующий затухание магнитной состав-ляющей электромагнитного поля, проникающего вглубь электрического жгута из-54за неоднородностей экрана; τE  12G 3 B2d / Dm – показатель, характеризующий затухание электрической составляющей электромагнитного поля, проникающеговглубьωLs электрического11πσ э.δ  ω  D mжгутаиз-занеоднородностей3,3-τ E2cos 2k 2α  10πG 0 cos α 1  G  e 2πG 01экрана;– «поверхностное»1π 2ππ 23индуктивное сопротивление; k1   G 0   ; k 2   G 0   .4 310 4 38Модели сопротивления связи экранов электрических жгутов отличаются из-заразличного подхода к описанию физического явления наведения синфазного напряжения на внутренних проводниках электрического жгута при протекании токапо его внешнему экранирующему покрытию.

В связи с этим целесообразно провести сравнение частотных характеристик сопротивлений связи, полученных расчетным путем по выражениям (3.2) - (3.5), с частотными характеристиками, которые можно получить экспериментально.553.2.Модель воздействия электрического и магнитного поля на экран элек-трического жгутаВоздействие излучаемых МЭМП в виде электрического и магнитного полей наэлектрические жгуты ЭТК ЛА приводит к появлению токов и напряжений, возникающих на внешнем и внутреннем экранах, а также на внутренних проводникахэлектрических жгутов (рисунок 3.1).Если минимальная длина волны периодического электрического (магнитного)поля превышает геометрическую длину электрического жгута, а фронт импульсного поля значительно превышает время распространения по длине электрического жгута, то эквивалентную схему электрического жгута следует рассматриватькак электрическую цепь с сосредоточенными параметрами.

Схемы воздействийэлектрического или магнитного полей на внешний экран электрического жгутаприведены на рисунках 3.2-3.3 соответственно [5, 6]. Эквивалентная схема воздействия электрического и магнитного полей на внешний экран электрическогожгута представлена на рисунке 3.4.Выражение для расчета ЭДС, создаваемой магнитным полем H(t) на внешнемэкране электрического жгута, имеет вид [5, 6]:(3.6)где l – длина электрического жгута; h – расстояние между внешним экраном электрического жгута и проводящей поверхностью.Ток источника тока, представляющего воздействие электрического поля E(t),определяется выражением:(3.7)где a – радиус внешнего экрана электрического жгута.561E1iэ.H12Z1н.Z2н.3iэ.1Z1н.Z2н.Z1э.14Z2э.1Z1э.Z2э.1 - внешний экран электрического жгута; 2 - неэкранированная витая пара; 3 - экран витой пары; 4- экранированная витая пара; E1, H1 – соответственно напряженность электрического и магнитного поля, воздействующего на электрическийжгут; iэ – ток на внешнем экране; iэ.1 – ток на экране витой пары; Z1н., Z2н.

– сопротивление нагрузки витой пары; Z1э., Z2э. – сопротивления заземления внешнего экрана электрического жгута; Z1.э1, Z2.э1 – сопротивления соединений экрана витойпары и внешнего экрана электрического жгутРисунок 3.1 – Схема экранированного электрического жгута при воздействииэлектрического и магнитного поляZ2э.H(t)hZ1э.2a57a – радиус внешнего экрана электрического жгута; l – длина электрического жгута;h – расстояние между внешним экраном электрического жгута и проводящей поверхностью; Z1э, Z2э – сопротивления заземления внешнего экрана электрическогожгутаРисунок 3.2 – Воздействие магнитного поля H(t) на внешний экран электрическогожгута ЭТК ЛАC12Z2э.hZ1э.2aE(t)a – радиус внешнего экрана электрического жгута; l – длина электрического жгута;h – расстояние между внешним экраном электрического жгута и проводящей поверхностью; C12 – ёмкостная связь между внешним экраном электрического жгутаи проводящей поверхностью; Z1э, Z2э – сопротивления заземления внешнего экранаэлектрического жгутаРисунок 3.3 – Воздействие электрического поля E(t) на внешний экран электрического жгута ЭТК ЛА58Z1э.J0(t)Z2э.2he(t)J0(t) – источник тока, представляющий воздействие электрического поля;e(t) – источник ЭДС, представляющий воздействие магнитного поля; a – радиусвнешнего экрана электрического жгута; l – длина электрического жгута; h – расстояние между внешним экраном электрического жгута и проводящей поверхностью ; Z1э, Z2э – сопротивления заземления внешнего экрана электрического жгутаРисунок 3.4 – Эквивалентная схема воздействия электрического и магнитного полей на внешний экран электрического жгута ЭТК ЛА59Выражения (3.6), (3.7) в операторной форме имеют видeэ.

 p   2μ0  h  p  H  p  ,Iи.  p  2πε 0  h p  E p, 2h ln  a (3.8)(3.9)где H  p  , E  p   функции – изображения напряжённостей магнитного и электрического полей соответственно.Если длительность фронта импульса электрического (магнитного) поля, воздействующих на электрический жгут, соизмерима или меньше времени распространения импульса на расстояние, равное длине электрического жгута, то оценкавоздействия импульсных полей на электрический жгут, должна производиться сиспользованием методов расчёта переходных процессов в электрических цепях сраспределёнными параметрами.

Например, при длине электрического жгута менее 3 м и длительности фронта импульсного поля 10 -9 с расчёт параметров кондуктивных ЭМП выполняется по формулам для электрических цепей с распределенными параметрами [18, 43].Электрическое и магнитное поля можно разделить на локализованное и распределенное. Локализованное поле сосредоточено в области пространства, размеры которогозначительно меньше длины электрического жгута. Распределённое поле сосредоточено в области пространства, размеры которого значительно превышают длину электрического жгута.В случаях, если периодическое или импульсное магнитное (электрическое)поле распределено в ограниченной области пространства, размеры которой значительно меньше длины электрического жгута (локализованное поле), эквивалентные схемы воздействия на внешний экран электрического жгута ЭТК ЛА представлены на рисунках 3.5-3.6.60dxRэ.dxpLэ.dxIэ.(x , p)eэ.( , p)Uэ.(x , p)Gэ.dxdxpCэ.Z2э.(p)xeэ.

 , p   эквивалентная ЭДС в операторной форме; R э. , Lэ. ,G э. , Cэ.  распределённые параметры экрана электрического жгута; Z2э.  p   операторное сопротивлениезаземления внешнего экрана электрического жгута; Iэ.( x’, p) – операторный распределенный ток на внешнем экране электрического жгута; Uэ.( x’, p) – операторное распределенное напряжение на внешнем экране электрического жгутаРисунок 3.5 – Эквивалентная схема в операторной форме для случая воздействияизлучаемой МЭМП, распределённой в ограниченной области пространства, размеры которой значительно меньше длины электрического жгута, в виде магнитного поля, на экран электрического жгута ЭТК ЛА61dxRэ.dxpLэ.dxIэ.(x , p)iэ.( , p)Uэ.(x , p)Gэ.dxdxpCэ.Z2э.(p)xiэ.