Привет.
В общем такая ситуация - есть плата, упраляющая контакторами, реле и IGBT, работающие при напряжении 3000В. Токи до 600А, дроссели и конденсаторные батареи соответственно присутствуют . Все находится в шкафу около 2 на 2м. Короче по помехам ситуация страшная. Плохо и то что в этих условиях приходится мерять токи и напряжения всего 9 датчиков. Токи меряем датчиками Холла, а напряжения - датчиками напряжения, принцип которых мне точно неизвестен, но похоже тоже как - то по принципу Холла. Все от ABB и обеспечивает гальваническую развязку. Выходы - ток до 50мА, а питание +-15В
Управление IGBT - оптическими линиями.

Прикол в том, что после прочтения кучи книг по ЭМС я до сих пор не понимаю как лучше всего все это хозяйство защитить от помех.

В данный момент сделал так: Плата стоит в отдельном металлическом шкафу. Питание платы от гальванически изолированного ИП +24В, который стоит в другом шкафу за 2м от нее. На плате стоят DC/DC конвертеры на +-15В. Выходная земля этих ИП соеденена с корпусом шкафа. Если не соединять -то еще хуже.
Датчики соединены с платой витыми парами в экране - питание +-15В в отдельном экране, сигнал в отдельном или вместе с одним проводом питания, как получилось. Расстояние от платы до датчиков по проводам до 5м. Экран подключается к земле на общей рейке в шкафу, где находится плата. Шкаф в свою очередь уже заземлен к силовому шкафу толстым проводм.

После всего этого помехозащищенность слабенькая. При срабатывании контакторов - выбросы на входе платы значительные. Про IGBT я вообще не говорою. Плата сама по себе сделана грамотно, и все что не надо отфильтровывает, но быстроизменяющиеся сигналы тоже нужно измерять, а изза помех это не всегда выходит.

Я подозреваю что я что-то делаю не так, но не могу понять что.
Самое большое подозрение на датчики с токовым выходом - как его правильно защитить? Может надо экран к датчику подключать, но я не знаю куда - 0 у него нет. И стоит ли заземлять экран от датчиков на корпус шкафа? Земля там вроде "грязная"? Может плату зря заземлил?
Короче помогите со всем этим разобраться пожалуйста.

Спасибо

http://www.caxapa.ru/lib/emc_immunity.html

Я это читал. Только что делать если у меня все земли "грязные"?

Не очень понятно, кто и какие нагрузки коммутирует в высоковольтной части. От этого зависит уровень и характер помех. Тогда можно будет что либо советовать.

Общего универсального подхода в Вашем (и, увы, в нашем...) случае нет.
Наберитесь терпения и наберите колечек ферритовых...
Отключите сначала все, что можно... Имитаторы на плату или рядышком...
Может получится, а может и нет...

Если там всё так кисло, как я подозреваю, то колечками и поиском места заземления делу не поможешь.

Колечки пробовали - пользы от них мало.

IGBT коммутируют ток через дроссель 400мкГ. В итоге все причитающиея переключательные процессы налицо. DC-шина в виде медных полос занимает почти треть шкафа - плюс еще столько же конденсаторы. Сила везде.
Вы мне скажите лучше - схема экранирования в общем правильная или совсем неправильная?

Вместо датчиков - имитаторы внутри, питание, если можно - временно батарейки внутри, все внешние соединения через ферриты - несколько витков. Если наводка уменьшится, по одному датчику возвращать к нормальной жизни тоже через ферриты... Должно улучшиться... по сравнению с исходным состоянием...
Надежда умирает последней.

Если выход датчиков несимметричный, витая пара не поможет. В таких случаях надо как можно ближе к датчику ставить усилитель с дифференциальным выходом и своим отдельным источником питания. А на приёмной стороне, соответственно, - усилитель с дифференциальным входом. Есть готовые микросхемы, которые всё это делают в широкой полосе частот.

Это, вцелом, правильно. Однако, если мы говорим о наносекундных помехах, то и это не поможет.
Обычные ОУ не справляются с синфазной помехой при частотах,
выше нескольких десятков мегагерц. И опять же, всё зависит от того, кто является источником помех.
Если источник контактор, коммутирующий, например 3 кВ ЭД, то экранированные витые пары тоже не помогут. В этом случае сигнал надо передовать по паре согласованных рк ( например РК50) в общем дополнительном экране. И ОУ должны быть с ед. частотой не хуже 500 -1500 МГц ( зависит от частоты помехи). Такая мера может дать до 30 -40 дВ подавления. Если надо больше, придётся применять меры к устранению помех по всем другим входам, а там тоже куча нюансов. Так, что, повторюсь - для конкретных рекомендаций, как минимум, надо знать частоты помех и уровень до которого их надо давить.

Я именно такие ОУ и имел в виду, к примеру, Maxim называет их "Video/Wideband Line Drivers/Receivers". Хотя начинать надо, как советутет Tanya, с выяснения путей проникновения помехи.

Судя по описанию конструкции помехи будут лезть отовсюду.

У нас была такая ситуация: на некоторое устройство подавался сигнал управления по интерфейсу RS485. Сама девайсина должна работать по классу А. Сигнал в линии искажался и комманда не проходила. Проблема была решена путём выбора оптимальной точки заземления экрана кабеля линии передачи. Сейчас бьём ЭСР 6 кВ прямо в экран кабеля и всё работает.

Так это для цифры. Цифровые линии связи вообще более устойчивы к наносекундам, пока, конечно, не заглючит сам девайс. А с Холла идёт аналог.

Да, согласен...разница конечно есть....

Давайте сначала тогда простую задачу помогите решить:
Есть датчик Холла питающийся +-15В. Выход - ток +-200мА. То есть никакой дифференциацией и не пахнет. Всего 3 клеммы и все. Правда АВВ говорит что датчик предназначен для traction применения и что измерительная цепь в нем экранирована и экран подключен к клемме -15В.
И есть плата, удаленная на 3-4м, котороя ессно питает датчик. И имеет вход для сигнала. В данном случае нагрузкой является 5-ти Омный резистор на сигналюную землю платы, а за ним повторитель на ОУ и антиалиазинговый RC фильтр на 1мГц. Парралельный АЦП семплирует на 1,25мГц. В данный момент схема подключения сделана так как описано в начале темы.
Рядом с датчиком (около 50см) стоит контактор, коммутирующий 3кВ + куча медных шин и открытый дроссель, в том числе ток в одной из шин и измеряется датчиком. То есть при срабатывании контактора напряжение в этих шинах скачет от 0 до номинального.
При измерении тока в шине катушками Роговски - они показывают что в момент включения контактора ток не появляется. Но на входе платы и выход АЦП показывают типа радиочастотный быстро затухающий импульс, который больше шкалы АЦП. Импульс состоит из 10 - 20 колебаний с частотой около 1-1.5мГц. Ну в общем форма страшная. Картинок нету пока.
То есть я понимаю, что он пролазит по электростатике.
Теперь вопрос - как нужно заземлить экран и что делать с витыми парами, чтобы импульс подавлялся сильнее.
Варианты:
1. Как сейчас - экран подключен земле возле платы. Со стороны датчика болтается в воздухе. Провода в кабеле в одной паре скручены +-15В, другая используется только для сигнала.
2. Заземлить на -15В со стороны датчика, не подключать к земле у платы(есно )
3. Использовать экран как токоведущую шину впаралаль проводу или только его например для -15В, то есть подключить к -15В на двтчике и к -15В к плате.
4. Подключить экран к земле платы, а не под рейку.
5. Подключить к земле у платы и соеденить к -15В на датчике через конденсатор - не знаю какой емкости - в книжке нашел.
6. То же но наоборот -15 на датчик напрямую и к земле на плате через кондер.
7. Сигнальную землю платы не соеденять с общей землей и корпусом, а кабель заземлить на -15В на датчике.
8. Другие варианты.
И как лучше выбрать размещение пар?

Пожалуйста кто может доходчиво объяснить какое влияние имеет заземление экрана для датчика с ТОКОВЫМ выходом, потому что все описания в книжках для датчиков с выходом напряжения.
Спасибо.

ИМХО по экрану ток пропускать не нужно. Экран со стороны платы подключить к "грязной" земле, которая непосредственно заземляется. Между участками "грязная" землей и земля платы RC/LC фильтры, через которые проходят все провода, идущие к/от датчика.

Скорее всего игра с вариантами заземления вам не поможет. По моим прикидкам на шинах контактора в момент коммутации можно ожидать вч помехи порядка 6 кВ. Даже предполагая, что только одна десятая этого напряжения достигает датчика и проводов, необходимо давить оставшуюся помеху децибелл на 40. При достаточной мощности таких помех, получить подобное подавление ординарным экранированием не удастся.
Есть несколько вариантов борьбы:
1 Все провода выполнить радиокабелем. По центральным жилам пустить сигнал и питание. оплётки соединить и завести на сигнальную землю. На кабеля натянуть общую оплётку. Её землить на корпуса. шкафа и платы.
2 Тоже, но вместо внешней оплётки использовать медную трубу.
3 то же, что и 1 но на датчик ставится 2 высокочастотных оу, дифсигнал от них гонится по кабелям к плате на 1 оу в диф включении восстанавливающее исходный сигнал.
Меры даны в порядке нарастания эффективности и сложности. Все работают - лично проверял.

Просьба ответить по пунктам.

1. Где соединена с корпусом шкафа? Там же где идет земля к силовому шкафу? Маленький шкаф окрашен?
2. То есть экран кабеля к корпусу малого шкаф не подсоединяется?
3. Эта земля приварена или винтовое соединение? что торчит от этой точки внутри шкафа?

В малый шкаф кабели входят через разъем или просто через дырку?

1. Pейка, куда подключены экраны соеденительных проводов, прикручена на металл шкафа. Земля платы тоже подключается к этой рейке.
2. Все земляные соединения винтовые.

Кстати один прикол с помехами уже решили.
Была одна фигня - датчик напряжения 3000В (как оказалось принцип работы основан на изолированном ОУ) время от времени где то раз в 50мс выдавал выходной импульс тока в 1.5 раза превышающий номинальный и длительностью 10мкс. Причем только положительный, а не какой либо симметричной формы. При этом фильтр на выходе расчитанный на 2кГц, ессно эту помеху ослаблял, но при этом увеличивал ее длительность - в общем грустно.
По наблюдениям осциллографом выяснили, что помеха появляется на входе платы и не зависит от помех на выводах питания.
Пробовали фильтровать питание прямо на датчике - не помогло. Затем прочитали рекомендации ABB и сделали как там написано. То есть хоть и датчики пластиковые и не имеют выводов заземления, но все равно датчик надо крепить к хорошо заземленной пластине ( до этого висели они в воздухе) - в общем Нашли нехилую алюминиевую пластину и привинтили ее прямо под огромную шину заземления в шкафу, а к ней датчики.
Второе - провода напряжения, которое нужно измерять должны быть проложены вместе и даже быть стянуты стяжками друг к другу вплоть до самого датчика. До этого у нас "-" измеряемого напряжения был проложен своим путем, а "+" шел отдельно. Кстати длина проводов от измеряемой шины до датчика не превышала 1м.
В общем переложили мы эти провода и...помеха исчезла!! Полностью, не ослабела а именно исчезла, после таких простых действий.
Наверное что-то происходило не то с измерительной частью датчика. Но кстати только один датчик из 5 аналогичных выдавал такую проблему и замена датчика не помогала.

Рискну предположить, что экраны проводов следует припаивать непосредственно к плате.
Металл шкафа окрашен?

Вообще то должна использоваться витая пара, хотя из-за высоких напряжений тут свои заморочки.



Точнее в момент отключения. Если управление контактором постоянным током, то обмотку надо зашунтировать диодом (катодом на плюс), обратное напряжение диода = 1,5 напряжения на обмотке контактора, прямой ток диода = 1,5 тока через обмотку.
Если управление контактором переменным током, то зашунтировать резистором. Чем меньше сопротивление, тем меньше помеха, но тут надо искать компромис.

Именно в момент включения и именно в высоковольтной части, когда пробивается промежуток между контактами. Сколько будет таких пробоев и будут ли они при отключении зависит в основном от параметров нагрузки ВВ цепи, но хотя бы 1 при включении будет. А выброс напряжения при отключении обмотки опасен, в основном самой обмотке и схеме которая её коммутирует. Поскольку фронт такого импульса имеет длительность в несколько микросекунд, наводка в посторонние цепи от него невелика и как правило в десятки раз меньше, чем от коммутационной помехи.

С ВВ частью не спорю. А вот с обмоткой ... У нас на 27В реле с током обмотки 1А один конец обмотки сидел на корпусе объекта, другой включался не нашей системой, но к нам заходил этот провод (реле стояло метров 15 от нашего шкафчика). Полгода искали, почему при отключении реле у нас сбивался процессор, причём примерно на двадцать отключений приходился один сбой. Процессор с этим проводом электрически не связан. Зашунтировали обмотку диодом и всё стало хорошо.

Та, про катушки контакторов можете мне не рассказывать - этот этап я еще давно досконально изучил. У нас релюшка коммутирует обмотку контакора на 220В. Так там ессно RC цепочки параллельно катушке и варистор. А помеха действительно возникает изза того, что контактор коммутирует высокое напряжение. Там хоть и тока нет, но шины проходят по всему шкафу и наводка страшная.

Неправильно. Есть ёмкость шин на землю. А это порядка сотен пикофарад. При пробое ёмкость заряженной шины закорачивается на ёмкость разряженной. Поскольку процесс происходит быстро, и добротность такой цепи велика, то импульсные токи составляют сотни ампер и соответственно мощность импульса излучения в сотни киловатт. А если дальше идут силовые кабеля то ёмкости уже нанофарадные.

1. А если еще и пару витков, вокруг друг друга, вдоль по длине, сделаете и поверх, по кругу, экран проложить(т.е. что-то вроде витой пары в экране), то, думаю, много проблем исчезнет. Все возвратные цепи нужно прокладывать рядом. Это в ссылке на "сахаре" имеется. Не обратили видимо внимание.
2. Параллелльно контактам контактора нужна RC-цепочка. Кондесатор, конечно придется попотеть искать.. В старых телефонных аппаратах аналогичная проблема решалась именно так - параллельной RC-цепью на контакты номеронабирателя.

Были похожие проблемы. Решилось RC цепочками параллельно контактам пускателя. Причем при коммутируемой мощности в 7кВт оказалось достаточно 0.1 uF и резистора на 56 ом.

Как успехи в борьбе?

Был я тут на заводе где монтируют/выпускают мощные привода и вернусь к своей мысли, что шкаф окрашен - по высокой частоте нет земли. Повыбила перестройка понимающих инженеров из промышленности.

Делают они так: весь шкаф покрывают грунтовкой, потом красят эмалью ПФ. Крышки шкафа герметизируют его - резина толщиной 5 мм - щели получаются чуть меньше. Экранирования никакого. Закрашены резьбовые соединения, закрашены шпильки и площадки земель. Земляные шины крепятся к корпусу прямо на краску под болт. Медный провод тольщиной в сантиметр, заделан в наконечник, который непонятно как коряво обжат и прикручен к шине винтиком М6!!!! Разъемы ШР ставятся прямо на краску. Нашел в цехе раскрытый блок где посадочное разъема зачищено - зам. главного по системам управления сказал, что теперь это не нужно - лепят на краску - красивше. :-( К корпусу крепится раструб - щель метр на 10 см - сводящийся в конус для крепления вентилятора - грамотная рупорная антенна:-(

Печально слышать такое заявление. Очевидно, вы не поняли статью. Там одна из главных мыслей была о том, что устройство, где все земли "грязные", сконструировано плохо. Соответственно, там рассказывается, как разделить земли на "чистую" и "грязную". Это можно сделать всегда, для любого устройства.


Если мне говорят, что "устройство питается +-15В", то я это всегда понимаю так, что для питания используются 3 провода: +15В, -15В и общий. Иначе бы мне сказали "устройство питается от +15В", что означало бы 2 провода питания, +15В и общий. В пользу того, что питание двуполярное (+15В, -15В и общ) также говорит то, что выходной ток тоже двуполярный, от -200 мА до +200 мА, поскольку при однополярном питании выход почти наверняка тоже был бы однополярным, от 0 до 200 мА.

Однако тогда устройство обязано иметь не менее 4 клемм: на питание 3 клеммы, и на выход 1 клемма. Почему у вас "всего 3 клеммы"?


Очень странно, что в устройстве с двуполярным питанием экран подключен не к общему проводу, а к одному из проводов питания.


Зато я не понимаю, что значит "пролазить по электростатике". Для меня "электростатика" - это жаргонное обозначение электростатического разряда. А помеха, "пролезающая" на вход АЦП посредством электростатического разряда для меня есть нонсенс. Да и откуда у вас там статическим разрядам взяться?

Возможно, вы имели в виду, что помеха пролазит по емкостным связям? Если вы так думаете, то вряд ли это правильная догадка. Помеха скорей всего пролезает в основном за счет плохой конфигурации земель.


Кто "показывают"? Что означает эта фраза?

Если вы видите этот импульс на входе платы, значит вы видите его осциллографом. Как подключен осциллограф? Особенно важно - куда подключена его земля при измерении?

Каким образом вы можете видеть на выходе АЦП нечто, большее чем его "шкала"?


Экран может быть подключен земле возле платы. Вопрос только в том, к какой земле: он должен быть подключен к земляному концу нагрузочного 5-омного резистора. Это должно быть точкой, где соединяются "грязная" земля (экран и общ. датчика) и "чистая" земля (земля повторителя, RC-фильтра и АЦП)

А если такой вариант: на каждом датчике непосредсвенно рядом ставить платку с маленьким микроконтроллером и АЦП, пусть он меряет, а с основной платой весь обмен идет в цифре.
Так сделано в торговых кофейных автоматах, что на улицах стоят. Там внутри сделано что-то типа несложной сети, один мастер, все слейвы, по формату похоже на RS485, только уровни напряжений порядка 24 вольт.

Все платы соединены 6 проводами в параллель. Протокол называется MDB, если интересно, могу подробней про него рассказать.
Два из этих проводов - питание (по стандарту от 36 до 48В), каждая плата имеет на борту стабилизатор, т.е. по питанию уже в нее меньше всего залезет.

Если нужна высокая точность измерений, то можно соответствующую платку поместить в металлический корпус.

У меня токи должны мерятся с частотой 1Msps. И их несколько. Плюс задержка имеет большое значение. Поэтому послед. интерфейс на проходит. Для медленных сигналов - у нас еще порядка 18 термодатчиков в одном месте напихано, будем использовать МК и CAN. CAN также пойдет еще на обмен между несколькими девайсами.

Устройство питается от +-15В. То есть на датчике 3 клеммы. 1 клемма + 15В, 2 клемма -15В и 3-клемма - Выход. Общей клеммы нету. Но для измерения нужно выход датчика подключать через нагрузочное сопротивление на 0В. Посмотрите описание стандартных токовых датчиков Холла от LEM, например.

С этим я уже разобрался - так сделанно только в датчиках тока и только для того, чтобы на результат измерения не влияли броски напряжения в измеряемом проводнике изза емкостной связи.

Ну, у меня IGBT коммутирует напряжение до 3000В. То есть это означает что на шинах(которые по всему шкафу) напряжение скачет от 0 до 3000В за 3-4мкс. И так до 2000 раз в секунду.
Что ж это за тип помехи?

Земля осциллографа была подключена к аналоговой земле платы недалеко от АЦП. Помеха появлялвсь на входе АЦП и по амплитуде была больше диапазона АЦП. Например вход АЦП от 0 до 2В, а помеха была до 3 Вольт.
Также была возможность смотреть выход АЦП с помощью лог. анализатора. В момент помехи показывало 111111 и т.д. То есть сигнал за пределами измерения АЦП.
С окрашенными шкафами я тоже сталкивался, но мы используем буржуйские, там вроде с этим все нормально, по крайней мере под защитным заземлением все чисто и все панели заземлены проводами, а не только за счет монтажа.
А так вроде все нормально. Единственное что изза помех осциллографом не всегда можно увидеть сигнал, но больше проблемм было в том, что на платах стояли неправильно рассчитанные антиалиазинговые фильтры, частоты которых были больше частоты выборки, вот АЦП всякую фигню и ловили. Пришлось на месте платы перепаивать.
После этого я решил на время завязать с борьбой с помехами - и так все еормально работает, а простых путей улучшения я пока не вижу.

syoma, помехи имхо большими токами создаются, особенно в момент переключения модулей. Имею такие-же проблемы, правда не с LEMами, а больше наводки по земле и прочему монтажу через емкостные связи (частота преобразователя 60-70кГц).
Максимум, что могу присоветовать на данный момент - разъединить корпусную и схемную земли и включить их через сопротивление выравнивающее потенциалы (ставил 100-200кОм).
Ессно придётся уменьшить и емкость монтажа относительно корпуса всеми доступными способами.
Лично меня больше всего беспокоит глюки LCD экрана врезанного в морду преобразователя.

Наденьте на кабель к экрану ферритовую клипсу- фильтр - глюки обычно заканчиваются. Если кабель плоский - купите плоскую клипсу.

Был случай из практики, когда в экспериментальной установке еще в советское время батарея конденсаторов емкостью около 20 000 микрофарад и напряжением 2.5 киловольта с массой около 3 тонн разряжалась на гирлянду ксеноновых ламп. Разряд запускался поджигающим импульсом с напряжением больше 200 киловольт. Во время эксперимента необходимо было принемать аналоговые сигналы с ряда удаленных датчиков с проводами до 10 метров длинной. Количество датчиков, их
положение и раскладка проводов все время менялось. Никакие заземления, разрывы токовых контуров, коаксиалы с двойным экраном и прочее шаманство не помогало. Помогла только передача аналогового сигнала по световодам.

В общем случае подход такой-на входе питания поставить LC фильтр и варисторы на землю, плюс желательно, разрядник. Соединение выхода DC конвертера с землей разорвать с помощью 3 кондеров последовательно включенных 2000 пик и много киловольт- таким образом все с процессорной платы сольется в землю.каждый вход от датчика вести витой парой и защищать супрессорами и RC цепями . Красивая штучка- сборка для защиты USB06...