Способ монтажа многослойных проводов питания (ленточных кабелей или печатных плат) при прокладывании токопроводящих линий связи для трехфазного переменного тока с целью подавления электромагнитных наводок, возникающих от явления самоиндукции в цепях питания
Владельцы патента RU 2258969:
Федеральное Государственное унитарное предприятие "Научно-производственный Центр автоматики и приборостроения" им. Н.А. Пилюгина (ФГУП НПЦ АП) (RU)
Предложен способ монтажа, заключающийся в пространственном расположении токопроводящих линий связи, позволяющий компенсировать электромагнитные наводки, возникающие в цепях питания трехфазного переменного тока от явления самоиндукции, основанный на компенсирующем эффекте от наложения сдвинутых по фазе электромагнитных индукций, за счет фазового сдвига токов, протекающих в 3-х соседних проводниках, отличающийся тем, что в 3-х фазных цепях используются только токи, имеющие знак «+» (прямые), протекающие в 3-х соседних слоях, и сдвинутые по фазе на 120°С. Если пропускать 3-х фазный переменный ток, равный по амплитуде, в 3-х соседних токопроводящих дорожках, расположенных строго параллельно друг над другом в 3-х соседних слоях, в которых образуются столбцы, состоящие из токопроводящих дорожек, лежащих в этих трех слоях, то используя циклическую перестановку фаз, для каждого слоя, в каждом столбце будем иметь векторы, равные по амплитуде, соответствующие гармоническим колебаниям на векторной диаграмме от всех 3-х фаз (А, В, С); в этом случае в цепях питания возникает максимальная компенсация помех, вызываемых явлением самоиндукции, что является оптимальным техническим результатом. Способ можно использовать для печатных плат, многослойных проводов, ленточных кабелей. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано для увеличения помехозащищенности при передаче 3-х фазного сигнала как с помощью плоских ленточных кабелей, так и с помощью токопроводящих дорожек (трасс), проложенных в многослойных печатных платах. Известны методы защиты от помех, например:
1 перевив с определенным шагом и экранирование 2-х проводников (см. стр.115, рис.61 а) симметричные кабели, стр.140 (защита линий связи от электромагнитных влияний) «Справочник молодого связиста» издательство «Высшая школа» 1985 г.);
2 «Способ и устройство для подавления взаимных помех в соединительных средствах» (см. патент WO 94/06216 от 17 марта 1994 г.);
3 «Метод прокладывания токопроводящих дорожек (трасс) в многослойных проводах питания для подавления электромагнитных наводок, исходящих от трасс» (см. патент США №5357050 от 18 октября 1994 г. (US 005357 Q50A)).
В ленточных кабелях, представляющих собой гибкую плоскую ленту с двумя и более токопроводящими дорожками, а также для многослойного печатного монтажа метод перевива проводников для уменьшения помех невозможен.
Из приведенных выше способов уменьшения помех наиболее близким прототипом к предлагаемому техническому решению является: патент США №5357050 от 18 октября 1994 г. «Метод прокладывания токопроводящих дорожек (трасс) в многослойных проводах питания для подавления электромагнитных наводок, исходящих от трасс». Это способ уменьшения помех (компенсация) в однофазной цепи для многослойного печатного монтажа и плоских ленточных кабелей.
В данном способе линии связи разделяются на пары:
1-я (S) линия связи - сигнальная, по которой протекает ток, имеющий знак "+"(прямая)* и 2-я (R) линия связи, по которой протекает ток, имеющий знак "-" (″возвратная трасса″)*, в которых токи отличаются друг от друга по фазе на 180°. Эти линии связи расположены в соседних слоях, так что прямая лежит над возвратной, как показано на фиг.1.
При пропускании переменного тока, имеющего равное амплитудное значение в верхнем слое (по 1-(S) и по 2-(R) дорожкам) и в нижнем слое (по 3-(R) и * - формулировки взяты из прототипа.
4-(5)), возникают магнитные поля. При сдвиге по фазе на 180° гармонического колебания тока в проводнике верхнего слоя относительно гармонического колебания тока в проводнике нижнего слоя векторы, соответствующие этим гармоническим колебаниям, на векторной диаграмме противоположны и равны по амплитуде.
Следовательно, в этом случае возникает эффект компенсации помех, вызываемых явлением самоиндукции. Таким образом, помехи, возникающие в токопроводящих слоях, будут уравновешивать друг друга. Способ, предложенный в прототипе, не позволяет решить проблему помехозащищенности в 3-х фазной сети, так как в 3-х фазной сети протекают в соседних слоях, только токи, имеющие знак "+" (прямые), сдвинутые по фазе на 120°.
Техническим результатом изобретения является подавление электромагнитных наводок, возникающих от явления самоиндукции в цепях питания для 3-х фазной сети при передаче сигнала с помощью ленточных кабелей, многослойных проводов или многослойных печатных плат.
Предлагаемый способ монтажа при прокладывании токопроводящих линий связи для трехфазного переданного тока, применяющийся для подавления электромагнитных наводок, возникающих от явления самоиндукции в цепях питания, заключается в использовании только протекающих в соседних слоях токов, имеющих знак "+" (прямых), сдвинутых по фазе на 120°.
В симметричной трехфазной сети в любой момент времени сумма токов в узле равна нулю, так как совокупность трех отдельных цепей имеет одинаковые частоту и амплитуду ЭДС, которые сдвинуты по фазе на 120°. Ток, протекающий в 3-х фазной сети, создает свое магнитное поле. Как показано на фиг.2 и 3, токопроводяшие дорожки должны находиться в 3-х параллельно расположенных друг над другом слоях.
3-х фазный переменный ток, протекающий в 1-м слое (1ф.А, 2ф.В, 3ф.С), сдвинут по фазе на 120° относительно переменного тока, протекающего во 2-м слое (1ф.В, 2ф.С, 3ф.А). Ток, протекающий в 3-ем слое (1ф.С, 2ф.А, 3ф.В), сдвинут по фазе на 120° в ту же сторону относительно переменного тока, протекающего во 2-м слое и на 240° относительно тока 1-го слоя. Если пропускать 3-х фазный переменный ток в каждом слое токопроводящих дорожек, равный по амплитуде, то в каждом из этих слоев возникает магнитное поле самоиндукции.
Представление гармонических колебаний в виде векторов на комплексной плоскости (с помощью векторных диаграмм, представленных на фиг.3) позволяет получить результирующее значение векторов при любом сдвиге по фазе между ними.
В первом столбце токопроводящих дорожек при сдвиге по фазе на 120° гармонического колебания тока в проводнике 1-го слоя относительно гармонического колебания тока в проводнике 2-го слоя, гармоническое колебание тока в проводнике 3-го слоя сдвинуто по фазе на 120° в ту же сторону что в 1-м и 2-м слое.
В 1-м столбце имеем - (1ф.А, 2ф.В, 3ф.С),
во 2-м столбце имеем - (1ф.В, 2ф.С, 3ф.А),
в 3-м столбце имеем - (1ф.С, 2ф.А, 3ф.В).
Так как токопроводящие слои (ленточного кабеля) расположены близко, то можно считать, что вектора пространственно совмещаются.
Вектора, равные по амплитуде, соответствующие гармоническим колебаниям на векторной диаграмме, по правилу параллелограмма, уравновешивают друг друга.
Следовательно, в этом случае возникает эффект компенсации помех, вызываемых явлением самоиндукции. Таким образом, помехи, возникающие в токопроводящих слоях, будут уравновешивать друг друга. При этом потери в передаваемом сигнале уменьшаются тем больше, чем ближе расположены токопроводящие слои.
1. Способ монтажа, заключающийся в пространственном расположении токопроводящих линий связи, позволяющий компенсировать электромагнитные наводки, возникающие в цепях питания трехфазного переменного тока от явления самоиндукции, основанный на компенсирующем эффекте от наложения сдвинутых по фазе электромагнитных индукций, отличающийся тем, что для трехфазного тока используются только прямые токи, сдвинутые на 120°С, и для подавления электромагнитных наводок применяется циклическая перестановка фаз токов
протекающих в трех соседних токопроводящих дорожках, расположенных строго параллельно друг над другом в трех соседних слоях, в которых образуются столбцы, состоящие из токопроводящих дорожек, лежащих в этих трех слоях, что приводит к подавлению электромагнитных наводок в слоях и столбцах; оптимальный технический результат (максимальная компенсация) достигается при равенстве амплитуд трехфазных токов, протекающих в слоях.
2. Способ по п.1, включающий использование многослойных проводов.
3. Способ по п.1, включающий использование ленточных кабелей.
4. Способ по п.1, включающий использование печатных плат.
