KOMPATYBILNOŚĆ ELEKTROMAGNETYCZNA

GRUPA: TEMAT:

Agnieszka Stańco Układy filtrujące

Karol Brodziak

Przemysław Ćwik

Celem sprawozdania jest przedstawienie wyników pomiarów oraz ich porównanie z symulacjami w programie PSPICE. Podczas tworzenia modeli użyto schematów zastępczych rzeczywistych elementów.

Elementy pasywne

Kondensator

Rys.1 Schemat zastępczy rzeczywistego kondensatora

Przeprowadziliśmy pomiary dwóch różnych kondensatorów. Charakterystyka pierwszego z nich pokazana została poniżej wraz z wynikami modelowania w PSPICE. Aby wyliczyć elementy składowe potrzebne do schematu zastępczego korzystamy ze zmierzonej charakterystyki modułu impedancji i przesunięcia fazowego w zależności od częstotliwości:

Odczytujemy z niej wartość przy najmniejszej możliwej częstotliwości więc 20Hz i wynosi ona Z=80000. Na podstawie tego wykresu oraz charakterystyki fazowej wykreslamy zależność rezystancji od częstotliwości korzystając z zależności
(φ wyrażone w rad).

Z tej charakterystyki odczytujemy rezystncję przy najwyższej częstotliwości, będzie to nasza rezystancja szeregowa - współczynnik strat kondensatora. Dla wyższej częstotliwości kondensator „tworzy zwarcie” więc takie postepowanie jest uzasadnione. Zatem R1=0,5 Ohm.

Aby zmierzyć rezystancję R2 (patrz rys. 1) konieczny byłby pomiar dla 0Hz jednakże na podstawie wiedzy co reprezentuje ta wartość wiemy, że powinna ona wynosić co najmniej 1M Ohm (jest to rezystancja dielektryka), dodatkowo pamietając o charakterystyce impedancyjnej możemy aproksymować tę wartość. Po kilku próbach można z dobrą dokładnością stwierdzić przynajmniej rząd rezystywności dielektryka. W naszym przypadku wynosi ona R2=50M Ohm.

Pojemność kondensatora wyznaczamy dla korzystając z wzoru
. Stosujemy go dla wszystkich częstoliwości dzięki czemu możemy przyjąć, że wynosi ona 110 nF co potwierdza dane podane przez producenta.

Ostatnim elementem potrzebnym do ukończenia modelu jest indukcyjność połączeń. Jednakże na charakterystyce fazowej nie moglismy zaobserwować rezonansu, co więcej przesunięcie cały czas oscyluje wokół -90° co pozwala na pominięcie indukcyjności przynajmniej dla zakresu do 200kHz.

Porównanie charakterystyk zmierzonych oraz zamodelowanych:

Kondensator nr 2 analizujemy w identyczny sposób więc podane zostaną tylko odczytane wartości:

Z=2000, R1=0,003 Ohm, natomiast wyznaczona pojemność to 4 uF.

Podana poniżej charakterystyka fazowa pozwala na wyznaczenie częstotliwości rezonansowej kondensatora - 96450 Hz (jest to wartość przybliżona gdyż zastosowanie mostka RLC nie pozwala na dokładne wyznaczenie tej wartości - następuje przerwa w pomiarze). Oznacza to że bez problemów wyznaczymy indukcyjność kontaktów korzystając z zależności:
Na tej podstawie L=680 nH

Z podanymi powyżej wartościami dokonujemy porównania modelu i pomiarów jak poniżej:

Cewka

Rys. 2 Schemat zastępczy rzeczywistej cewki

Tryb postępowania w przypadku cewki jest podobny. W naszym jedynym dławiku jaki analizowaliśmy nie zaobserwowano rezonansu więc próba wyznaczania pojemności jest niepotrzebna. Co więcej podczas pomiaru mierzone były bezpośrednio rezystancja i indukcyjność i dopiero z nich wyznaczyliśmy charakterystyke impedancyjną i fazową.

Jak widać z porówniania charakterystyk pominięcie pojemności pasożytniczej nie wpływa na jakość modelu w zbyt dużym stopniu.

Rezystor

Rys. 3 Schemat zastępczy rzeczywistego opornika

Pomiar rezystora dokonywaliśmy zapisując zmierzone wartości R oraz X dzięki czemu od razu możemy wyznaczyć R=9,8449 Ohm. Reaktancja wykazuje charakter głównie indukcyjny (poza małymi częstotliwościami) i na jej podstawie i zależności
wyznaczamy L=5,2uH. Ostatnim elementem jest pojemność. Korzystając z zaobserwowanej reaktancji i zmiany jej znaku w f=41,53 Hz wyznaczamy jak poprzednio pojemność Cx =2,7961 F. Taka ogromna wartośc spowodowana jest tym że w tym przypadku dokonujemy obliczeń dla połączenia szeregowego wszystkich elementów. Po przekształceniu otrzymujemy C=5,3 uF.

Filtry częstotliwościowe

Dzięki zastosowaniu układu pomiarowego opisanego w konspekcie możliwe było zdjęcie charakterystyki podanych filtrów. Wyniki zostały zapisane w formie ciągu danych w bazie danych a na ich podstawie odtworzony obraz uzyskany na ekranie analizatora widma.

Charakterystyka ta jest zgodna z podaną przez producenta i stanowi jej potwierdzenie co jest zgodne z przewidywaniami.

W tym przypadku charakterystyka również jest porwnywalna z podaną przez wytwórcę układu jednak pojawia się charakterystyczne wypłaszczenie przy -50dB. Po przyjrzeniu się obu wykresom doszliśmy do wniosku że brakuje w naszych pomiarach jeszcze głębszego tłumienia w paśmie gdzie znajduje się wypłaszczenie. Prawdopodobnie wyszliśmy poza zakres analizatora lub źle zostały dobrane parametry pomiaru lub zapisu danych. Nie mniej jednak charakterystyka jak najbardziej prawidłowo odzwierciedla parametry filtru.

Transformator TS-4/22

Pomiaru transformatora dokonywaliśmy we wszystkich czterech konfiguracjach. Zaobserwowany rezonans jest rezonansem równoległym prawdopodobnie cewek transformatora z pojemnościami pasożytniczymi (połączeń a przede wszystkim pojemności międzyzwojowej). Odczytana rezystancja dla małych częstotliwości do ok. 1,4 kOhm dla uzwojenia pierwotnego i poniżej 8Ohm dla wtórnego. Taka konfiguracja świadczy o przeznaczeniu na niskie moce [VA] transformatora.

Analiując obszary w których transformator wykazywał cechy pojemnosciowe wyznaczono pojemność pasożytnicza równą ok. 50pF. Na podstawie częstotliwości rezonansowych (5,9 kHz oraz 16,8 kHz) wyznaczono indukcyjność związaną ze strumieniem głównym 1,7 H natomiast indukcyjności rozpraszające rzedu ok. 3mH. Podane wartości są jedynie danymi orientacyjnymi wynika to ze znacznej złożoności modelu transformatora dla wyższych częstotliwości (pojawienie się charakeru pojemnościowego). Poniżej zamieszono zmodyfikowany model transformatora oraz charakterystyki zebrane podczas pomiaru.

Rys. 5 Zmodyfikowany schemat zastepczy transformatora

Charakterystyka modułu impedancji dla uzwojenia pierwotnego.

- - - - uzwojenie wtórne rozwarte, ─── uzwojenie wtórne zwarte

Charakterystyka fazowa dla uzwojenia pierwotnego.

- - - - uzwojenie wtórne rozwarte, ─── uzwojenie wtórne zwarte

Charakterystyka modułu impedancji dla uzwojenia wtórnego .

- - - - uzwojenie pierwotne rozwarte, ─── uzwojenie pierwotne zwarte

Charakterystyka fazowa dla uzwojenia wtórnego .

- - - - uzwojenie pierwotne rozwarte, ─── uzwojenie pierwotne zwarte

---