RU2369946C1 - Passive wideband electrodynamic filter - Google Patents

Passive wideband electrodynamic filter Download PDF

Info

Publication number
RU2369946C1
RU2369946C1 RU2007147843/09A RU2007147843A RU2369946C1 RU 2369946 C1 RU2369946 C1 RU 2369946C1 RU 2007147843/09 A RU2007147843/09 A RU 2007147843/09A RU 2007147843 A RU2007147843 A RU 2007147843A RU 2369946 C1 RU2369946 C1 RU 2369946C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
network
connecting line
electrodynamic
wire
line
Prior art date
Application number
RU2007147843/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007147843A (en
Inventor
Александр Иванович Мишуков (RU)
Александр Иванович Мишуков
Original Assignee
Александр Иванович Мишуков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Иванович Мишуков filed Critical Александр Иванович Мишуков
Priority to RU2007147843/09A priority Critical patent/RU2369946C1/en
Publication of RU2007147843A publication Critical patent/RU2007147843A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2369946C1 publication Critical patent/RU2369946C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Filters And Equalizers (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering.
SUBSTANCE: invention is aimed at higher noise immunity of electrotechnical equipment and radio electronic instrumentation, reduction of material costs with provision of efficient filtration in both directions (from network to apparatus and from apparatus to network). Specified technical result is achieved by the fact that passive wideband electrodynamic filter is arranged in the form of directional short connecting line with spatially distanced fixed geometry, of at least two multi-wire conductors made in a certain manner, enclosed in common dielectric shell.
EFFECT: technical result in local network circuit is achieved by application of method of filtration of wideband radio frequency electric noise with application of passive wideband electrodynamic filter made in the form of directional short connecting line.
4 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к изделиям электротехнической промышленности, кабельной подотрасли, к разделу: «кабели специального назначения» и может быть использовано для подключения электротехнического и радиотехнического оборудования к источникам питания напряжением как переменного (независимо от числа фаз), так и постоянного тока.The invention relates to products of the electrical industry, cable industry, to the section: “cables for special purposes” and can be used to connect electrical and radio equipment to power sources with voltage of both alternating (regardless of the number of phases) and direct current.

Анализ материалов патента позволяет установить, что стержнем устройства является специально спроектированный кабель с разнесенными в пространстве токопроводящими жилами с соответствующей их геометрией.Analysis of the materials of the patent allows us to establish that the core of the device is a specially designed cable with conductive wires spaced in space with their corresponding geometry.

Из уровня техники известен высококачественный 16 амперный сетевой кабель, содержащий разнообразные фильтрационные элементы. Для достижения широчайшего демпфирования в области высоких частот применяется до девяти разных ферритовых сердечников, и эта исключительная широкополосная фильтрация достигается только при помощи их комбинации. Фильтрация начинается на сравнительно низких частотах, но все еще заметна даже на частотах выше 1 гГц. Благодаря использованию тщательно отобранных материалов получился весьма эффективный фильтр для всех высокочастотных искажений. Нежелательные ВЧ-сигналы, возникающие на гребне чистой синусоидальной волны переменного питания, просто преобразуются в безвредное тепло (Кабели «Fisch», Германия. По каталогу - справочнику «Десятой Международной выставки «Hi-Fi Show&Home Theatre' 2006». Продукция представлена компанией «ГОНГ-АВ»).A high-quality 16 ampere network cable containing various filtering elements is known in the art. To achieve the broadest damping in the high-frequency region, up to nine different ferrite cores are used, and this exceptional broad-band filtering is achieved only by combining them. Filtering starts at relatively low frequencies, but is still noticeable even at frequencies above 1 GHz. Thanks to the use of carefully selected materials, a very effective filter was obtained for all high-frequency distortions. Unwanted RF signals arising on the crest of a pure sine wave AC power supply are simply converted to harmless heat (Fisch Cables, Germany. According to the catalog - reference book of the Tenth International Exhibition Hi-Fi Show & Home Theater '2006. Products presented by GONG -AB ").

Известен сетевой кабель VALHALLA Reference фирмы Nordost. В данном сетевом кабеле используются семь проводников структуры mono-filament с экструдированным серебром, переплетенных согласно специальной конфигурации, при этом активная и емкостная реактивная составляющие комплексного сопротивления линии имеют жестко ограниченные допуски. Здесь основная задача - минимизировать активную составляющую комплексного сопротивления за счет использования драг. металла (Ag) (Кабели «Nordost», США. По каталогу - справочнику «Десятой Международной выставки «Hi-Fi Show&Home Theatre' 2006». Продукция представлена компанией «Barnsly Sound Org.»).Known network cable VALHALLA Reference company Nordost. This network cable uses seven mono-filament extruded silver conductors intertwined according to a special configuration, while the active and capacitive reactive components of the complex resistance of the line have tightly limited tolerances. The main task here is to minimize the active component of complex resistance through the use of drags. metal (Ag) (Nordost cables, USA. According to the catalog - reference book of the Tenth International Exhibition “Hi-Fi Show & Home Theater '2006”. Products presented by Barnsly Sound Org.).

Все предыдущие технические решения, используемые при построении сетевых кабелей, за счет своей относительной широкополосности обладают одинаковыми недостатками, которые кроются в отсутствии эффективной фильтрации и полной незащищенности электронного устройства от разнообразных электрических сетевых помех и незащищенности сети от проникновения помех со стороны блока питания самого изделия.All the previous technical solutions used in the construction of network cables, due to their relative broadband, have the same disadvantages, which lie in the absence of effective filtering and the complete insecurity of the electronic device from various electrical network interference and the insecurity of the network from interference from the power supply of the product itself.

Задача, на решение которой направлено предложенное изобретение, заключается в создании такой конструкции пассивной широкополосной электродинамической фильтрующей соединительной линии с распределенными параметрами и способа фильтрации помех, которые исключали бы указанные выше недостатки.The problem to which the proposed invention is directed is to create such a design of a passive broadband electrodynamic filter connecting line with distributed parameters and a method for filtering interference that would eliminate the above disadvantages.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в повышении помехоустойчивости электротехнического оборудования и радиоэлектронной аппаратуры, уменьшении материальных затрат при обеспечении эффективной фильтрации в обоих направлениях (от сети к аппарату и от аппарата в сторону сети).The technical result achieved by the implementation of the invention is to increase the noise immunity of electrical equipment and electronic equipment, reduce material costs while ensuring effective filtering in both directions (from network to device and from device to network side).

Указанный технический результат достигается в пассивном широкополосном электродинамическом фильтре, предназначенном для подключения электротехнического и радиотехнического оборудования в локальных сетевых контурах, выполненном в виде соединительной линии, состоящей из, по меньшей мере, двух многопроволочных проводников, изготовленных с учетом анизотропных свойств металла за счет совмещения физического начала составляющей их проволоки, при этом диаметр d проволоки находится в интервале:The specified technical result is achieved in a passive broadband electrodynamic filter designed to connect electrical and radio equipment in local network circuits, made in the form of a connecting line consisting of at least two multi-wire conductors made taking into account the anisotropic properties of the metal by combining the physical principle their component wire, while the diameter d of the wire is in the range:

0,03≤d≤0,1 мм, а0,03≤d≤0,1 mm, and

количество n проволок выбрано из:the number n of wires selected from:

15≤n≤610,15≤n≤610,

причем длина Н соединительной линии выбрана из интервала:moreover, the length H of the connecting line is selected from the interval:

Н<<λ,H << λ,

где λ - длина волны,where λ is the wavelength

и выполненной с пространственно разнесенной фиксированной геометрией за счет заключения проводников в общую диэлектрическую оболочку, расстояние между которыми рассчитывается исходя из минимизации погонной емкости Спогон., при этом Спогон. соединительной линии находится в интервале:and performed with spatially spaced fixed geometry by enclosing conductors in a common dielectric sheath, the distance between which is calculated on the basis of minimizing the running capacitance C shoulder straps. , while C shoulder strap. the connecting line is in the range:

Cпогон.≤2,5 pF.C shoulder strap. ≤2.5 pF.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено сечение направленной короткой соединительной линии (НКСЛ); на фиг.2 - расчет шага укладки проводников для направленной короткой соединительной линии; на фиг.3 - одножильный медный монтажный провод с изоляцией из фторопласта; фиг.4 - направленная короткая соединительная линия.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a cross section of a directional short connecting line (NKSL); figure 2 - calculation of the step of laying the conductors for the directional short connecting line; figure 3 - single-core copper mounting wire with insulation of fluoroplastic; 4 is a directional short connecting line.

Поставленная задача достигается за счет особой геометрии построения кабеля.The task is achieved due to the special geometry of the cable.

Данное изобретение представляет определенно новое и полезное усовершенствование кабеля, предназначенного для подключения электротехнического и радиотехнического оборудования к источникам питания напряжением как переменного (независимо от числа фаз), так и постоянного тока.This invention represents a definitely new and useful improvement in the cable for connecting electrical and radio equipment to power sources with voltage of both alternating (regardless of the number of phases) and direct current.

В данном случае под источниками питания необходимо понимать как глобальные сетевые энергосистемы, предназначенные для большого количества потребителей, включающие в себя все доступные виды получения электроэнергии, так и локальные сети, использующие электромеханические, электронные и прочие преобразователи напряжения, предназначенные для обеспечения работы электрооборудования отдельно взятого потребителя. Под глобальными сетевыми системами необходимо подразумевать крупных поставщиков электроэнергии с их линиями передач и трансформирующими подстанциями. Примером же локальной сети может служить передвижной дизельный или бензиновый генератор, аккумуляторная батарея, а также вторичные источники электроэнергии на базе электронных и электромеханических преобразователей.In this case, power sources must be understood as global network power systems designed for a large number of consumers, including all available types of power generation, and local networks using electromechanical, electronic and other voltage converters designed to ensure the operation of electrical equipment of a single consumer . By global network systems, it is necessary to mean large suppliers of electricity with their transmission lines and transforming substations. An example of a local network is a mobile diesel or gas generator, a battery, and also secondary sources of electricity based on electronic and electromechanical converters.

Известно, что токопроводящие линии, предназначенные для передачи электромагнитных колебаний частотой 50 Гц и 60 Гц на большие расстояния от производителя электроэнергии до его потребителей, многократно могут изменять геометрию проводника. При этом изменяется не только сечение и форма токопроводящих элементов, расстояние между ними, но и виды диэлектриков, находящихся в их окружении.It is known that conductive lines designed to transmit electromagnetic waves with a frequency of 50 Hz and 60 Hz over long distances from the electricity producer to its consumers can repeatedly change the geometry of the conductor. This changes not only the cross-section and shape of the conductive elements, the distance between them, but also the types of dielectrics in their environment.

Открытые высоковольтные линии электропередачи, кабельные вводы в жилые, офисные и производственные здания, включая разводку питания до конкретного оборудования, являют собой наглядный пример геометрических метаморфоз токопроводящих конструкций.Open high-voltage power lines, cable glands in residential, office and industrial buildings, including wiring power to specific equipment, are a clear example of geometric metamorphoses of conductive structures.

Возрастающие требования к качеству источников электроэнергии, питающих сложное радиотехническое оборудование, не могут оставить без внимания вопрос борьбы с разнообразными сетевыми помехами и устранения причин, их вызывающих.Increasing demands on the quality of power sources supplying sophisticated radio equipment cannot ignore the issue of combating various network interference and eliminating the causes that cause them.

Бурное развитие компьютерной техники, различных телекоммуникационных систем во многом изменило характер сетевых помех.The rapid development of computer technology and various telecommunication systems has largely changed the nature of network interference.

Применение импульсных блоков питания сопровождается выбросом в сеть нежелательных электромагнитных колебаний в широком частотном спектре. Возникает необходимость применения специальных внутриконструктивных технических решений для осуществления фильтрации сетевого напряжения, что приводит к удорожанию изделия. Появляется новый класс оборудования - сетевые кондиционеры. Практика показывает, что подобные сложные реализации не во всех случаях могут справиться с возложенной на них задачей.The use of switching power supplies is accompanied by the emission of unwanted electromagnetic waves into the network in a wide frequency spectrum. There is a need to use special intra-structural technical solutions for filtering the mains voltage, which leads to higher cost of the product. A new class of equipment appears - network air conditioners. Practice shows that such complex implementations may not in all cases cope with the task assigned to them.

Практические наблюдения за работой отдельных сложных радиотехнических устройств обращают внимание на следующие явления:Practical observations of the operation of individual complex radio engineering devices draw attention to the following phenomena:

- параметры глобальной энергосистемы, представленные в виде колебательного контура, с завидным постоянством сохраняют свои значения в больших временных интервалах и зависят, главным образом, от суточной активности крупных потребителей, которыми являются промышленные предприятия. При необходимости производитель электроэнергии осуществляет коррекцию (cosφ) (падение напряжения от номинального значения «просадка» изначально во внимание не принималось);- the parameters of the global energy system, presented in the form of an oscillatory circuit, retain their values with enviable constancy in large time intervals and depend mainly on the daily activity of large consumers, which are industrial enterprises. If necessary, the electricity producer performs the correction (cosφ) (voltage drop from the nominal value of the "drawdown" was not initially taken into account);

- небольшие потребители электроэнергии (в пределах от 1-30 кВт), как правило, подключаются к системе энергоснабжения посредством ответвлений от центрального фидера кабелем малого сечения. Этот факт приводит к образованию локального колебательного контура со своими особенностями.- small consumers of electricity (ranging from 1-30 kW), as a rule, are connected to the power supply system through branches from the central feeder with a small cross-section cable. This fact leads to the formation of a local oscillatory circuit with its own characteristics.

Особенности локального контураLocal circuit features

С физической точки зрения ответвления от основного фидера представляют собой короткие соединительные линии с токопроводящими проводниками круглого сечения 1-3 мм2, выполненными из меди или алюминия, расстояние между которыми варьируется от 1 до 3 мм, а длина от нескольких метров до нескольких сотен метров. Сопротивление линии носит комплексный характер. При этом погонная индуктивность XL как составляющая реактивного сопротивления определяется количеством и толщиной токопроводящих жил в структуре токопровода и коэффициентом укрутки, а емкостная XC - приведенной площадью поверхности проводников, расстоянием между ними и параметрами диэлектрика. Величины XL и ХС в данном локальном контуре невелики и вряд ли оказывают существенное влияние на фазовые соотношения тока и напряжения питающей сети. Однако целый ряд экспериментов в различных офисных и производственных помещениях показал, что изменяя характер реактивности и величину активной составляющей комплексного сопротивления линии, можно добиться хороших результатов при фильтрации помех.From a physical point of view, the branches from the main feeder are short connecting lines with conductive conductors of circular cross section 1-3 mm 2 made of copper or aluminum, the distance between which varies from 1 to 3 mm, and the length from several meters to several hundred meters. Line resistance is complex. In this case, the linear inductance X L as a component of reactance is determined by the number and thickness of the conductive conductors in the structure of the conductor and the winding coefficient, and capacitive X C is the reduced surface area of the conductors, the distance between them and the dielectric parameters. The values of X L and X C in this local circuit are small and are unlikely to significantly affect the phase relations of the current and voltage of the supply network. However, a number of experiments in various office and industrial premises showed that by changing the nature of the reactivity and the value of the active component of the complex resistance of the line, good results can be achieved when filtering interference.

В ходе практических экспериментов было обнаружено, что уменьшение ХС до нескольких пикофарад приводит к существенному улучшению работы радиоэлектронной аппаратуры. Появление модельных рядов аппаратуры со съемными сетевыми кабелями позволило быстро и эффективно проводить наблюдения за теми изменениями, которые возникают при смене штатного соединителя на испытуемый.In the course of practical experiments, it was found that a decrease in X C to several picofarads leads to a significant improvement in the operation of electronic equipment. The appearance of the model series of equipment with removable network cables made it possible to quickly and efficiently monitor the changes that occur when a standard connector is replaced with a test one.

Определение спектра и величины помех, вбрасываемых в локальный контур импульсными блоками питания из случайной выборки изделий, осуществлялось при помощи системы для проверки индустриальных помех, состоящей из селективного вольтметра - SMV - 11 и эквивалента сети - NNB - 111. Данные наблюдения привели к выводу о том, что мы имеем дело с резонансами на ряде гармоник, в том числе и в радиочастотном диапазоне.The spectrum and magnitude of the interference thrown into the local circuit by pulse power supplies from a random sample of products was determined using an industrial interference verification system consisting of a selective voltmeter - SMV - 11 and the network equivalent - NNB - 111. Observation data led to the conclusion that that we are dealing with resonances at a number of harmonics, including in the radio frequency range.

Подключение дополнительного оборудования в локальную сеть питания приводило к существенному смещению этих резонансов в ту или иную сторону частотного диапазона. Изменения в работе аппаратуры становились заметными даже при включении в сеть ненагруженных удлинителей, в которых токопроводящие жилы были упакованы таким образом, что расстояние между ними определялось лишь толщиной диэлектрика. Стало быть и величина XC в данном случае работала.The connection of additional equipment to the local power supply network led to a significant shift of these resonances in one direction or another in the frequency range. Changes in the operation of the equipment became noticeable even when unloaded extension cords were included in the network, in which the conductive wires were packed in such a way that the distance between them was determined only by the thickness of the dielectric. Therefore, the value of X C in this case worked.

Настоящая заявка базируется на вышеизложенном и подразумевает создание направленной короткой соединительной линии (далее по тексту - НКСЛ), предназначенной выполнять роль фильтрующего сетевого кабеля для радиоэлектронной аппаратуры и электротехнического оборудования, работающего в условиях локального сетевого контура. Примером такого симбиоза может являться подключение к сети компьютера, плазменной телевизионной панели, DVD плеера, холодильника, утюга и кондиционера, а также ламп накаливания и т.д.This application is based on the foregoing and involves the creation of a directional short connecting line (hereinafter referred to as the NKSL), designed to act as a filter network cable for electronic equipment and electrical equipment operating in a local network circuit. An example of such a symbiosis can be the connection to a network of a computer, a plasma television panel, a DVD player, a refrigerator, an iron and an air conditioner, as well as incandescent lamps, etc.

ПримечаниеNote

Под короткой соединительной линией подразумевается токопроводящая линия, длина которой меньше электромагнитной длины волны, передаваемой по ней. («Основные понятия и законы теории электромагнитного поля и теории электрических и магнитных цепей» Нейман А.Р. 1981 г.)By a short connecting line is meant a conductive line whose length is less than the electromagnetic wavelength transmitted through it. ("Basic concepts and laws of the theory of electromagnetic fields and the theory of electric and magnetic circuits" Neumann AR 1981)

Частным случаем является предложенная короткая линия (0,000031-0,000062λ) при частоте переменного тока питающей сети, равной 50 Гц.A special case is the proposed short line (0.000031-0.000062λ) at an alternating current frequency of the supply network equal to 50 Hz.

Принцип фильтрации реализован в пассивном широкополосном электродинамическом фильтре с распределенными параметрами, выполненном в виде направленных коротких соединительных линий (0,000031-0,000062λ) с пространственно разнесенной фиксированной геометрией проводников, используемых в качестве сетевых кабелей для подключений радиотехнического и электротехнического оборудования.The filtering principle is implemented in a passive wide-band electrodynamic filter with distributed parameters, made in the form of directional short connecting lines (0.000031-0.000062λ) with spatially spaced fixed geometry of conductors used as network cables for connecting radio and electrical equipment.

ПримечаниеNote

В процессе изготовления НКСЛ учитываются анизотропные свойства токопроводящей жилы. При механической обработке, в частности при волочении прутка, кристаллическая структура металла претерпевает многочисленные изменения. Вследствие этого его физические свойства в разных направлениях становятся неоднородными. Поэтому готовое изделие снабжается соответствующими маркерами в виде стрелочных указателей и логотипом фирмы изготовителя, при этом чтение текста происходит от физического начала токопроводящей жилы.In the manufacturing process of NKSL, the anisotropic properties of the conductive core are taken into account. During machining, in particular during wire drawing, the crystal structure of the metal undergoes numerous changes. As a result, its physical properties in different directions become heterogeneous. Therefore, the finished product is supplied with appropriate markers in the form of arrow pointers and the logo of the manufacturer, while reading the text comes from the physical beginning of the conductive core.

В 80-х годах прошлого столетия многие производители межблочных соединительных линий обратили свое внимание на тот факт, что качество работы данных изделий существенно зависит от направления укладки проводников.In the 80s of the last century, many manufacturers of interconnect connecting lines turned their attention to the fact that the quality of the work of these products significantly depends on the direction of laying the conductors.

Во время собственных экспериментов мне довелось убедиться в том, что сетевые кабели также существенным образом проявляют свои анизотропные свойства, влияющие на конечный результат работы радиоаппаратуры.During my own experiments, I was able to make sure that network cables also significantly exhibit their anisotropic properties that affect the final result of the radio equipment.

Таким образом, спроектированная мною токопроводящая линия обладает следующими свойствами:Thus, the conductive line I designed has the following properties:

а) крайне ограниченной полосой пропускания, особенно в области радиочастотного диапазона,a) extremely limited bandwidth, especially in the radio frequency range,

б) минимальным значением величины XC,b) the minimum value of X C ,

в) при этом я позаботился о том, чтобы линия не разогревалась.c) at the same time, I made sure that the line did not warm up.

При изготовлении первых образцов расчет производился на токи до 7 А и сетевом напряжении ~220 В, что соответствует потребителям с оборудованием, мощность которого не привышает 1500 Вт,In the manufacture of the first samples, the calculation was carried out for currents up to 7 A and a network voltage of ~ 220 V, which corresponds to consumers with equipment whose power does not exceed 1500 W,

г) линия гибкая,g) the line is flexible,

д) напряжения пробоя превышает 3500 В,d) breakdown voltage exceeds 3500 V,

е) диэлектрик обеспечивает высокую термостойкость и влагозащиту,e) the dielectric provides high heat resistance and moisture protection,

ж) линия не имеет высокой себестоимости, при этом драгметаллы в ней отсутствовуют.g) the line does not have a high prime cost, while precious metals are absent in it.

Расчет емкости соединительной линии ведется в системе СГС.Calculation of the capacity of the connecting line is carried out in the GHS system.

На фиг.1 показаны два проводника круглого сечения, представленные в форме плоского конденсатора с параллельными пластинами АА и ВВ.Figure 1 shows two conductors of circular cross section, presented in the form of a flat capacitor with parallel plates AA and BB.

Для расчета емкости линии воспользуемся формулой плоского конденсатора:To calculate the line capacitance, we use the formula of a flat capacitor:

Figure 00000001
Figure 00000001

где S - площадь пластин конденсатора, d - расстояние между ними (в соответствии с фиг.1 эта величина обозначена как L). В линии WFD 001 она равнялась 12 мм, длина линии Н=0,000031, λ=1,85 м. Диаметр токопроводящей жилы задан в пределах:where S is the area of the capacitor plates, d is the distance between them (in accordance with figure 1, this value is denoted as L). In the line WFD 001 it was 12 mm, the length of the line H = 0.000031, λ = 1.85 m. The diameter of the conductive core is specified in the range:

Figure 00000002
Figure 00000002

Абстрагируемся от свойств диэлектрика, т.к. при данных расчетах необходимо оценить в первую очередь величины емкости двух типов соединительных линий с их геометрическими пропорциями. В первом приближении представим каркас линии, выполненный из идеального диэлектрика, тогда в системе СГС диэлектрическая проницаемость примет следующий вид:We abstract from the properties of the dielectric, because in these calculations, it is necessary to first of all evaluate the capacitance values of two types of connecting lines with their geometric proportions. In a first approximation, we represent a line skeleton made of an ideal dielectric, then in the GHS system the dielectric constant will take the following form:

Figure 00000003
Figure 00000003

Величины отрезковLine sizes

Figure 00000004
Figure 00000004

приat

Figure 00000005
Figure 00000005

иand

Figure 00000006
Figure 00000006

приat

Figure 00000007
Figure 00000007

Расстояние между пластинами АА и ВВ (назовем его действующим - Lдейств) будет определяться следующим выражением:The distance between the plates AA and BB (let's call it valid - L action ) will be determined by the following expression:

Figure 00000008
Figure 00000008

иand

Figure 00000009
Figure 00000009

При этом площадь пластин конденсатора может быть представлена выражением:In this case, the area of the capacitor plates can be represented by the expression:

Figure 00000010
Figure 00000010

После подстановки соответствующих значений получим:After substituting the corresponding values, we obtain:

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

По формуле (1.1) определим величину емкости приведенного конденсатора:By the formula (1.1) we determine the value of the capacitance of the reduced capacitor:

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

Следовательно, погонная емкость при диаметре токопроводящей жилы D=0,4 мм будет близка к величине 0,5 pF/м, а при D=2 мм - 2,7 pF/м.Therefore, the linear capacitance with a diameter of the conductive core D = 0.4 mm will be close to 0.5 pF / m, and with D = 2 mm - 2.7 pF / m.

При неудачном выборе материала диэлектрика каркаса эти параметры ухудшаются. Поэтому величину L можно увеличить (например, на 25%), и она составит 15 мм. Тогда расчетные параметры для жил:With an unsuccessful choice of the material of the dielectric of the frame, these parameters deteriorate. Therefore, the value of L can be increased (for example, by 25%), and it will be 15 mm. Then the calculated parameters for the cores:

Figure 00000002
Figure 00000002

примут следующие значения: для D=0,4 мм погонная емкость будет близка к величине 0,38 pF/м, а при D=2 мм - 2 pF/м.take the following values: for D = 0.4 mm, the linear capacitance will be close to 0.38 pF / m, and at D = 2 mm - 2 pF / m.

Дальнейшее разнесение в пространстве токопроводящих жил ограничивается экономической нецелесообразностью.Further spacing of conductive conductors in space is limited by economic inexpediency.

Таблицы, представленные ниже, наглядно отражают ряд соотношений, полезных при проектировании НКСЛ.The tables below illustrate a number of relationships that are useful in the design of NKSL.

Расчет сопротивления линии производился по формуле:The calculation of the line resistance was carried out according to the formula:

Figure 00000015
Figure 00000015

с соответствующей размерностью: L - в метрах, ρ - ом×мм2/м; S - в мм2.with the corresponding dimension: L - in meters, ρ - ohm × mm 2 / m; S - in mm 2 .

При этом значение ρ для меди взято равным 0,0175 ом×мм2/м.In this case, the ρ value for copper is taken to be 0.0175 ohm × mm 2 / m.

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

Figure 00000019
Figure 00000019

Из таблиц 1, 2 видно, что при большом сечении жилы ее сопротивление падает, а в месте с ним изменяются фильтрующие свойства при работе в условиях локального контура. Однако с уменьшением сечения прутка, составляющего жилу, сопротивление линии возрастает, увеличиваются и фильтрующие возможности на коротких отрезках линии. При этом хочу отметить тот факт, что три последние жилы в таблице №2 весьма пригодны для выполнения сетевой подводки от распределительного щитка до розетки потребителя. Они прекрасно образуют фильтр на длине 10-15 метров.From tables 1, 2 it can be seen that with a large cross section of the core, its resistance decreases, and in the place with it the filtering properties change when working in a local circuit. However, with a decrease in the cross-section of the bar constituting the core, the resistance of the line increases, and the filtering capabilities in short sections of the line also increase. At the same time, I want to note the fact that the last three cores in table No. 2 are very suitable for network wiring from the distribution panel to the consumer outlet. They perfectly form a filter at a length of 10-15 meters.

Таким образом, способом эффективной фильтрации служит точный расчет параметров самой линии.Thus, the method of effective filtering is the exact calculation of the parameters of the line itself.

Оптимизация всех этих параметров не может быть решена в отрыве от экономических и технологических факторов. Вот почему было выбрано семейство проводов МГТФ, изготовление которых давно освоено отечественными производителями. Данные кабели обладают весьма подходящими свойствами, включая свойства диэлектрика, для организации локальных сетевых контуров.Optimization of all these parameters cannot be solved in isolation from economic and technological factors. That is why the MGTF family of wires was chosen, the manufacture of which has long been mastered by domestic manufacturers. These cables have very suitable properties, including dielectric properties, for organizing local network circuits.

Ниже будет описан частный случай выполнения двухпроводной линии. При этом линии с большим количеством токопроводящих проводников выполняются аналогичным образом.Below will be described a special case of a two-wire line. In this case, lines with a large number of conductive conductors are performed in a similar way.

В качестве основного компонента данной разработки применен уже имеющийся образец отечественной кабельной продукции, коим является монтажный провод - монтажный гибкий термостойкий во фторопластовой оболочке (МГТФ) с сечением токопроводящей жилы 0,12 мм2. Речь идет об изменении его целевого назначения и внесении поправок в технологические циклы производства без существенных дополнительных затрат. Имеется в виду укладка проволоки в соответствии с ее физическим началом и концом.As the main component of this development, an existing sample of domestic cable products is used, which is an assembly wire - an assembly flexible heat-resistant in a fluoroplastic sheath (MGTF) with a conductive core cross section of 0.12 mm 2 . We are talking about changing its purpose and amending the technological cycles of production without significant additional costs. This refers to the laying of the wire in accordance with its physical beginning and end.

Ниже приводятся некоторые характеристики семейства проводов МГТФ. Медные монтажные провода служат для выполнения электрических соединений как внутри приборов и аппаратов, так и между ними. Одно из применений монтажных проводов - удлинение выводов термопреобразователей сопротивления для подключения их к измерительным приборам.The following are some characteristics of the MGTF wire family. Copper mounting wires are used to make electrical connections both inside and between devices and apparatuses. One of the applications for mounting wires is to lengthen the terminals of resistance thermal converters to connect them to measuring instruments.

МГТФ - одножильный медный монтажный провод с изоляцией из фторопласта (фиг.3), где позиция 3 - фторопластовая изоляция, позиция 4 - скрученная медная жила. Сечение жилы выбирается из следующего ряда: 0,03, 0,05, 0,07, 0,12, 0,35 мм2. Температура эксплуатации от -40°С до +200°С.MGTF is a single-core copper mounting wire with fluoroplastic insulation (Fig. 3), where position 3 is fluoroplastic insulation, position 4 is twisted copper core. The cross section of the core is selected from the following series: 0.03, 0.05, 0.07, 0.12, 0.35 mm 2 . Operating temperature from -40 ° С to + 200 ° С.

Основные технические характеристикиKey Specifications

Монтажный провод МГТФ рассчитан на номинальное напряжение 250 В переменного тока с частотой до 5 кГц.The MGTF mounting wire is rated for a rated voltage of 250 V AC with a frequency of up to 5 kHz.

Зависимость электрического сопротивления провода МГТФ от сечения жилы проводника приведена в таблице №3.The dependence of the electrical resistance of the MGTF wire on the cross section of the conductor core is given in table No. 3.

Таблица №3Table number 3 Сечение токопроводящей жилы, ммConductor cross section, mm Число и диаметр проволок в токопроводящей жиле, ммThe number and diameter of wires in the conductive core, mm Электрическое сопротивление токопроводящей жилы 1 км провода, Ом, не болееElectrical resistance of a conductive core 1 km of wire, Ohm, no more 0,030,03 7×0,087 × 0.08 569,45569.45 0,050.05 10×0,0810 × 0.08 398,69398.69 0,070,07 14×0,0814 × 0.08 271271 0,120.12 24×0,0824 × 0.08 174,4174.4 0,20.2 19×0,1219 × 0.12 100one hundred 0,350.35 19×0,1519 × 0.15 6060

То что жила образована проволокой сечением 0,08-0,12 мм, во многом определило этот выбор. При таком сечении проводников, составляющих жилу, кабель не может обладать широкой полосой пропускания и сохранять частотновременные параметры сигнала.The fact that the core was formed by a wire cross section of 0.08-0.12 mm, largely determined this choice. With such a cross section of the conductors that make up the core, the cable cannot have a wide passband and save the frequency-time parameters of the signal.

Борьба с ХC может вестись по двум направлениям: во-первых, можно увеличить расстояние между токопроводящими жилами, а во-вторых, по возможности уменьшить приведенную поверхность конденсатора, в данном случае речь идет об оптимизации величины диаметра жилы.The fight against X C can be conducted in two directions: firstly, you can increase the distance between the conductive conductors, and secondly, if possible, reduce the reduced surface of the capacitor, in this case we are talking about optimizing the diameter of the core.

Таким образом, структура НКСЛ выглядит так, как это представлено на фиг.2, где позиция 1 - сечение провода МГТФ, позиция 2 - диэлектрический каркас.Thus, the structure of the NKSL looks like that shown in figure 2, where position 1 is the MGTF wire section, position 2 is the dielectric frame.

Фиксация проводников в пространстве обеспечивается диэлектрическим каркасом. Расстояние L выбирается в зависимости от диаметра жилы и диэлектрических параметров каркаса, косвенно связанных с величиной пропускаемых токов через линию, и величины напряжения локальной сети.Fixation of conductors in space is provided by a dielectric frame. The distance L is selected depending on the diameter of the core and the dielectric parameters of the frame, indirectly related to the magnitude of the transmitted currents through the line, and the voltage of the local network.

Российским инженерам-кабелестроителям такая геометрия знакома. Технология изготовления так называемых ленточных кабелей была освоена в 80-х годах прошлого столетия.Russian cable engineers are familiar with this geometry. The manufacturing technology of the so-called ribbon cables was mastered in the 80s of the last century.

Первые образцы НКСЛ были выполнены мною в 2004 году вручную на основе каркаса, изготовленного из ватмановской чертежной бумаги, и благополучно работают в звуковых системах класса High-End по сей день. Ниже представлена фиг.4, на которой изображена одна из первых моделей. Эта линия названа мной «кабелем с пространственно разнесенной, фиксированной геометрией проводников (Wires fixed in distance - WFD)».The first samples of the NCL were made by me manually in 2004 on the basis of a frame made of Whatman drawing paper, and have been working successfully in high-end sound systems to this day. Below is presented figure 4, which depicts one of the first models. This line is called by me “cable with spatially spaced, fixed geometry of conductors (Wires fixed in distance - WFD)”.

При необходимости расчет L может быть произведен по формуле (1.1) при заданных значениях величины погонной емкости линии. (Расчет L для соединительной линии ведется в системе СГС.)If necessary, the calculation of L can be performed according to the formula (1.1) for given values of the linear capacity of the line. (L calculation for the trunk is carried out in the GHS system.)

Для расчета L - расстояния между токоведущими жилами линии - воспользуемся формулой плоского конденсатора, придав ей следующий вид:To calculate L - the distance between the current-carrying conductors of the line - we use the flat capacitor formula, giving it the following form:

Figure 00000020
Figure 00000020

где S - площадь пластин приведенного конденсатора, d - расстояние между ними (в соответствии с фиг.1 эта величина обозначена как L).where S is the area of the plates of the reduced capacitor, d is the distance between them (in accordance with figure 1, this value is denoted as L).

Диаметр токопроводящей жилы задается исходя из соображений допустимой плотности тока в соответствии с энергоемкостью потребителя. В нашем случае:The diameter of the conductive core is set based on considerations of permissible current density in accordance with the energy consumption of the consumer. In our case:

Figure 00000002
Figure 00000002

Абстрагируемся от свойств диэлектрика, а величину погонной емкости установим в пределах 0,4 pF/м. В первом приближении представим каркас линии, выполненный из идеального диэлектрика, тогда в системе СГС диэлектрическая проницаемость примет следующий вид:We abstract from the properties of the dielectric, and set the value of the linear capacitance within 0.4 pF / m. In a first approximation, we represent a line skeleton made of an ideal dielectric, then in the GHS system the dielectric constant will take the following form:

Figure 00000003
Figure 00000003

Величины отрезковLine sizes

Figure 00000004
Figure 00000004

приat

Figure 00000005
Figure 00000005

иand

Figure 00000006
Figure 00000006

приat

Figure 00000007
Figure 00000007

Расстояние между пластинами АА и ВВ (назовем его действующим - Lдейств) будет определяться следующим выражением:The distance between the plates AA and BB (let's call it valid - L action ) will be determined by the following expression:

Figure 00000021
Figure 00000021

иand

Figure 00000022
Figure 00000022

При этом площадь пластин конденсатора может быть представлена выражением:In this case, the area of the capacitor plates can be represented by the expression:

Figure 00000023
Figure 00000023

где Н - длина соединительной линии (в нашем случае равная 1,85 м).where H is the length of the connecting line (in our case, equal to 1.85 m).

После подстановки соответствующих значений получим:After substituting the corresponding values, we obtain:

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Подставим эти значения в формулу (1.2), получим:Substitute these values in the formula (1.2), we obtain:

Figure 00000024
Figure 00000024

Figure 00000025
Figure 00000025

НКСЛ ПРИМЕНЯЕТСЯNKSL APPLIES

1. В качестве кабеля питания:1. As a power cable:

- аппаратуры наземных стационарных и передвижных радиолокационных комплексов,- equipment of land-based stationary and mobile radar systems,

- оборудования, предназначенного для сбора и обработки телеметрической информации,- equipment intended for the collection and processing of telemetric information,

- гидроакустических приборов,- sonar devices,

- систем хранения точного времени.- accurate time storage systems.

2. В качестве кабеля питания телевизионных приемников и компьютерных мониторов.2. As a power cable for television receivers and computer monitors.

3. В качестве кабеля питания цифровой и измерительной техники.3. As a power cable for digital and measuring equipment.

4. В качестве кабеля питания звукозаписывающей и звуковоспроизводящей техники (бытовая и студийная аппаратура).4. As a power cable for sound recording and reproducing equipment (household and studio equipment).

5. В качестве сетевого кабеля для бытовой техники: холодильников, стиральных машин, посудомоечных машин, нагревательных приборов, кондиционеров, осветительных приборов, зарядных устройств для аккумуляторов, телефонных «баз», зарядных устройств сотовых телефонов, бытовых вентиляторов, кухонных комбайнов, миксеров, кофемолок и прочего электрооборудования.5. As a network cable for household appliances: refrigerators, washing machines, dishwashers, heating devices, air conditioners, lighting devices, battery chargers, telephone "bases", cell phone chargers, household fans, food processors, mixers, coffee grinders and other electrical equipment.

ПРЕИМУЩЕСТВА СОЕДИНИТЕЛЕЙ НКСЛADVANTAGES OF NKSL CONNECTORS

1. Использование НКСЛ для компонентов звукового тракта позволяет получить глубокоэшелонированное и хорошо структурированное пространство сцены при соблюдении абсолютного тонального и тембрального баланса. Достижение подобных результатов невозможно при использовании традиционных сетевых кабелей.1. The use of NKSL for the components of the sound path allows you to get a deeply echeloned and well-structured space of the scene while observing the absolute tonal and timbral balance. Achieving such results is not possible with traditional network cables.

2. Наблюдающиеся изменения качества изображения на экранах телевизионных приемников и на дисплеях компьютерных мониторов можно охарактеризовать следующим образом:2. The observed changes in image quality on the screens of television receivers and on the displays of computer monitors can be described as follows:

- улучшается контрастная глубина изображения. События на переднем плане очень хорошо отделены от событий на заднем плане видеоизображения,- The contrast depth of the image improves. Events in the foreground are very well separated from events in the background of the video image,

- подчеркивается объемность отдельных предметов и изображения в целом,- emphasizes the volume of individual objects and the image as a whole,

- глаз наблюдателя начинает улавливать фактуру материала, из которого изготовлены предметы, попадающие в поле зрения объектива,- the eye of the observer begins to capture the texture of the material from which the objects falling into the field of view of the lens are made,

- заметно улучшается восприятие быстродвижущихся объектов. Появляется возможность лучшего распознавания и идентификации при просмотре спортивных состязаний,- The perception of fast-moving objects improves markedly. There is a possibility of better recognition and identification when watching sports,

- особенно заметно улучшение качества визуальных иллюзий в проекционной технике, когда изображение переносится на большие экраны.- The improvement in the quality of visual illusions in projection technique is especially noticeable when the image is transferred to large screens.

3. Отмечено улучшение формы сложных сигналов, вырабатываемых генераторами измерительной аппаратуры.3. An improvement in the shape of complex signals generated by the generators of measuring equipment was noted.

4. Полагаю, что влияние НКСЛ на быстродействие компьютерных систем целесообразно исследовать в соответствующих лабораториях.4. I believe that the effect of NCLS on the performance of computer systems should be investigated in appropriate laboratories.

5. Снижается нагрузка на зрительный аппарат человека, что является важным фактором при длительной работе оператора персональных компьютеров.5. The load on the human visual apparatus is reduced, which is an important factor in the long-term operation of the personal computer operator.

6. НКСЛ не содержит драгоценных и редкоземельных металлов.6. NKSL does not contain precious and rare earth metals.

7. При длине линии 0,000031λ подавление помех в радиочастотном диапазоне составляет не менее - 5 дБ.7. With a line length of 0.000031λ, interference suppression in the radio frequency range is at least –5 dB.

8. Ток утечки под напряжением 3500 В составляет - 0,12 мА.8. The leakage current under voltage of 3500 V is - 0.12 mA.

9. Сопротивление линии составляет 9 МОм (измерения производились на установке для проверки электрической безопасности - GPI - 745 А).9. The line resistance is 9 megohms (measurements were made at the installation for checking electrical safety - GPI - 745 A).

10. Содержание меди в одной НКСЛ в 7-8 раз меньше, чем то, которое в настоящее время тратится на изготовление изделий аналогичного назначения.10. The copper content in one NKSL is 7-8 times less than that which is currently spent on the manufacture of products for similar purposes.

НКСЛ при минимальных материальных затратах обеспечивает эффективную фильтрацию в обоих направлениях (от сети к аппарату и от аппарата в сторону сети).NKSL with minimal material costs provides effective filtering in both directions (from network to device and from device to network side).

Частным существенным признаком НКСЛ является: плоская геометрия с широко разнесенными в пространстве токопроводящими жилами.A private significant feature of the NKSL is: flat geometry with widely spaced conductive conductors.

Claims (1)

Пассивный широкополосный электродинамический фильтр, предназначенный для подключения электротехнического и радиотехнического оборудования в локальных сетевых контурах, выполненный в виде соединительной линии, состоящей из, по меньшей мере, двух многопроволочных проводников, изготовленных с учетом анизотропных свойств металла за счет совмещения физического начала составляющей их проволоки, при этом диаметр d проволоки находится в интервале:
0,03≤d≤0,1 мм, a
количество п проволок выбрано из:
15≤п≤610,
причем длина Н соединительной линии выбрана из интервала:
Н<<λ,
где λ - длина волны,
и выполненной с пространственно разнесенной фиксированной геометрией за счет заключения проводников в общую диэлектрическую оболочку, расстояние между которыми рассчитывается исходя из минимизации погонной емкости Спогон., при этом Спогон. соединительной линии находится в интервале:
Спогон.≤2,7 pF/м.
A passive wide-band electrodynamic filter designed to connect electrical and radio equipment in local network circuits, made in the form of a connecting line consisting of at least two multi-wire conductors made taking into account the anisotropic properties of the metal by combining the physical principle of the component of their wire, with this diameter d of the wire is in the range:
0.03≤d≤0.1 mm, a
the number of n wires selected from:
15≤p≤610,
moreover, the length H of the connecting line is selected from the interval:
H << λ,
where λ is the wavelength
and performed with spatially spaced fixed geometry by enclosing conductors in a common dielectric sheath, the distance between which is calculated on the basis of minimizing the running capacitance C shoulder straps. , while C shoulder strap. the connecting line is in the range:
With shoulder straps. ≤2.7 pF / m.
RU2007147843/09A 2007-12-25 2007-12-25 Passive wideband electrodynamic filter RU2369946C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007147843/09A RU2369946C1 (en) 2007-12-25 2007-12-25 Passive wideband electrodynamic filter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007147843/09A RU2369946C1 (en) 2007-12-25 2007-12-25 Passive wideband electrodynamic filter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007147843A RU2007147843A (en) 2009-06-27
RU2369946C1 true RU2369946C1 (en) 2009-10-10

Family

ID=41026753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007147843/09A RU2369946C1 (en) 2007-12-25 2007-12-25 Passive wideband electrodynamic filter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2369946C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Инженерно-технический справочник по электросвязи. Кабельные и воздушные линии связи. - М.: Связь, 1964, с.45-52. БЕЛОРУССОВ Н.И. и др. Электрические кабели, провода и шнуры, Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1987, с.295, 395-399. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007147843A (en) 2009-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9793953B2 (en) Smart appliances
US20110109301A1 (en) Device And Method For Measuring Current And Power In A Plug Or Receptacle
US6614326B2 (en) Power-line coupler having a circuit breaker form or a panelboard employing the same
CN106787678A (en) A kind of EMC connectors and electric machine controller
RU2369946C1 (en) Passive wideband electrodynamic filter
JP2003244039A (en) Switchboard and wired communication network system using the switchboard
CN202737264U (en) Anti-electromagnetic-interference socket
US20170169917A1 (en) Method and device for avoiding harmonic waves
CN205301503U (en) One -tenth dish cable partial discharge detection device
JP2006191351A (en) Terminating circuit, terminating device, outlet and arrangement method of terminating circuit
CN202332356U (en) Intorsion-resisting soft foaming type audio cable
US6642806B1 (en) High frequency suppression device
CN110636234B (en) Audio-visual power processor and audio-visual playing system
CN104241974B (en) signal isolator device
CN109148110A (en) A kind of reduction AC resistance FPC structure
RU221830U1 (en) NETWORK INTERFERENCE FILTERING DEVICE WITH SHIELDED CABLE
CN203136076U (en) Voltage shielding isolation circuit for multimedia equipment mainboard
CN1556590A (en) Channel optimization device for power line high speed dada communication system
Jaekel Challenges in the EMC standardization of wireless power transfer systems
CN101345841A (en) AC electric power component isolator of cable television
JP2007043649A (en) Power line carrier communication system
Mohanachandran et al. SIMULATION OF NARROWBAND POWER LINE CARRIER COMMUNICATION FOR SMART GRID APPLICATIONS.
Larsson et al. Some consequences for the power grid of high densities of electronic equipment
CN204013209U (en) A kind of compressor of air conditioner electromagnetic interference suppression circuit and air conditioner
KR20030056552A (en) Blocking filter used for power line communication and filtering system using the same

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171226