Nghiên cứu giải pháp chống nhiễu điện từ trong công nghiệp

LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, việc sử dụng thiết bị điện, điện tử ngày nhiều, vấn đề giao thoa sóng điện từ ngày nhiều phức tạp, để thiết bị hoạt động cách an toàn việc tìm giải pháp giảm thiểu ảnh hưởng sóng điện từ đến thiết bị quan trọng Đề tài “Nghiên cứu giải pháp chống nhiễu điện từ công nghiệp” mong muốn đưa nghiên cứu nhiễu, giải pháp chống nhiễu điện từ cho thiết bị điện công nghiệp cần thiết Cơ sở khoa học tính thực tiễn đề tài: - Cơ sở khoa học: Đề tài tìm hiểu nguồn gây nhiễu đến thiết bị điện, điện tử, đặc tính nhiễu theo tần số, phương pháp chống nhiễu Đồng thời, tìm hiểu phần vẽ đồ thị excel để vẽ đặc tính hệ số bảo vệ sóng điện từ cho cấu trúc định trước Nghiên cứu việc giao thoa sóng điện từ với vật liệu theo tần số cho trước - Tính thực tiễn: Đưa giải pháp chống nhiễu điện từ cho thiết bị điện điện tử hoạt động môi trường công nghiệp Giải pháp ứng dụng hợp chuẩn chống nhiễu với hệ số lớn 40dB (cho ứng dụng công nghiệp) lớn 80dB (cho ứng dụng quốc phòng) Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu nguồn gây nhiễu theo dải tần khác nhau, phương pháp bảo vệ nhiễu có sử dụng phần vẽ đồ thị excel vẽ đặc tính bảo vệ nhiễu cấu trúc lựa chọn tần số Phương pháp nghiên cứu: - Về lý thuyết: Nghiên cứu nguồn gây nhiễu đến thiết bị điện, điện tử, phương pháp bảo vệ nhiễu tìm hiểu cách vẽ đồ thị excel - Về thực nghiệm: Mô bảo vệ nhiễu cấu trúc lựa chọn tần số, cấu trúc khác 1 Nội dung nghiên cứu: Chương 1: Tổng quan nhiễu phương pháp chống nhiễu điện từ Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán hệ số bảo vệ sóng điện từ Chương 3: Gới thiệu cách vẽ đồ thị Excel Chương 4: Một vài kết đạt thảo luận Kết luận chung 2 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NHIỄU VÀ PHƯƠNG PHÁP CHỐNG NHIỄU ĐIỆN TỪ 1.1 Các nguồn gây nhiễu đến thiết bị điện, điện tử 1.1.1 Trao đổi việc giao thoa sóng điện từ (EMI) thiết bị điện, điện tử Giao thoa khái niệm vật lý chồng chập hai nhiều sóng mà tạo hình ảnh sóng Giao thoa đặc tính tiêu biểu tính chất sóng Giao thoa thông thường liên quan đến tương tác sóng mà có tương quan kết hợp với chúng tạo từ nguồn chúng có tần số tần số gần Hình 1.1 Hiện tượng giao thoa sóng đến từ hai điểm Sự giao thoa sóng thực chất tuân theo nguyên lý chồng chập sóng mà cộng gộp dao động Tại điểm không gian nơi có gặp sóng, dao động môi trường dao động tổng hợp dao động thành phần từ sóng tới riêng biệt, mà nói theo ngôn ngữ vật lý sóng tổng véctơ sóng Nhờ tổng cộng dao động mà không gian tạo 3 điểm có dao động tăng cường (khi sóng thành phần đồng pha) bị dập tắt (khi sóng thành phần có pha ngược nhau) tùy thuộc vào tương quan pha sóng Điều tạo hình ảnh giao thoa khác với hình ảnh sóng thành phần, tạo tập hợp điểm có giao thoa tăng cường dập tắt Hình ảnh hình ảnh ổn định sóng thành phần sóng kết hợp Trong trường hợp sóng kết hợp, hình ảnh giao thoa ổn định phụ thuộc vào độ lệch pha sóng (phụ thuộc vào khác biệt đường truyền tính chất môi trường truyền sóng) - mô tả nguyên lý Huyghen 1.1.2 Hoạt động thiết bị điện, điện tử sinh sóng điện từ 1.1.2.1 Thiết bị đóng cắt chuyển mạch Bản thân thiết bị đóng cắt gây nhiễu thiết bị vô tuyến gần gây nhiễu lưới điện trình đóng ngắt Nguyên nhân trì hồ quang điện hai tiếp điểm Tuy nhiên, vấn đề trở lên nghiêm trọng tiếp xúc không hoàn hảo hai tiếp đểm Dòng điện qua tiếp điểm tăng, giảm theo mức độ tiếp xúc phóng điện Qúa trình gây nhiễu điện từ Thiết bị đóng cắt thường dùng để bảo vệ đóng cắt thiết bị khác Qúa trình đóng ngắt gây số tác hại Tuy nhiên, sử dụng với tải có tính chất khác ảnh hưởng đến chất lượng điện khác Nếu sử dụng với thiết bị mang tính trở cao công suất lớn, dòng điện tăng vọt lên cao, kết méo dạng sóng sin với biên độ lớn Còn sử dụng với thiết bị mang tính dung, trình đóng điện có nhiều nguy hiểm nạp tụ có dòng qua lớn Tác dụng gây sụt áp tức thời thời điểm chuyển mạch Bản thân tụ điện tích trữ lượng, nên trình đóng điện diễn vào thời điểm này, điện áp xảy Tải cảm tải phổ biến mạng điện hạ áp Sự đóng cắt gây dòng điện lớn Tuy nhiên, lại tạo 4 điện áp tức thời lớn Vấn đề tạo điện áp hệ thống điện biến dạng sóng sin điện áp Các thiết bị sử dụng nguồn xung thường có tính dung có hồ quang lớn đóng điện Ngược lại, hồ quang điện thiết bị mang tính cảm Tuy nhiên, bắt đầu hoạt động ảnh hưởng dễ dàng thấy như: làm nháy đèn, nhiễu máy thu thanh, máy thu hình,… Hồ quang điện phát sinh trình ngắt điện vấn đề cần phải xem xét Thông thường, tải trở tải dung có khả trì hồ quang Trong đó, tải cảm làm cho vấn đề hồ quang trở nên nghiêm trọng Sự trả lượng nguồn ngắt mạch tạo dòng điện lớn dòng điện ban đầu, làm tăng cường hồ quang hai tiếp điểm Đây trường hợp nguy hiểm cần hạn chế Thông thường, tải cảm người ta mắc thêm điện trở tụ điện van phóng điện song song với tải Điều tạo mạch vòng để xả lượng từ trường Tác hại hồ quang trình ngắt mạch chất lượng điện giống trình đóng mạch Tuy nhiên, trình làm tăng điện áp tức thời lưới 1.1.2.2 Thiết bị chuyển điện thành động Thiết bị có đặc điểm riêng sử dụng động điện Các loại động phong phú như: động không đồng bộ, động đồng bộ, động điện chiều, động vạn năng, … Dẫn đến nguồn điện sử dụng đa dạng Thiết bị sử dụng điện ba pha thường có hiệu suất cao thiết bị sử dụng pha Đặc tính làm việc của thiết bị ba pha ít bị ảnh hưởng đến nguồn điện, thiết bị pha thường thiết kế cân bằng về tải Thiết bị pha lại có sự thay đổi về cấu trúc để có thể hoạt động được với điện áp pha Do đó, thường hiệu suất làm việc không cao và sinh sóng hài ảnh hưởng đến nguồn điện và các thiết bị sử dụng điện khác Đặc tính chung của thiết bị chuyển đổi điện thành là có dòng điện khởi động lớn và moment khởi động lớn Động không đồng bộ 5 có dòng điện khởi động từ đến lần dòng điện làm việc định mức của nó Điều này thường gây quá tải cho đường dây truyền tải, làm sụt giảm điện áp tức thời thời gian thiết bị khởi động Thiết bị bị ảnh hưởng đầu tiên đối với tác động của sụt áp quá trình khởi động, lúc hoạt động quá tải của động là đèn Trong thời gian này, các loại đèn phóng điện thường bị chớp Các thiết bị điện tử sử dụng kỹ thuật số thường cũng bị ảnh hưởng khởi động lại, treo không sử dụng nguồn auto Các động không đồng bộ có công suất lớn, quá trình khởi động người ta sẽ sử dụng các giải pháp khác để hạn chế dòng khởi động tam giác, cuộn kháng, biến áp tự ngẫu Quá trình sụt áp sẽ được hạn chế bằng cách sử dụng tụ bù Song song đó, tiết diện dây dẫn và công suất nguồn phát cũng được tăng lên cho phù hợp Đối với loại động vạn năng, cần đặc tính khởi động lớn nên được thiết kế có sử dụng chổi than Trong quá trình hoạt động, sự tiếp xúc của chổi than và cổ góp phát sinh tia lửa điện Với tốc độ chuyển mạch lớn và dòng qua chổi than không nhỏ, tại đây, phát sinh sóng điện từ Sóng điện từ này không chỉ lan truyền theo đường nguồn mà còn lan truyền qua không khí Do đó, thiết bị này hoạt động, nó gây nhiễu đối với các thiết bị vô tuyến Mặt khác, dòng qua thiết bi không được liên tục, dạng sóng sin của dòng điện thường bị méo dạng so với dạng sóng sin chuẩn Đối với động sử dụng điện một chiều, về bản chất, điện xoay chiều qua các thiết bị chỉnh lưu mà chủ yếu là diode để chuyển thành điện một chiều Thiết bị bán dẫn thường bị giới hạn ở ngưỡng đóng/ngắt Do đó, quá trình chỉnh lưu, dòng điện thường không liên tục chuyển từ nửa chu kỳ âm sang nửa chu kỳ dương và ngược lại Điều này tạo một nhiễu có chu kỳ sóng hình sin Do sử dụng chổi than cổ góp, đó, nó cũng gây sự nhiễu sóng điện từ cho các thiết bị khác Loại không sử dụng chổi than mà sử dụng thiết bị chuyển mạch điện tử cũng gây nhiễu điện từ bản thân 6 nó phải tạo các xung điều khiển Vận tốc của động thường cao nên tần số xung cũng rất cao Năng lượng cung cấp cho động lớn nên dòng điện cung cấp cho động lớn Điều này tạo tần số xung lượng lớn, kết quả nhiễu cao tần càng tăng cao, gây biến dạng sóng sin, phát sóng điện từ bên ngoài và dẫn đến nhiễu loạn các thiết bị khác mà đặc biệt ở các thiết bị vô tuyến viễn thông 1.1.2.3 Biến tần Điều khiển động có nhiều giải pháp khác Trong đó, biến tần được sử dụng khá phổ biến Tuy nhiên, biến tần hoạt động theo nguyên tắc chuyển mạch nhanh của các van điện tử Tốc độ chuyển mạch của nó phụ thuộc vào tần số ngõ mong muốn và cầu trúc của bộ chuyển mạch Tùy theo mục đích sử dụng khác mà có thể sử dụng biến tần trực tiếp hoặc biến tần gián tiếp Tuy nhiên, cả hai loại đều tạo một sự méo dạng sóng sin sự đóng ngắt dòng điện và sự dóng ngắt này không sử dụng tiếp điểm nên khả phát nhiễu điện từ cho các thiết bị vô tuyến xung quanh rất thấp Trong quá trình hoạt động của biến tần vẫn cần phải có xung tần số cao để điều khiển Do đó, xung này sẽ xâm nhập vào đường nguồn gây nhiễu các thiết bị khác Thông thường, để hạn chế những tác hại của biến tần, người ta sẽ mắc thêm cuộn cảm nối tiếp vào thiết bị để có thể san lấp sự không liên tục và giảm sự méo dạng của dòng điện Đối với thành phần cao tần, một mạch lọc có tổng trở cao tần lớn được thêm vào để ngăn không cho sóng cao tần xâm nhập ngược vào đường nguồn 1.1.2.4 Thiết bị điện tử Ngày nay, thiết bị điện tử chiếm tỷ lệ sử dụng khá cao Do tính phổ biến của nó mà ngành điện lực cũng các nhà sản xuất phải tìm cách giải quyết các ảnh hưởng của nó lên mạng điện và các thiết bị xung quanh Thiết bị điện tử là các thiết bị có sử dụng các linh kiện bán dẫn Nguồn điện cấp cho các thiết bị này là điện xoay chiều Tuy nhiên, sử dụng linh kiện bán dẫn, 7 hầu hết các thiết bị này đều sử dụng các mạch chỉnh lưu để chuyển thành điện một chiều Loại thiết bị này được sử dụng chủ yếu cho việc điều khiển tự động, hỗ trợ người và giải trí Đánh giá tác động của thiết bị điện tử đến chất lượng điện có thể phân tích ở mặt sóng hài Sóng điện áp hoặc dòng điện có dạng hình sin Tuy nhiên, quá trình truyền tải từ nguồn đến nơi tiêu thụ thường bị ảnh hưởng của nhiều yếu tố tác động Kết quả là dạng sóng không còn hình sin Quá trình phân tích dạng sóng này cho thấy, ngoài sóng hình sin ban đầu, còn gọi là sóng bản, nó còn có các thành phần sóng sin khác có biên độ và tần số khác sóng bản Những thành phần này được gọi là sóng hài * Máy thu thanh: Về nguyên tắc hoạt đông, máy thu nhận sóng điện từ của máy phát thông qua antenna Tín hiệu này có tần số cao và cường độ rất nhỏ Nó được chọn lọc, khuếch đại, đổi tần và tách sóng để tạo thành tín hiệu âm tần Tín hiệu âm tần được khuếch đại đến mức có thể kích thích dao động ở loa và phát âm Máy thu hoạt động vùng tần số cao và trải dài cho đến miền tần số âm tần Do đó nó dễ dàng bị nhiễu đối với các tín hiệu điện từ phía bên ngoài nằm vùng hoạt động của nó Ví dụ, sét tạo một sóng điện từ với cường độ lớn, nó dễ dàng xâm nhập vào máy thu thông qua quá trình cảm ứng của các linh kiện, đường dây mặc dù có sự chọn lọc tần số Đối với đường nguồn, hệ thống điện tồn tại nhiều sóng hài bậc cao, những sóng này cũng xâm nhập vào hệ thống máy thu và gây nhiễu ở tín hiệu âm phát ở loa Tuy nhiên, thiết bị này cũng có ảnh hưởng ngược lại đối với hệ thống điện và gây sụt giảm chất lượng điện Đó là các dao động cao tần có máy thu Hiện nay, để nâng cao khả chọn lọc, hầu hết các máy thu đều sử dụng phương pháp thu đổi tầng Điều này yêu cầu phải cần có một mạch dao động nội Mạch dao động nội này hoạt động ở tần số cao Chính dao động này tạo sóng hài phát ngược vào lưới Song song đó, nó còn tạo sóng điện từ 8 phát môi trường xung quanh và gây nhiễu các thiết bị vô tuyến khác Với sự phát triển không ngừng của kỹ thuật, các máy thu hiện còn được kỹ thuật số hóa với việc điều khiển bằng nút nhấn, điều khiển từ xa Trong quá trình thực hiện các chức điều khiển đó, bản thân nó phải tạo một hoặc nhiều xung điều khiển Để đáp ứng nhanh các tác vụ điều khiển, xung điều khiển phải hoạt động ở tần số cao Do đó, nó cũng tạo điều kiện cho việc gây nhiễu sóng điện từ đường nguồn và không gian xung quanh nó Sự cải tiến công nghệ đã cho đời nhiều linh kiện điện tử với công suất lớn, thiết bị âm nói chung và máy thu nói riêng hiện đã áp dụng công nghệ này Sự phát âm với công suất lớn đã yêu cầu phải cần nhiều điện Tuy nhiên, tín hiệu âm không phải có cường độ không đổi mà tăng giảm liên tục Do đó, dòng điện cũng tăng giảm liên tục Nếu công suất của nguồn không đáp ứng đủ nhu cầu điện năng, sự dao động điện áp không theo chu kỳ sẽ xảy Để có thể giảm được nhiễu loạn phát sinh quá trình hoạt động của máy thu thông thường, người ta sẽ bao phủ toàn bộ phần cao tần của máy thu bằng kim loại Điều này sẽ ngăn không cho sóng điện từ phát môi trường xung quanh Một mạch lọc cao tần LC, RC được đặt nối tiếp với nguồn điện dùng để chặn sóng cao tần lan truyền vào lưới Song song đó, các nhiễu loạn bậc cao cũng không thể xâm nhập vào thiết bị Đối với việc dao động điện áp, thông thường một tụ điện có dung lượng lớn được mắc song song với mạch điện Tụ điện này có vai trò tích điện điện áp dư thừa và bù thêm điện nhu cầu điện tăng lên * Máy thu hình: Về bản chất, máy thu hình là thiết bị nhận và xử lý thông tin từ máy phát thông qua sóng điện từ Máy thu hình hiện khá đa dạng và phong phú Sự áp dụng các công nghệ hiện đại đã làm cho máy thu hình có nhiều chức Tuy nhiên, chế nhận và xử lý tín hiệu sóng điện từ thì ít có thay đổi Tín hiệu điện từ được máy thu hình nhận thông qua 9 antenna Bộ phận turner có tác dụng chọn lựa đài phát trước tín hiệu vào mạch khuếch đại Sau đó, tín hiệu được đưa vào mạch tách sóng Tại đây, tín hiệu hình và âm được tách khỏi tín hiệu chung Tín hiệu hình được đưa vào mạch điều chế trước xuất màn hình Tín hiệu âm được đưa vào mạch khuếch đại âm tần và xuất loa Phần lớn các ảnh hưởng của máy thu hình đối với chất lượng điện là nhiễu cao tần Nguyên tắc bản của nó vẫn giống máy thu Tuy nhiên, cần phải chú ý rằng, phần điều chế và tạo hình của máy thu hình tiêu tốn rất nhiều lượng Đối với màn hình CRT, lượng để bức phá electron là rất lớn và cần điện thế cao Do đó, nó cần phải có mạch tăng áp Cơ chế làm việc mạch tăng áp là sử dụng máy biến áp tăng áp với tần số dao động khá cao Bộ phận lái electron sử dụng từ trường và điện trường Do đó, xung quanh màn hình CRT nói chung đều có từ trường và điện trường lớn Từ trường và điện trường này có cường độ thay đổi theo tín hiệu hình Do đó, nó dễ dàng xâm nhập vào các thiết bị vô tuyến khác nhất là thiết bị hoạt động ở tần số thấp và trung Đối với các màn hình LCD, điện tiêu thụ giảm đáng kể không cần lượng để bức electron Tuy nhiên, cần phải có xung đóng ngắt liên tục để làm tắt sáng từng điểm ảnh Công nghệ càng phát triển, yêu cầu tốc độ quét phải nhanh, đó, tần số xung ngày càng cao và gây nhiễu điện từ Tần số hoạt động của máy thu hình nói chung cao máy thu Do đó, để tránh cao tần xâm nhập hoặc truyền vào lưới thông qua đường nguồn, người ta sử dụng cuộn kháng cao tần để chặn 1.1.3 Sóng điện từ dải tần rộng Dải tần số quốc tế ấn định từ 1GHZ đến 52GHz khoảng mà suy giảm gây hấp thụ tầng khí mức độ chấp nhận Trong dải tần này, số tần số hay sử dụng lại xếp theo băng tần có tên băng L, S, C, X, Ku, K, Ka Đây 10 10 Nhắp Finish Vẽ biểu đồ Sheet riêng: Chọn vùng liệu cần vẽ biểu đồ (có thể chọn tiêu đề đầu hàng đầu cột) Vào Insert/chọn Chart/chọn As New Sheet Các bước lại tương tự vẽ biểu đồ Sheet liệu 3.4.3 Tu sửa biểu đồ Di chuyển biểu đồ: Trỏ chuột vào vùng biểu đồ vầ kéo chuột tới vị trí cần thiết Thay đổi kích thước biểu đồ: Nhắp chuột biểu đồ, xung quanh khung biểu đồ xuất chấm đen Trỏ chuột vào chấm đen kéo chuột tới vị trí cần thiết Tô màu biểu đồ: Nhắp đúp chuột vùng biểu đồ để đưa biểu đồ vào cửa sổ riêng Nhắp đúp chuột đối tượng cần tô màu chọn mầu cần thiết Xoá biểu đồ: Nhắp chuột biểu đồ cần xoá Bấm phím Delete bàn phím 57 57 KẾT LUẬN CHƯƠNG - Nghiên cứu cách vẽ đồ thị Excel sau tính toán số liệu, chọn vùng liệu, cho phép mô đồ thị theo hàng (Rows) hay cột (Columns) - Cho phép chọn đường lưới giúp đọc so sánh điểm liệu mô - Cho phép giải để biết đường thể mục liệu đồ thị - Đối với số đối tượng văn đồ thị, tiêu đề, dóng chúng nằm ngang hay thẳng đứng hay xoay Với số đối tượng văn khác nhãn trục, bạn thay đổi định hướng - Từ ứng dụng mô Excel giúp cho việc mô đường đặc tính theo quan hệ hệ số bảo vệ tần số, hệ số bảo vệ độ dẫn điện, hệ số bảo vệ chiều dày kim loại dùng làm chắn Từ đó, tìm giải pháp tối ưu cho việc bảo vệ nhiễu dải tần dùng công nghiệp quốc phòng 58 58 CHƯƠNG MỘT VÀI KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ THẢO LUẬN 4.1 Nghiên cứu bảo vệ nhiễu điện từ dùng kim loại đồng có độ dày nhỏ nhiều chiều dày thẩm từ dải tần số ứng dụng cho công nghiệp quốc phòng Dải tần dùng công nghiệp quốc phòng từ 100MHz tới 10GHz Ta thiết kế bảo vệ kim loại đồng có độ dày d = 10µm , độ dẫn điện σ = 58.10 S / m Đối với tần số thấp nhiều tần số cắt (tại d = δ ) ωc = 2 = = 274,54GHz σµ d 58.10 4π 10 −7 (10.10 −6 ) Trường hợp chắn kim loại mỏng (d  δ ) (δ = = µ 0ωσ = 4π 10 2πf 58.10 −7 = 0,0000209m) 4.3,14.10 2.3,14.10000000.58.10 −7 trở nên độc lập tần số:  Z σd  SE = 20 log1 +    Bằng vẽ đồ thị Excel ta thu đường đặc tuyến sau: Hình 4.1 Đặc tính hệ số bảo vệ tần số độ dày nhỏ nhiều chiều dày thẩm từ 59 59 Khi tần số nhỏ 274,54GHz ta có SE = 100dB SE = 20 ln( ET ) = 100( dB ) EI ET = = 0,0065 Hay EI e Trong đó: ET cường độ sóng điện từ truyền qua EI cường độ sóng điện từ tới Như vậy, sóng điện từ nằm dải tần nhỏ 274,54GHz truyền qua chắn đồng dày d = 10 µm cường độ sóng bị suy giảm 99,35% • Gỉa sử cho f , d cố định, σ thay đổi: Cho: f = 274,54GHz, d = 10µm Độ dẫn điện số vật liệu: - Bạc: 62 · 106 S/m - Đồng: 58 · 106 S/m - Vàng: 45,2 · 106 S/m - Nhôm: 37,7 · 106 S/m - Thiếc: 15,5 · 106 S/m - Sắt: 9,93 · 106 S/m - Crôm: 7,74 · 106 S/m Bảng 4.1 Hệ số bảo vệ theo độ dẫn điện với chiều dày 10µm Vật liệu σ x106 (S/m) SE (dB) Bạc 62 101.35 Đồng 58 100.77 Vàng 45.2 98.61 Nhôm 37.7 97.03 Thiếc 15.5 89.31 Sắt 9.93 85.45 Crôm 7.74 83.28 Vẽ đồ thị Excel ta thu đường đặc tính hệ số bảo vệ theo độ dẫn điện sau: 60 60 Hình 4.2 Đặc tính hệ số bảo vệ theo độ dẫn điện Với đường đặc tính này, nhận thấy hệ số bảo vệ sóng điện từ tăng theo hàm số mũ độ dẫn Căn vào hoàn toàn chọn vật liệu bảo vệ theo yêu cầu bảo vệ Như vậy, độ dẫn điện ( σ )của vật liệu lớn hệ số bảo vệ (SE ) cao ngược lại Điều giúp cho việc lựa chọn kim loại phù hợp để làm chắn • Giả sử cho f , σ cố định, d thay đổi: Cho: f = 274,54GHz ; σ = 58.10 S / m ; d = 1µm,10µm,50 µm,100,1000 µm Bảng 4.2 Bảng giá trị hệ số bảo vệ đồng theo chiều dày đồng d (μm) σx106(S/m) SE (dB) 58 80.78 10 100.77 50 114.75 100 120.77 1000 140.77 Vẽ đồ thị Excel ta thu đường đặc tính hệ số bảo vệ đồng theo chiều dày đồng sau: 61 61 Hình 4.3 Đặc tính hệ số bảo vệ đồng theo chiều dày đồng Qua đường đặc tính này, thấy chiều dày tăng lên, hệ số bảo vệ sóng điện từ tăng lên, nhiên chiều dày lớn chiều dày thẩm từ trình tăng chiều dày không nhiều ý nghĩa Căn vào để lựa chọn chiều dày hợp lý cho trình bảo vệ (Tính kinh tế cao) Như vậy, độ dày lớn ( d ) hệ số bảo vệ (SE ) cao ngược lại Điều giúp tính độ dày phù hợp cho chắn, tiết kiệm vật liệu, trọng lượng, tiết kiệm giá thành Qua mô trên, ta thấy với dải tần số công nghiệp quốc phòng từ 100MHz tới 10GHz đồng có độ dày d = 10µm , độ dẫn điện σ = 58.10 S / m , hệ số bảo vệ SE = 100dB chặn 99,35% sóng điện từ truyền qua 62 62 4.2 Nghiên cứu bảo vệ nhiễu điện từ dùng kim loại đồng có độ dày lớn nhiều chiều dày thẩm từ dải tần số ứng dụng cho công nghiệp quốc phòng Như biết, chiều dày thẩm từ tính theo công thức: δ= µ 0ωσ Giả sử nghiên cứu vật liệu đồng, tần số MHz, theo công thức tính chiều dày thẩm từ là: δ= = 75µm µ 0ωσ Trong trường hợp độ dày lớn chiều dày thẩm từ, khảo sát đường đặc tính hệ số bảo vệ theo tần số vật liệu để hiểu đặc tính bảo vệ  σ  d  + 20 log( e ) SE = 10 log δ  16ωε  Bảng 4.3 Bảng giá trị hệ số bảo vệ đồng theo tần số chiều dày thẩm từ F (MHz) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 63 Độ dày thẩm từ (m) -5 6,72552.10 3,00775.10-5 2,1268.10-5 1,73652.10-5 1,50387.10-5 1,3451.10-5 1,22791.10-5 1,13682.10-5 1,0634.10-5 1,00258.10-5 9,51133.10-6 9,06869.10-6 8,68261.10-6 63 SE (dB) 1,62.102 2,34.102 2,91.102 3,35.102 3,72.102 4,05.102 4,35.102 4,62.102 4,88.102 5,12.102 5,35.102 5,56.102 5,77.102 65 70 75 80 85 90 95 100 8,34199.10-6 8,03854.10-6 7,76597.10-6 7,51936.10-6 7,29485.10-6 7,08932.10-6 6,90024.10-6 6,72552.10-6 5,97.102 6,16.102 6,35.102 6,53.102 6,70.102 6,87.102 7,03.102 7,19.102 Hình 4.4 Chiều dày thẩm từ đồng theo tần số Hình 4.4 trình bày độ dày thẩm từ đồng theo tần số, thấy rằng, tần số tăng chiều dày thẩm từ nhỏ Căn vào để chọn vật liệu có độ dày thích hợp việc bảo vệ sóng điện từ nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ mà đảm bảo tính kinh tế vật liệu Hình 4.5 Hệ số bảo vệ theo tần số đồng trường hợp chiều dày 500μm lớn nhiều chiều dày thẩm từ Đối với trường hợp hệ số bảo vệ nhiễu điện từ lớn nhiều so với hệ số bảo vệ công nghiệp (SE>40dB) quốc phòng (SE>80dB) Như vậy, dải tần số lớn tần số cắt ta sử dụng trường hợp 64 64 KẾT LUẬN CHƯƠNG - Trong dải tần số dùng công nghiệp quốc phòng (100MHz đến 10GHz) sử dụng chắn kim loại đồng có độ dày d = 10µm, độ dẫn điện σ=58.106 (S/m) hợp lý - Chọn kim loại có độ dày, độ dẫn điện hợp lý cho dải tần số cần bảo vệ, nhằm giảm khối lượng, giá thành chắn nhiễu điện từ - Đối với trường hợp dải tần số lớn tần số cắt ta chọn chắn kim loại theo mục 4.2 65 65 KẾT LUẬN CHUNG Sau nghiên cứu luận văn rút số kết bước đầu ưu điểm việc lựa chọn kim loại có độ dẫn, độ dày phù hợp với dải tần số điện từ cần bảo vệ Từ đó, tính chọn vật liệu, độ dày phù hợp nhằm giảm bớt chi phí, trọng lượng chắn, giữ bảo vệ nhiễu điện từ cách tối ưu Đồng thời, giúp cho việc tính toán thiết kế chắn dải tần số điện từ khác Tuy kết nghiên cứu đề tài mang tính định tính Do điều kiện sở vật chất phòng thí nghiệm Việt Nam chưa thực phép đo cường độ sóng điện từ trước sau chắn nên việc tiến hành thí nghiệm gặp nhiều hạn chế Với kết bước đầu luận văn này, thời gian tới tác giả tiếp tục tiến hành nghiên cứu phát triển đề tài theo hướng sau: - Bảo vệ sóng điện từ vật liệu che chắn nhiều lớp, phát huy hiệu che chắn nhiễu điện từ cách tối ưu - Ứng dụng phương pháp bảo vệ nhiễu điện từ vào thực tế Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 66 [1] Phan Anh, “Trường điện từ truyền sóng”, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật [2] PGS.TS Nguyễn Văn Vượng, “Sự lan truyền sóng ứng suất vật thể”, Nhà xuất Bách Khoa – Hà Nội [3] C C Chen (1971), Diffraction of Electromagnetic Waves by a Conducting Screen Perforated Peri- odically with Circular Holes, IEEE Trans Microwave Theory Tech., MTT-19, 475-481 [4] E.A Parker and S.M.A Hamdy (1991), Rings as elements for frequency selective surfaces Electronics Letters, vol 17, no 17, pp 612-614 [5] J A Reed (2007), FSS with Multiple Periodic Element, Master’s Thesis, The University of Texas at Dallas [6] S.K Dhawan, M.N Kamalasannan and S.S Bawa, “Shielding of electromanetic interference using conducting polymer composite”, Polymeric and Physical Laboratory New Delhi – 110 012, InDia [7] Krishna Naishadham, “Sielding Effectiveness of Conductive Polymers”, IEEE Transactions on electromagnetic Compatibility, Vol 34, No 1, February 1992 [8] Nick F Colaneri and Lawrence W Shacklette, “EMI Shielding Measurements of Conductive Polymer Blends”, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol 41, No 2, April 1992 [9] http://vi.wikipedia.org/wiki/T%E1%BA%ADp_tin:Two_sources_interferense.gif [10] http://www.microsoft.com/vietnam/products/office/training/graph.aspx [11]http://www.giaiphapexcel.com/forum/s ead.php?t=6654 [12]http://www.giaiphapexcel.com/forum/showthread.php?t=4762 67 67 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tôi xin cam đoan thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày tháng năm 2011 Tác giả luận văn Đặng Gia Dũng 68 68 LỜI CẢM ƠN Trước hết, tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn khoa học TS Hoàng Ngọc Nhân tận tình hướng dẫn, nghiêm khắc bảo suốt trình làm luận văn, định hướng giải vấn đề khoa học cho luận văn Đồng thời chỉnh sửa cấu trúc luận văn, để luận văn hoàn thành thời hạn Tác giả xin cảm ơn trường ĐH Nông Nghiệp Hà Nội, Viện Sau Đại Học, khoa Cơ Điện tạo điều kiện giúp đỡ trình làm luận văn Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đồng nghiệp, góp ý kiến xây dựng để luận văn có chất lượng tốt Hà Nội, ngày tháng năm 2011 Tác giả luận văn Đặng Gia Dũng 69 69 MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng v Danh mục hình vi LỜI NÓI ĐẦU 70 70 71 71 [...]... dẫn đến sinh ra các dải nhiễu điện từ khác nhau 27 27 Việc nghiên cứu các phương pháp chống nhiễu cho thấy nhiều dải tần số chưa được quan tâm đến cần phải đưa ra giải pháp chống nhiễu 28 28 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍNH TOÁN HỆ SỐ BẢO VỆ SÓNG ĐIỆN TỪ (SE) 2.1 Nghiên cứu việc giao thoa sóng điện từ với vật liệu theo tần số cho trước 2.1.1 Phương trình giao thoa sóng điện từ với vật liệu Hiệu quả... quan về nhiễu và các phương pháp chống nhiễu Hiện tượng giao thoa sóng điện từ xảy ra nhiều do các thiết bị sử dụng cùng nguồn và cùng tần số hoặc tần số gần giống nhau Đồng thời, quá trình tự động hóa trong công nghiệp diễn ra ngày càng mạnh mẽ là nguyên nhân sinh ra nhiễu điện từ: như quá trình đóng cắt tốc độ cao, tin học hóa trong điều khiển, … Qua đó, thấy được các phổ tần số dùng trong công nghiệp, ... nghiệm 1.2 Phương pháp chống nhiễu 1.2.1 Bọc kim loại • 13 Lồng Faraday: 13 Với các vật dẫn điện, khi bị nhiễm điện, các điện tích lan truyền trên toàn bộ vật thể Vì các điện tích cùng dấu đẩy nhau nên phân bố bề ngoài vật thể Bên trong không có điện tích Có thể thí nghiệm đơn giản bằng một quả cầu rỗng Khi chạm điện kế vào bên ngoài, điện kế báo có nhiễm điện, nhưng khi chạm vào bên trong quả cầu thì... 1.3 Lồng Faraday Với một lồng thép, khi có sóng điện từ gây cảm ứng trên lòng thép một dòng điện, dòng điện này chỉ phân bố bên ngoài lồng, và bên trong không có điện tích Chính vì thế lồng kim loại có khả năng ngăn cản được các sóng điện từ Điều này được áp dụng cho các dây tín hiệu, để chống nhiễu người ta bọc kim loại Các thiết bị điện tử để chống nhiễu người ta làm một lồng kim loại bọc lại Đặc... hiệu từ các cảm biến gửi về hộp ta thường thấy có dây thứ ba không có vỏ bọc bên ngoài hai dây còn lại: dây này là dây chống nhiễu ngăn không cho các sóng điện từ khác có thể gây nhiễu lên dây tín hiệu làm sai lệch tín hiệu gửi về hộp • Cáp đồng trục: Cáp đồng trục là một kiểu đường truyền được sử dụng để truyền công suất điện tần số cao Chúng ta đã biết, công suất điện tần số cao có thể truyền 14 14 trong. .. các polymer cách điện và các polymer dẫn điện Các không phù hợp trong polymer dẫn cũng được giải 16 16 quyết bằng cách ghép các polymer dẫn vào cách điện bề mặt như vải Sự tổng hợp polymer polyaniline dẫn được thực hiện bởi polymer oxy hóa là 0,1M giải pháp của aniline trong môi trường axít hữu cơ protonic (pH 0,5-2,5) trong lò phản ứng ở 2-50C Những chất điện giải sử dụng là p-toluene sulphonic axít,... 42,8dB (nạp 40%) và 58,6dB (nạp 50%) Tải trọng thấp của polymer dẫn điện trong máy chủ lưu trữ ma trận có thể sử dụng cho hệ thống đòi hỏi các tham số chống tĩnh điện trong khi nạp polymer cao có thể được dùng để che chắn các nhiễu điện từ (EMI) ở 101GHz hay 110GHz 1.2.3 Sử dụng bộ lọc Những bộ lọc thường được dùng trong việc lọc các tín hiệu trong một băng tần và được phân loại thành bộ lọc thông thấp (cho... i   E0  H  = 20 log i   H0    (2.1.2.1.1) Trong đó: Pi công suất tới; P0 là công suất truyền qua E 0 ( H 0 ) là cường độ điện trường (từ trường) truyền qua; Ei ( H i ) là cường độ điện trường (từ trường) của sóng tới Sự tương tác của một sóng điện từ với vật liệu có thể được chia làm ba phần: hấp thụ, phản xạ và phản xạ nhiều bên trong vật liệu Những phần khác nhau có thể có được một sự... độ dẫn điện từ 10 S/cm đến 1000 S/cm Đã có cuộc cách mạng trong lĩnh vực nghiên cứu với ý tưởng là dẫn điện có thể được thay đổi với những pha tạp Chúng có được tầm quan trọng hơn vật liệu bán dẫn vô cơ trong các ứng dụng vì lượng phát thanh cường độ cao, độ bền, chi phí thấp, và dễ chế biến chuyển thể thành phim Triển vọng của chất dẻo kim loại được quan tâm nhiều đối với các ứng dụng trong công nghệ... tần số siêu cao (SHF), có bước sóng khoảng từ 30 cm (tần số 1GHz) đến 1 cm (tần số 30GHz) Tuy vậy, ranh giới giữa tia hồng ngoại, vi ba và sóng radio tần số cực cao (UHF) là tùy ý và thay đổi trong các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau, Sự tồn tại của sóng điện từ, trong đó vi ba là một phần của phổ tần số cao Phổ vi ba thường được xác định là năng lượng điện từ có tần số khoảng 1GHz đến 1000GHz, nhưng ... kích thước b = 21mm, a = 7, 5mm, b' = 19 ,75 mm, a' = 1,5mm , giả định Nếu chất điện môi xem xét, kích thước b = 17mm, a = 7, 5mm, b' = 15 ,75 mm, a' = 1,5mm chiều cao chất d = 1,57mm , giả định Bề mặt... Z0 =    ε  Trở kháng không khí tính bằng: ε = 10 µ = 4π 10 H / m độ từ thẩm không khí, 7 = 377 Ω , ( 4πc ) F / m số điện môi không khí (mà c = 2,998.10 m / s vận tốc ánh sáng) 29 29 2.1.2... không gian bên tay phải Trở kháng 377 Ω phía trước bề mặt mô hình không gian tự (bên trái), phía sau bề mặt (bên phải) Bề mặt phần tử hình chữ nhật 41 41 Hình 2 .7 Bề mặt phần tử hình chữ nhật, điều