Электромагнитные помехи на катерах

Обилие электронного оборудования и расположенные рядом друг с другом электрические цепи различного назначения – частая причина помех на современных катерах и яхтах. Помехи – это нежелательные электромагнитные колебания, большая часть которых генерируется на борту, а часть имеет внешнее происхождение.

Любой провод или кусок металла, длина которого составляет одну четверть от длины волны электромагнитного колебания способен подобрать его, передать в электрическую систему и направить в приемные устройства. Если шум и сигналы имеют близкие частоты, приемник может не отличить их друг от друга. На радиостанциях шипение, жужжание, треск и щелчки будут конкурировать с реальным сигналом. Эхолоты станут давать ложные показания. На дисплеях появятся линии и рябь. GPS устройства будут выводить неверные данные, а сетевые системы окажутся полностью неработоспособными.

Различают кондуктивные и излучаемые помехи. Кондуктивные передаются от источников по цепям электропитания непосредственно к приемникам. Излучаемые воспринимаются электрическими цепями, как антеннами, а затем попадают в приемники. Проводники, проводящие помехи, сами могут выступать в качестве антенн и повторно излучать набор сигналов в пространство

Источники помех

Основными источниками помех на борту катера или яхты являются устройства, генерирующие радиочастотные сигналы или резко переключающие ток. К ним относятся:

  • Коммуникационное и навигационное оборудование, в том числе радар
  • Автопилоты
  • Компьютеры, микропроцессорыидисплеи
  • Электронные датчики, трансдьюсеры и индукционные компасы
  • Любые другие электронные устройства с емкостными или индуктивными частями, например, люминесцентные лампы
  • Высокочастотное оборудование — преобразователи постоянного тока в переменный, преобразователи постоянного тока в постоянный и некоторые зарядные устройства
  • Генераторы и регуляторы напряжения
  • Герметичные компрессоры на холодильных системах постоянного тока
  • Электродвигатели, особенно с коллекторными кольцами и щетками. Лодочные электромоторы. Все двигатели постоянного тока, за исключением бесколлекторных, двигателей на постоянных магнитах, и некоторых двигателей переменного тока
  • Телевизионные и антенные усилители. Шаговые двигатели в антеннах спутникового телевидения
  • Системы зажигания на бензиновых двигателях
  • Электрические тахометры
  • Генераторы переменного тока
  • Искрение в контактах переключателей
  • Статическое электричество от вращающихся карданных валов

Все, что генерирует искры или импульсы напряжения — даже плохо прикрученное оборудование — может создавать помехи. Чем ближе частота потенциальной помехи к частоте другого оборудования и чем больше мощность сигнала, тем больше вероятность появления помех.

Поиск источника помех

Чтобы найти источник помех, возникающих в электронном оборудовании, оставьте его включенным и по очереди отключайте на катере электрические схемы  — люминесцентные лампы, двигатель, цепи переменного тока и т. д. Если при отключении очередной цепи, помехи прекратились – их источник определен.

Если помехи продолжаются, после того как все цепи отключены, они, вероятно, поступают из соседних лодок или с берега. Другой способ определить источник шумов — отключить антенну от подверженного помехам приемного устройства. Если шум прекращается — это излучаемые помехи и их принимает антенна. Если он сохраняется, помехи поступают по проводам питания.

Дешевое транзисторное радио, настроенное на AM-диапазон, может стать эффективным устройством поиска, а небольшая катушка провода, добавленная в качестве антенны улучшит его эффективность. Настройте радио между станциями так, чтобы оно принимало только помехи и передвигайтесь вокруг катера. Подносите поисковое устройство близко к подозрительным предметам. Рядом с источником помех радио будет трещать и шипеть громче.

В двигателях внутреннего сгорания, особенно бензиновых, находится несколько потенциальных источников электронного шума. Если подозрение пало двигатель, начните с генератора. Отключите провод возбуждения или снимите с генератора ремень, чтобы он перестал выдавать ток.

Заведите двигатель. Если помехи прекратились, их источник находился в цепи зарядки. Если помехи сохраняются, их источник либо в цепи зажигания, либо помехи образуются в результате статического электричества, генерируемого вращающимся валом гребного винта. Последний обычно создает прерывистые щелчки похожие на статические разряды, а не ритмический шум, который ассоциируется с оборотами двигателя и чаще связан с генераторами переменного тока и цепями зажигания.

Предположим, что после отключения генератора помеха исчезла. Теперь необходимо определить что являлось ее причиной – генератор или регулятор напряжения. Если на генераторе установлен внешний регулятор, отключите от него провод возбуждения и подключите регулятор временно через предохранитель на 10 ампер к положительной клемме аккумулятора (генератор P-типа ) или на хорошую землю (генератор N-типа). Перезапустите двигатель. Генератор заработает на полную мощность. Если помехи сохранились —  неисправен генератор. В противном случае — регулятор напряжения

Кроме того, помехи, могут генерироваться источниками, с которыми мы ничего не можем сделать – пятнами на солнце, солнечными вспышки и грозами.

Предотвращение помех

Поскольку приемникам сложно разделить полезный сигнал и шум, если их частоты совпадают, то помехи необходимо подавлять в источнике, а не в приемнике. Первая линия защиты — это оборудование. Устанавливайте только устройства от всемирно известных производителей, соответствующее стандартам FCC 15B, CE и / или ABYC S-31. Подключайте все устройства кабелями соответствующего сечения. Не допускайте дополнительного сопротивления, вызванного коррозией или не плотным электрическим соединением.

После этого лучший фильтр, который вы можете создать в системе постоянного тока —  хорошие и надлежащим образом заряженные аккумуляторы.

Если эти средства реализованы, то последующие действия подразделяются на четыре широкие категории:

  • Изоляция
  • Экранирование
  • Фильтрация
  • Бондинг

Изоляция

Экранированный кабель для создания сети NMEA 2000
Экранированный кабель для создания сети NMEA 2000

Перед окончательным монтажом на катере новой электронной аппаратуры разместите ее в предполагаемом месте установки и подключите к силовым и сетевым кабелям. Сделайте запас кабеля по длине. Он понадобится, если придется двигать устройство. Иногда простое перемещение на несколько сантиметров в сторону или перекладка кабелей устраняют проблемы. Включите устройство, в том числе в режиме передачи (если он есть). Включите на катере остальное оборудование, и проверьте не возникли ли помехи.

Вы сэкономите массу времени и избежите множества проблем в последствии, если проделаете эти действия, прежде чем просверлите переборки и вырежете отверстия в панелях! Кроме того, не устанавливайте радиоприемное оборудование:

  • Рядом с дисплеями, радарами и устройствами, которые генерируют высокочастотные электромагнитные волны
  • Рядом с приемной или передающей антенной, или рядом с соединительной коробкой антенного кабеля.

Изоляцией служит выделенный аккумулятор для электроники. Однако он может неоправданно усложнить систему постоянного тока и не решить проблему.

Экранирование

Экранирование заключается в установке заземленного металлического кожуха вокруг кабелей или устройств для предотвращения помех на входе или выходе в оборудование.

Экранирование используют для чувствительных электронных схем, коаксиальных кабелей и сетевого кабеля NMEA 2000. Если в защите нуждаются отдельные провода, иногда поверх них укладывают кусок мягкой медной трубки. Как экраны работают корпуса некоторых зарядных устройств и инверторов, которые дополнительно заземляют.

Сеть NMEA 2000® должна быть заземлена только в ОДНОМ месте. Заземление в более чем одном месте может создавать петли заземления и вызвать проблемы с коммуникациями в сети. В дополнение к заземляющему проводу, подключите экранирующий провод в точке заземления источника питания и ни в каком другом месте.

Экранированные кабели подключают к системе заземления, а затем общей точке заземления катера только одним концом. Точку подключения располагают ближе к источнику помех. Оплетка экранированного кабеля иметь хороший электрический контакт на входе и выходе из корпуса устройства, чтобы не допустить утечек.

Фильтрация

Экранирование предотвращает излучаемые помехи, но не влияет на шумы, передаваемые по проводам. Для борьбы с ними используются специальные фильтры, состоящие из катушек и конденсаторов.

Электромагнитные помехи — это переменный ток. Катушка индуктивности создает высокое сопротивление переменному току. Чем выше его частота, тем больше сопротивление. Однако катушка почти не препятствует прохождению постоянного тока. Поэтому дроссель, установленный последовательно в цепи постоянного тока, стремиться блокировать высокочастотные сигналы и пропускает низкочастотные и постоянный ток, являясь таким образом фильтром нижних частот.Фильтр на сетевом кабеле электронного устройства для защиты от помех

Конденсатор, с другой стороны, проводит переменный ток, но блокирует постоянный. Чем выше частота колебаний, тем меньше сопротивление конденсатора переменному току. Конденсатор является основой фильтров высоких частот. Если объединить катушку с конденсатором, можно «удерживать» помехи индуктивностью, а затем безопасно заземлять их с помощью конденсатора, не вызывая короткого замыкания в цепи постоянного тока. Этот принцип, лежит в основе создания фильтров.

Фильтры устанавливают на положительных проводниках как можно ближе к подверженному помехам оборудованию, чтобы уменьшить потенциальную зону распространения нежелательных сигналов. Затем фильтры заземляют. При сильных помехах фильтры ставят, как на положительный, так и отрицательный проводники

Устранение помех на электронном оборудовании катера
Если возможно, отсоедините оборудование, испытывающего помехи от источника питания, и подключите его к отдельному аккумулятору короткими проводами. Если это уменьшит помехи, сетевые фильтры окажутся эффективными. Если оборудование имеет металлический корпус, убедитесь, что оно эффективно заземлено. Попробуйте установить конденсатор емкостью 1 мкФ между положительным и отрицательным выводами питания. Подключите конденсатор 1 мкФ от каждого проводника к земле Установите дроссель, как показано на рисунке Поместите устройство в экранирующий бокс и используйте сквозные фильтры на всех входах. Если ни одно из перечисленных действий не помогло, попробуйте переместить устройство и / или его выводы.

Различные фильтры подавляют различные виды помех. Многие рассчитаны на определенные номинальные значения напряжения и тока, поэтому важно чтобы они подходили для ваших задач.

Хорошими фильтрами служат DC-DC-преобразователи. Модели известных производителей обеспечивают очень чистый выходной сигнал. Однако недорогие устройства, непонятного происхождения, наоборот могут быть электрически шумными. Поскольку все конвертеры переключают ток с высокой частотой и является источником помех, то все зависит от того как помехи затем подавляются в устройстве.

Часто используемый дроссель – ферритовая шайба или тороид. Его устанавливают на положительные и отрицательные провода питания устройства. Для этого их отсоединяют, продевают через отверстие и обматываются вокруг тороида минимум три —  пять раз. Затем вновь подключаются к устройству. Дроссель другого вида обжимают вокруг силовых проводов.

Ферриты можно подсоединять к обоим концам кабеля. Эффективность обжимных ферритов повышается, если обернуть вокруг них кабель, также как вокруг тороидального дросселя.

Бондинг

Заземление на зарядном устройстве Sterling Power PCU ULTRA
Место подключения к системе заземления катера или яхты на зарядном устройстве Sterling Power PCU

Устройства экранирования и фильтрация принимают нежелательные частоты и замыкают их на землю. Связь корпусов всех устройств на катере общей линией заземления, помогает уменьшить помехи и удерживает оборудование при одинаковом электрическом потенциале. Если разница в напряжениях между оборудованием отсутствует, и оно надежно заземлено, статическое электричество не будет накапливаться, электрические разряды не возникнут, а все изменения напряжения и другие источники помех будут закорочены на землю.

Правильно организованная связь между корпусами устройств — важная часть электрической системы на любом катере или яхте. Соединяющие кабели бондинга оканчиваются в общей точке заземления. В ней также заканчиваются все отрицательные проводники постоянного тока. В этом месте два вида проводников оказываются электрически связанными.

Общая точка заземления – единственная точка, где кабеля бондинга соединяются с отрицательными проводниками системы постоянного тока

Меры по подавлению шумов

Эффективное подавление электромагнитных помех предполагает грамотное проектирование электрической системы, выбор качественного оборудования и его правильную установку. Возможно, такой метод обойдется дороже, но в долгосрочной перспективе он окажется не только дешевле, но и будет работать лучше, чем исправление недостатков по мере их возникновения. Этот подход становится особенно актуальным из-за того, что на борту катеров новые электронные и микропроцессорные устройства появляются почти каждый год.

В первую очередь это касается устройств зарядки аккумуляторов. Зарядные устройства и инверторы, изготовленные известными производителями, гораздо эффективнее в борьбе с электрическими шумами, чем любое количество фильтров, добавленных в систему позднее.

Зарядное устройство Sterling Power PCU1250  Зарядное устройство Sterling Power PCU1250
Технические характеристики
Максимальный зарядный ток 50 А
Номинальное выходное напряжение 12 В
Входное напряжение переменного тока 80-270 В, 40-70Гц
Коэффициент мощности 0,976
Коэффициент гармонических искажений, напряжение 2,4%
Коэффициент гармонических искажений, ток 2,4%
Уровень пульсаций, мВ 14
Ток утечки на землю, mA 0,5
Типы аккумуляторов Обслуживаемые и необслуживаемые с жидким электролитом, GEL, AGM, LiFePo4, кальциевый

Генераторы и регуляторы напряжения

Генераторы и регуляторы напряжения производят звуковые колебания сила которых зависит от частоты вращения генератора, а не двигателя. Поскольку интенсивность излучаемых помех уменьшается пропорционально квадрату расстояния от источника, то воздействие генератора можно значительно уменьшить, если передвинуть чувствительную электронику подальше от устройств зарядки. Если используется внешний регулятор напряжения, установите его максимально близко к генератору.

Импульсы помех от системы зажигания четко синхронизированы с частотой вращения двигателя. Неисправность генератора приводит к возникновению свистящих и воющих шумов, которые связаны с частотой вращения генератора

  • Если генератор заземлен через крепление к блоку двигателя, дополнительно заземлите его отдельным кабелем к корпусу двигателя или, еще лучше, к общей точке заземления.
  • Подключите конденсатор емкостью 1,0 мкФ, напряжением 200 вольт между выходом генератора и землей
  • Установите последовательно с выходом фильтр, рассчитанный на полный выходной ток генератора.
  • Подключите конденсатор емкостью 1,0 мкФ, напряжением 200 вольт от клеммы подключения аккумулятора регулятора напряжения к земле.
  • Если в цепь постоянного тока попадает переменная составляющая, передаваемая с выхода генератора подключите конденсатор емкостью от 10 000 мкФ до 20 000 мкФ параллельно с предыдущими конденсаторами

Заземляющий кабель генератора часто решает проблемы постоянных помех

 Электродвигатели

  • Очистите кольца и щетки
  • Подключите конденсатор емкостью 1,0 мкФ напряжением 200 вольт на входные и выходные кабели как можно ближе к электродвигателю. Если возможно, сделайте это внутри корпуса.
  • Если это не помогает, подключите конденсатор емкостью 1,0 мкФ напряжением 200 вольт от каждого провода щетки к корпусу электродвигателя.

Зарядные устройства.

Некоторые зарядные устройства могут быть электрически шумными. Хотя эксперименты с различными дросселями и фильтрами иногда помогают, лучший подход — проверить установку самого зарядного устройства. Убедитесь, что оно установлено не далее 3 метров от аккумуляторов и подключено к ним кабелями соответствующего сечения для минимального падения напряжения. Проверьте все клеммы, переключатели и соединения, и убедитесь, что они чистые и плотные. Не используйте зарядные устройства неизвестных марок.

Дисплеи, радио и стерео системы

Антенны, антенные кабели и провода питания к оборудованию должны укладываться как можно дальше от вероятных источников помех, особенно цепей зарядки от двигателя, люминесцентных ламп и телевизоров.

Держите провода питания электродвигателей на расстоянии как минимум 1 метр от антенных кабелей. В идеале угол между силовыми кабелями и антенной должен составлять 90 градусов. Не укладывайте силовые кабеля в одну связку с сетевыми и кабелями от датчиков. Используйте короткие силовые кабеля большого сечения, чтобы предотвратить падение напряжения.

Тщательно заземлите корпуса оборудования. Правильно подобранные к оборудованию антенны и датчики, обеспечат наилучшее соотношение сигнал / шум и позволят самим устройствам отфильтровывать много нежелательных сигналов.

Задайте вопрос,

и получите консультацию по лодочным электромоторам, аккумуляторам или зарядным устройствам для катера или яхты

captcha