Как уменьшить электромагнитные помехи в солнечных системах

Как уменьшить электромагнитные помехи в солнечных системах  

Эта информация в основном предназначена для снижения или устранения радио-, телевизионных, сотовых телефонов и других электронных помех и помех в фотоэлектрических и других системах с питанием от постоянного тока, а также от оборудования, используемого в фотоэлектрических системах. Большая часть этого применима ко всему или любому оборудованию с EMI (электромагнитными помехами) или RFI (радиочастотными помехами). 

EMI и RFI похожи и часто имеют одни и те же причины и решения. РЧ-помехи — это излучаемые помехи или шумы, по сути, радиоволны. EMI включает RFI, но также включает неизлучаемые помехи, такие как линейный шум, исходящий от линий питания или линий управления. С этого момента мы будем использовать только EMI, так как методы лечения в основном одинаковы. 

EMI может исходить из многих источников. Почти все в вашем доме или автомобиле излучает некоторые электромагнитные помехи, включая люминесцентные лампы, телевизоры, беспроводные телефоны, электроинструменты, автоматическое зажигание и т. д. В солнечных батареях и системах постоянного тока у вас часто есть дополнительные источники, такие как импульсные источники питания, контроллеры заряда, источники постоянного тока. балласты и инверторы (особенно модифицированные синусоидальные типы). В настоящее время используются десятки цифровых устройств, и цифровые, особенно силовые цепи, излучают больше электромагнитных помех, чем аналоговые (переменный ток). 

Одна из основных проблем, связанных с оборудованием, работающим от солнечной энергии и постоянного тока, заключается в том, что почти ни одно из них не соответствует стандартам FCC, раздел 15, часть B. Почти все электроприборы и электронное оборудование, продаваемые сегодня для бытового использования, должны соответствовать части B FCC, которая регулирует максимальное количество электромагнитных помех, которые могут излучать устройства (например, телевизоры). Вот почему вы не получаете много шума от вашей микроволновой печи и кофемолки. Но почти все оборудование постоянного тока и солнечной энергии не подпадает под действие Части B. Это означает, что они могут создавать НАМНОГО больше электромагнитных помех и при этом оставаться законными. 

Любое цифровое электронное оборудование производит хоть какой-то шум. И почти все оборудование, которое сейчас используется в фотоэлектрических системах, является цифровым. Наиболее распространенными типами оборудования, у которого возникают проблемы, являются контроллеры заряда, лампы постоянного тока и некоторые модифицированные инверторы синусоидального сигнала. Почти все контроллеры заряда посылают на батареи импульсы вместо постоянного напряжения/тока. Цифровые импульсы высокой мощности являются одним из наихудших источников электромагнитных помех. 

Наиболее распространенные способы снижения шума: 

• Экранирование 
• Отмена 
• Фильтрация 
• Подавление 

Почти любой металл может предложить некоторое экранирование. Щит в основном блокирует шум, как следует из названия. Металлические корпуса распространены для инверторов и некоторого другого оборудования. Но металлический трубопровод также будет выступать в роли щита.   Экранирование эффективно, но не всегда возможно, и оно не поможет предотвратить любые помехи, передаваемые по проводке к устройству и от него. 

Отмена может быть не лучшим термином. Но это очень просто сделать и довольно эффективно в некоторых случаях. В основном это просто вопрос витых пар проводов. Шум в витых парах имеет тенденцию подавляться при каждом повороте. Он работает не во всех случаях, но настолько прост  , дешев и обычно легок в исполнении, что часто является первым методом, который стоит попробовать. 

Мы продаем некоторые кабели, в основном для таких вещей, как шунтирующие сигнальные провода, которые представляют собой экранированные витые пары. Кабель этого типа очень эффективен для подавления шума в проводах или вне их. Но экранированную витую пару больших размеров трудно найти, и она очень дорогая. Ознакомьтесь с нашей рекомендацией  здесь  . 

Фильтрация существует с тех пор, как была изобретена электроника. Самый распространенный метод - использовать конденсаторы на сигнальной линии или проводе к земле, чтобы избавиться от шума. Иногда также используются катушки индуктивности, но они имеют некоторые ограничения по частоте, а также могут быть довольно громоздкими и дорогими. Одним из ограничений использования конденсаторных фильтров является то, что вы обычно должны иметь хорошее заземление рядом с одной стороной конденсатора. Если у вас есть длинные лиды между тем, что вы фильтруете, и землей, вы можете даже усугубить проблему. 

Это относительно новое и часто наиболее эффективное средство. В наиболее распространенном методе используются ферритовые дроссели, сердечники и шарики. Ферриты представляют собой отлитые в виде порошка металлические порошки различных форм и размеров. Ферриты на самом деле являются типом формованной керамики. Обычно они изготавливаются из порошкообразного оксида железа (Fe2O3), а также оксидов цинка, меди, цинка и других металлов. Часть EMI отфильтрованного спектра преобразуется в тепло внутри ферритового сердечника и рассеивается. 

Мы продаем защелкивающиеся дроссели, которые можно просто открыть и защелкнуть вокруг проводов или кабелей. Вы можете складывать столько, сколько хотите, и складывать разные типы, если у вас серьезные проблемы. Вам не нужно по одному на каждый провод, если только у вас не очень толстые провода — они работают так же хорошо, если их защелкнуть на пару или пучок проводов. Они не проводят ток, поэтому их можно использовать практически в любом месте, в том числе на линиях электропередач 115 В, батареях или инверторных кабелях. Покупайте нашу коллекцию шумовых фильтров  здесь  . 
Информация от Exeltech 

Ниже приведен хороший базовый обзор шума, создаваемого оборудованием с питанием от постоянного тока, составленный одним из инженеров  Exeltech   Inverters: 

Помехи от инверторов всегда будут проблемой. Для многих это сложная тема для понимания... и столь же трудная для понимания. Обратите внимание, что вы можете уменьшить .. но не устранить помехи.

Чтобы усложнить ситуацию, чем дальше радио от передатчика, тем сложнее будет решить эту проблему.

Вот почему...

Для достижения максимально возможной эффективности силовые цепи инвертора сегодня переходят из состояния «выключено» в состояние «включено» за очень короткое время, например, из состояния «полностью выключено» в состояние «полностью включено» за микросекунды… или даже наносекунды. Внутри инвертора даже модели с «синусоидальной» волной используют прямоугольные волны в различных точках. Почему? Твердотельные устройства работают с наименьшими потерями энергии, когда они полностью выключены или включены в сильно «насыщенном» режиме, то есть включены на максимально возможный уровень с наименьшим возможным сопротивлением. Переход от выкл. к вкл. обычно делается за один шаг, от нуля до макс.. и обратно.

Микропроцессорные часы также работают таким же образом, как и сигналы внутри процессора и любые связанные схемы связи.

Прямоугольные волны представляют собой составную часть синусоидальной волны плюс все нечетные гармоники (нечетные целые кратные) исходной частоты синусоидальной волны. Чтобы создать прямоугольную волну 100 кГц, мы начинаем с синусоидальной волны 100 кГц и добавляем синусоидальные волны 300 кГц, 500 кГц, 700 кГц ... и так далее, вплоть до диапазона многих МГц. Количество добавленных гармоник поражает.

Как следствие, эти гармоники излучаются в диапазоне AM вещания ... и далеко за его пределами. Что еще хуже, схемы в инверторах не являются «линейными», то есть они не точно воспроизводят вложенную в них форму сигнала. Это сделано намеренно, но с побочным эффектом. Эта нелинейность превращает схемы в «миксеры». Микшеры являются частью каждого радио и телевидения. Мы используем смесительные схемы для объединения двух частот и получения других. Когда на нелинейные схемы подается большое количество сигналов, они добавляют и вычитают все различные комбинации сигналов, чтобы создать еще другие частоты... и так далее.

Радиочастотные помехи («RFI») возникают из-за многих различных аспектов инвертора. Если инвертор работает от батареи, у вас будет много сотен ампер, которые очень быстро включаются и выключаются инверторным «интерфейсом». Чтобы справиться с сотнями ампер, входное сопротивление («импеданс») инвертора должно быть очень низким, порядка нескольких миллиом.

Струнные инверторы, подключенные к последовательному массиву фотоэлектрических модулей, работают по тем же принципам, но при более низких токах и более высоких напряжениях, чем их аналоги на батарейках.

Фильтры ВЧ-помех работают на основе делителя напряжения, создавая очень высокий импеданс для помех (блокируя их), но очень низкий импеданс для постоянного тока, который должен протекать, сводя к минимуму потери на постоянном токе. Это очень сложная задача из-за большой силы тока.

То же самое относится и к выходным цепям инвертора переменного тока. Выход переменного тока легче решить, потому что ток намного ниже, чем на входе постоянного тока (только для систем с батарейным питанием). И наоборот, инверторы подключаются к цепям переменного тока в доме, превращая каждый дюйм домашней проводки в антенну, излучающую помехи.

Как упоминалось ранее в этой теме, лучше всего уменьшить помехи в источнике - в данном случае в инверторе.

Первым шагом является попытка определить, откуда исходит основная часть помех. DC лидирует? провода переменного тока? Инверторный корпус? Все выше? Каждый из них имеет свой собственный набор возможных шагов для уменьшения радиопомех. Лиды являются наиболее вероятным виновником. Неоценимым помощником здесь может стать коротковолновый радиоприемник на батарейках с индикатором уровня сигнала. Если он у вас есть, вы впереди игры. Если вы планируете купить его ... убедитесь, что он также принимает вещательный диапазон AM. Большинство делает.

Основные правила:

1)  Провода постоянного тока от батареи к инвертору должны быть как можно короче.

2)  Скрутите провода постоянного тока, если это возможно. Если это невозможно, держите их как можно ближе друг к другу. Цель состоит в том, чтобы магнитная энергия РЧ-помех от каждого вывода компенсировала магнитную энергию РЧ-помех в другом. Как уже отмечалось, может оказаться полезным провести каждую ветвь постоянного тока в металлическом кабелепроводе, а затем ЗАЗЕМИТЬ кабелепровод на землю – чем короче, тем лучше. Отсутствие заземления кабелепровода просто превратит кабелепровод в другую антенну. Заземление радиопомех отделено от «защитного» заземления земли. Если вы используете «землю» переменного тока, она тоже становится антенной, если только она не остается короткой, и у вас есть хорошее соединение с проводником заземляющего электрода с высокопроводящей землей. Трудно достичь всех трех вместе, но в некоторых местах это можно сделать.

Кто-то предложил подключить «фильтрующий конденсатор» к проводам постоянного тока. Это не повредит, но вряд ли будет эффективным, учитывая очень низкий импеданс входных цепей инвертора.

3)  Ферритовые сердечники можно надеть по длине каждого кабеля и разместить в точке, где кабели выходят из инвертора. Тороидальные сердечники или подобные им могут помочь, но вам понадобится их много, и они должны иметь длину не менее двух-трех футов, начиная с инвертора. Чем больше, тем лучше, и имейте в виду.. когда их много.. они тяжелые.

Не устанавливайте их со стороны батареи. Установка со стороны батареи и оставление части кабеля открытыми на инверторе позволяет оголенным проводникам на инверторе действовать как антенны.

Выберите правильный тип феррита. Удивительно, но различные составы феррита реагируют по-разному в зависимости от частотного диапазона, в котором они используются. Например, некоторые ферриты хороши для 100-500 МГц и не будут хорошо блокировать радиочастотные помехи, которые мешают AM-радио. Для радиопомех AM выберите феррит, рассчитанный на работу в диапазоне частот от 250 кГц до 2 МГц и более.

4)  Фильтры EMI/RFI переменного тока также доступны и могут быть установлены на выходной цепи переменного тока инвертора. Их производят Corcom, Tyco и другие. Выберите единицу измерения выходного напряжения И тока инвертора. Фильтры RFI будут признаны UL/ETL/CSA. Если вы найдете некоторые, которые не... не покупайте их.

5)  Как было предложено, радио с внешней антенной может помочь, особенно если антенна питается коаксиальным кабелем, который может действовать как экран, пока кабель не будет далеко от дома и/или инвертора. Держите радиоантенну как можно дальше от инвертора и домашней проводки.

6)  Радио на батарейках также является опцией. Это тоже упоминалось ранее в этой теме. Даже хорошо отфильтрованный выход переменного тока инвертора всегда несет с собой некоторый уровень помех. На слабый радиосигнал все равно будет влиять слабый источник помех.

7)  Заземлите корпус преобразователя в соответствии с инструкциями производителя. Все инверторы сегодня должны соответствовать определенным уровням критериев помех FCC. Работа внутренних цепей фильтрации радиопомех может быть улучшена, если инвертор правильно заземлен.

8)  Вы когда-нибудь въезжали в гараж, слушая радио, и радиостанция становилась очень слабой или вообще пропадала?? То же самое происходит, когда мы проезжаем длинные автомобильные туннели.

Мы можем использовать эту черту. Это вызвано тем, что армирующие стальные стержни («армирующие стержни») блокируют попадание радиосигналов на антенну вашего автомобиля. Та же самая характеристика, которая предотвращает попадание сигналов на ваше радио, также работает для предотвращения помех.

В дополнение ко всему вышеперечисленному вам, возможно, придется построить экран вокруг всего инвертора, а затем подключить сам экран к заземлению. Этот экран НЕ должен соприкасаться с корпусом инвертора. Это разрушило бы цель экрана. Однако через него могут проходить должным образом отфильтрованные провода постоянного и переменного тока.

В этом случае вы соорудите «щит Фарадея», который будет удерживать помехи внутри. Удивительно, но это может быть черный или цветной металл. Я бы порекомендовал железо (например, проволочную сетку с небольшими отверстиями) для облегчения пайки. Постройте «коробку» вокруг инвертора, включая заднюю часть инвертора. Для этого вам понадобится доска или другое средство, чтобы корпус инвертора не касался провода.

После того, как вы построили коробку... подключите коробку к собственному заземлению "RFI". Это будет похоже на стандартное защитное заземление.

Затем добавьте соединительный провод от заземления ВЧ-помех к защитному заземлению системы. Этот соединительный провод RFI-земли к защитному заземлению должен быть снаружи, если это возможно ... и по возможности заглублен в землю. Добавление этого соединительного провода позволяет избежать возможных контуров заземления переменного тока или других проблем. Хранение его в почве также немного снижает вероятность того, что он станет антенной для помех. Если все вышеперечисленное сделано правильно, это не повлияет на эффективность коробки, которую вы только что построили.

Уменьшение радиопомех — это, в лучшем случае, охота на бекасов. Сила самого сигнала радио/телевизионной станции может и будет варьироваться и зависит от множества переменных. Это может создать впечатление, что ваши действия повлияли на уровень помех от инвертора, хотя на самом деле вы ничего не меняли. Чем слабее радиосигнал, тем сложнее будет уменьшить помехи от инвертора, чтобы сделать радиосигнал пригодным для прослушивания.

Лучше всего держать инвертор и всю его проводку как можно дальше от радиоприемников. Если это просто невозможно... см. шаги 1-8.

Я желаю вам добра.

И
старший инженер
Экселтек 

Охота и удушение РЧИ более 40 лет...