Compatibilitate Electromagnetică Standardizare şi Testare Conf. dr. ing. ec. Adina GIURGIUMAN Departamentul de Electrotehnică şi Măsurări Facultatea de Inginerie Electrică Email: Adina.Giurgiuman@ethm.utcluj.ro http://users.utcluj.ro/~adina/ Tel.: 0264 401468, Sala A11 Curs 5 1 /46
Curs 5 2 /46
C5.1 Emisii prin radiație C5.2 Standarde și reglementări C5.3 Proceduri și metode de test C5.4 Supresia perturbațiilor electromagnetice produse prin radiație Curs 5 3 /46
Emisii prin radiație Curs 5 4 /46
Compatibilitate electromagnetică Conductie electromagnetica Radiatie electromagnetica Emisie prin conductie (CE) Susceptibilitate prin conductie(cs) Emisie prin radiatie (RE) Susceptibilitate prin radiatie (RS) Element perturbator (Emițător) Mecanism de cuplaj (Cale) Element perturbat (Receptor) În funcție de mediul de propagare și distanța față de sursa de perturbații, mărimile perturbatoare ajung pe căi diferite și în combinații diverse până la circuitul perturbat. Curs 5 5 /46
Element perturbator (Emițător) Mecanisme de cuplaj ale EMI Cuplaj prin conducție (galvanic) Cuplaj electric (câmp electric E) Cuplaj magnetic (câmp magnetic H) Cuplaj prin radiație (câmp elmag. E/H) Element perturbat (Receptor) Dacă lungimea de undă și dimensiunile perturbatorului radiația electromagnetică. sunt comparabile, apare În domeniul frecvenței radio obișnuite, de la 0.1 până la 30 MHz, apar perturbații transmise prin conducție, iar în domeniul undelor ultrascurte (UUS) și peste, perturbații transmise prin radiație. Curs 5 6 /46
Cuplajul prin radiație electromagnetică Cuplajul prin radiație electromagnetică reprezintă orice cuplaj care se realizează într-un mediu dielectric (putându-se considera astfel și cuplajele electric și magnetic) în care câmpul electric și magnetic sunt independente unul de altul zona apropiată. Dacă însă, sistemul de recepție perturbat se găsește în zona depărtată a câmpului electromagnetic produs de purturbator, câmpul electric și magnetic există simultan și sunt legate unul de celălalt prin impedanța de undă a mediului, Z, (vidul). unde: Curs 5 7 /46
Generarea câmpului Câmp apropiat Câmp îndepărtat Curs 5 8 /46
Impedanța de undă Raportul intensitățior cîmpurilor electric și magnetic (E/H) se numește impedanță de undă. Impedanța de undă reprezintă un parametru cheie pentru orice undă deoarece determină eficiența cuplajului cu o altă structură conductoare, și de asemenea determină eficiența oricărui ecran conductor care este folosit pentru a o bloca. În câmp îndepărtat, adică pentru d > λ /2π, unda este cunoscută sub denumirea de undă plană și câmpurile E și H scad cu aceeași rată odată cu distanța. De aceea impedanța lui este constantă, și este egală cu impedanța aerului dată de ecuația. În câmp apropiat, d < λ/2π, impedanța de undă este determinată de caracteristicile sursei. Un curent mic, un radiator cu o tensiune mare (cum ar fi o tijă) va genera în special un câmp electric de impedanță mare, în timp de un curent mare, un radiator de tensiune mică (cum ar fi o buclă) va genera în special un câmp magnetic de impedanță mică. Dacă (ca un caz special) structura radiantă se întâmplă să aibă o impedanță în jurul valorii de 377Ω, atunci o undă plană poate de fapt să fie generată în câmp apropiat, depinzând de geometrie. Curs 5 9 /46
Regiunea din jurul valorii λ/2π, sau de aproximativ 1/6 din lungimea de undă, este denumită zona de tranziție dintre câmpul apropiat și câmpul îndepărtat. Acesta nu este un criteriu de precizie, ci mai degraba indică regiunea în care structura câmpului se schimba de la complex la simplu. Se presupune că undele plane se găsesc întotdeauna în câmpul îndepărtat, în timp ce dacă ne gândim la câmpul apropiat este necesar să se considere individual și separat câmpul electric și cel magnetic. Curs 5 10 /46
Criteriul Rayleigh Există o altă modalitate de definire a tranziției dintre câmpurile apropiate și cele îndepărtate, determinată de gama Rayleigh. Aceasta nu are nimic de a face cu structura câmpului dată de ecuațiiile lui Maxwell, ci se bazează pe natura diagramei de radiație a orcărei antene fizice (sau echipament supus testării - EUT) care este prea mare pentru a fi o sursă punctiformă. Acesta este un criteriu care face legătura dintre lungimea de undă și dimensiunea maximă a antenei (sau a EUT) cu distanța față de aceasta. Folosind criteriul Rayleigh, câmpul îndepărtat este definit ca fiind aflat după o distanță: unde D este dimensiunea maximă a unei antene. Curs 5 11 /46
Modele de cuplaj = DM CM Modul antenă = Se consideră două elemente ale unui echipament interconectate printr-un cablu. Cablul transportă curenții de semnal în mod diferențial (care pleacă și se întorc) de-a lungul celor două conductoare aflate în imediata apropiere. Un câmp radiant poate să se cupleze la acest sistem și să inducă interferențe de mod diferențial între cele două fire; similar, curentul diferențial va induce un câmp radiant. Cablul transportă de asemenea curenți în mod comun, ceea ce înseamnă că toți curenții sunt transportați în acceași direcție pe fiecare conductor. Acești curenți de cele mai multe ori nu au nimic de a face cu, curenții de semnal. Curs 5 12 /46
Curenții de CM pot fi induși de un cuplaj de câmp extern la bucla formată de cablu, planul pământ și diverse impedanțe care conectează echipamentul la pământ, și care pot cauza mai apoi curenții diferențiali interni la care echipamentul este susceptibil. Existența curenților RF CM subliniază faptul că nici un cablu, oricare ar fi semnalul pe care ar trebui să-l transporte chiar dacă e un singur fir nu poate fi văzut ca fiind sigur din punct de vedere EMC. Aceste impedanțe de dispersie sunt accidentale și nu sunt proiectate în echipament. Acestea nu apar pe nici o diagramă de circuit, și sunt mult mai greu de controlat sau prezis decât alți parametrii cum ar fi distanța dintre cabluri și filtrarea care determină cuplaje DM. Curs 5 13 /46
Curenții de mod antenă sunt transportați în aceeași direcție prin cablu și planul de referință pământ. Ei nu ar trebui să apară ca un rezultat a unui zgomot generat intern, dar vor apărea când întregul sistem, inclusiv planul pământului, este expus la un câmp extern. Un exemplu poate fi zborul unui avion prin transmisia unei raze a unui radar. Curenții de mod antenă devin o problemă doar pentru susceptibilitatea câmpului radiat a sistemelor autonome atunci când acestea sunt convertite la modul diferențial sau modul comun de către impedanțe variabile în diferite căi de curent. Curs 5 14 /46
Standarde și reglementări Curs 5 15 /46
SR EN 55011 SR EN 55014-1 CISPR 14-1 SR EN 55022 CISPR 22 Curs 5 16 /46
SR EN 55011 Echipamente de radiofrecvență industriale, științifice și medicale (ISM ), 2001 Caracteristici de perturbații radioelectrice. Limite și metode de măsurare Domeniu de aplicare și scop Limitele și metodele de măsurare care figurează în prezentul standard internațional se aplică echipamentelor industriale, științifice și medicale (ISM) precum și echipamentelor de electroeroziune. Procedurile sunt indicate pentru măsurarea perturbațiilor radioelectrice și valorile lor limită sunt date în banda de frecvențe de la 9 khz până la 400 GHz. Definiție instalație / echipament ISM Instalație / echipament ISM = instalație sau echipament conceput pentru a produce și utiliza, într-un spațiu redus, energia radiolectrică pentru aplicații industriale, științifice, medicale, casnice sau similare, excluzând aplicațiile din domeniul telecomunicațiilor și tehnologiei informației și alte aplicații acoperite de alte publicații CISPR. Curs 5 17 /46
Clasificarea echipamentelor ISM Echipamentele ISM - trebuie să poarte o marcare de producător, care să indice clasa și grupa echipamentului. Clasificarea echipamentelor ISM Separarea în grupe Echipamente ISM din Grupa 1: Grupa 1 reunește toate echipamentele ISM în care energia de radiofrecvență cuplată prin conducție este produsă sau utilizată intenționat, pentru că ea este necesară funcționării interne a echipamentului propriu-zis. Echipamente ISM din Grupa 2: Grupa 2 reunește toate echipamentele ISM în care energia de radiofrecvență este produsă sau utilizată intenționat sub formă de radiație electromagnetică pentru tratamentul materialelor, precum și a echipamentelor de electroeroziune. Curs 5 18 /46
Clasificarea echipamentelor ISM Împărțirea în clase Echipamente de Clasa A: sunt echipamente prevăzute pentru a fi utilizate în toate localurile, altele decât cele casnice și altele decât cele conectate direct la o rețea electrică de distribuție de joasă tensiune care alimentează clădiri de locuit; Echipamente de Clasa B: sunt echipamente prevăzute pentru a fi utilizate în locuințe și întreprinderi conectate direct la o rețea electrică de distribuție de joasă tensiune care alimentează clădiri cu locuințe. Valori limită ale perturbațiilor electromagnetice cerințe de măsurare Echipamente de Clasa A: - valorile limită ale perturbațiilor electromagnetice pot fi măsurare fie pe un amplasament de încercare, fie în situ, după preferința constructorului. Echipamente de Clasa B: - valorile limită ale perturbațiilor electromagnetice trebuie să fie măsurate pe un amplasament de încercare. Curs 5 19 /46
Valori limită ale radiației electromagnetice perturbatoare Echipamentul supus încercării trebuie să respecte limitele, atunci când se utilizează un aparat de măsurat cu detector de valoare cvasivârf. sub 30 MHz, limitele se aplică componentei magnetice a radiației electromagnetice perturbatoare; între 30 MHz și 1 GHz limitele se aplică componentei electrice a radiației electromagnetice perturbatoare; peste 1 GHz limitele se aplică puterii radiației electromagnetice perturbatoare. Curs 5 20 /46
SR EN 55014-1, CISPR 14-1 Compatibilitate electromagnetică. Cerințe pentru aparate electrocasnice, unelte electrice și aparate similare, 2007 Partea 1. Emisie / Partea 2. Imunitate Domeniu de aplicare Acest standard se referă la perturbații radioelectrice conduse și radiate, produse de aparate ale căror funcții principale sunt asigurate de motoare și dispozitive de comutație sau de dispozitive de reglare, cu excepția cazului când energia de radiofrecvență este generată intenționat sau destinată iluminatului. Standardul se referă la echipamente precum: aparate electrocasnice, unelte electrice, dispozitive de comandă și de reglare cu semiconductoare, aparate electromedicale acționate cu motor, jucării electrice / electronice, mașini de distribuire automată, precum și proiectoare de cinema sau de diapozitive. Curs 5 21 /46
Clasificarea echipamentelor Motoare de putere nominală mai mică de 700 W Motoare de putere nominală mai mare de 700 W și mai mică 1 000 W Motoare de putere nominală mai mare de 1 000 W Curs 5 22 /46
Perturbații radiate Cerințele pentru perturbațiile radiate sunt limitate, în acest standard, la jucării. Măsurătorile pot fi făcute la o distanță mai mică, până la 3 m. Pentru a determina conformitatea trebuie să fie utilizat un factor de proporționaliate de 20 db pe decadă pentru a converti rezultatele măsurării la distanța specificată. Curs 5 23 /46
SR EN 55022, CISPR 22 Echipamente pentru tehnologia informației, 2011 Caracteristici de perturbații radioelectrice. Limite și metode de măsurare Domeniu de aplicare și scop Acest standard internațional se aplică la ETI. Sunt indicate proceduri pentru măsurarea nivelurilor perturbațiilor generate de ETI; limitele sunt specificate pentru domeniul de frecvențe de la 9 khz pana la 400 GHz atât pentru echipamentele de clasa A cât și de clasa B. Nu este necesar să se efectueze măsurări la frecvențe pentru care nu sunt specificate limite. Scopul acestui standard este de a stabili cerințe uniforme pentru limitele perturbațiilor radioelectrice ale echipamentelor cuprinse în domeniul de aplicare, de a fixa limite pentru nivelul perturbațiilor, de a descrie metode de măsurare, de a standardiza condițiile de funcționare și interpretarea rezultatelor. Curs 5 24 /46
Definiție ETI Echipament pt tehnologia informației = este orice echipament care are o funcție primară de intrare, stocare, afișare, regăsire, transmitere, procesare, comutare sau control a datelor și a mesajelor de telecomunicații și care pot fi echipate cu unul sau mai multe porturi terminale utilizate în mod obișnuit pentru transferul de informații. Clasificarea echipamentelor ETI Echipamentele pt tehnologia informației, ETI, se împart în două clase: ETI Clasa A; ETI Clasa B. Curs 5 25 /46
ETI Clasa B: sunt destinate în pricipal pentru a fi utilizate în mediul rezidențial și pot include: echipamente care nu au un amplasament de utilizare fix, de exemplu echipamentele portabile alimentate de la acumulatoare sau baterii încorporate; echipamente terminale de telecomunicații alimentate la o rețea de telecomunicații; calculatoare personale și echipamente auxiliare conectate la acestea. ETI Clasa A: este formată din toate celelalte ETI care respectă limitele de perturbații ale clasei A, dar nu pe cele ale clasei B. În instrucțiunile de utilizare trebuie să fie inclus un avertisment care să evidențieze clasa din care face parte, deoarece aceste echipamente pot provoca interferențe radio și i se poate cere utilizatorului să ia măsuri corespunzătoare. Curs 5 26 /46
Proceduri și metode de test Curs 5 27 /46
Standul de măsurare a perturbațiilor transmise prin radiație Curs 5 28 /46
Aparate utilizate Antena LPDA constă, în mod obișnuit, dintr-o serie de dipoli cunoscuți sub denumirea de "elemente", poziționate de-a lungul unui braț de sprijin situat pe axa antenei. Elementele sunt distanțate la intervale după o funcție logaritmică a frecvenței, cunoscută ca d sau sigma. Lungimea elementelor corespunde rezonanței la frecvențe diferite din lărgimea de bandă a antenei. Aceasta duce la o serie de dipoli tot mai scurte spre "frontul" antenei. Relația dintre lungimi este o funcție cunoscută sub numele de tau. Lungimile în continuă scădere fac aspectul LPDA, privit din partea de sus, ca un triunghi sau săgeată cu vârful îndreptat în direcția modelului de radiație de vârf. Sigma și tau sunt elementele de design cheie ale designului LPDA. Curs 5 29 /46
Fiecare element din proiectul LPDA este "activ", adică conectat electric la linia de alimentare împreună cu celelalte elemente, deși la o frecvență majoritatea elementelor nu atrag puțin curent. Fiecare element succesiv este conectat în fază opusă la conexiunea activă care rulează ca o linie de transmisie de-a lungul brațului. Din acest motiv, acea linie de transmisie poate fi văzută adesea zig-zagging peste brațul de susținere al elementelor. Un model comun de proiectare este de a utiliza două brațe care acționează de asemenea ca linia de transmisie, montarea dipolilor pe brațele alternative. Alte forme ale designului log-periodic înlocuiesc dipolii cu linia de transmisie în sine, formând antena zig-zag log-periodică. Există și multe alte forme care utilizează firul de transmisie ca element activ. Curs 5 30 /46
Analizorul spectral Analogul osciloscopului în domeniu frecvență. Utilizări: Vizualizarea spectrului semnalului; Măsurarea Spurious emissions (emisii parazite); Măsurări de compatibilitate electromagnetică; Monitorizarea spectrului radioelectric; Determinarea distorsiunilor armonice și de intermodulație; Măsurarea puterii de ieșire; Măsurarea benzii ocupate; Determinarea modulației, demodulare. Curs 5 31 /46
SR EN 55011 Benzi de frecvență Banda de frecvențe de la 9 khz până la 150 khz Limitele pentru radiația electromagnetică perturbatoare în banda de frecvențe de la 9 khz până la 150 khz sunt în studiu, cu excepția cuptoarelor cu inducție. Banda de frecvențe de la 150 khz până la 1 GHz Valorile limită ale radiației electromagnetice perturbatoare în banda de frecvențe de la 150 khz la 1GHz: pentru echipamentele din Grupa 1, Clasele A și B sunt specificate în Tabelul 1, pentru echipamentele din Grupa 2, Clasa B în Tabelul 2, pentru echipamentele din Grupa 2, Clasa A în Tabelul 3. Pentru cuptoarele cu inducție din Grupa 2, Clasa B limitele sunt specificate în Tabelul 4 și 5. Curs 5 32 /46
Tabelul 1, Grupa 1, Clasele A și B Limite ale radiației electromagnetice perturbatoare pentru echipamente din Grupa 1 Banda de frecvență, MHz Măs. pe amplasament de încercare Grupa 1, Clasa A Distanța de măsurare 30 m db(µv/m) Grupa 1, Calsa B Dist. de măsurare 10 m db(µv/m) Măsurare,,în situ Grupa 1, Clasa A Măsurătoare la o dist. de 30 m plecând de la peretele exterior al clădirii în care se găsește echipamentul, db(µv/m) 0.15-30 în studiu în studiu în studiu 30-230 30 30 30 230-1000 37 37 37 Tabelul 2, Grupa 2, Clasa B Limite ale radiatiei electromagnetice perturbatoare pentru echipamente din Grupa 2, Clasa B, măsurate pe un amplasament de încercare Banda de frecvențe, MHz Câmp electric de cvasivârf Dist. de măs. 10 m, db(µv/m) Câmp magnetic de cvasivârf Dist. de măs. 3 m, db(µa/m) 0.15-30 - 39-3 30-80.872 30-80.872-81.828 50-81.848-134.786 30-134.786-136.414 50-136.414-230 30-230-1000 37 - Curs 5 33 /46
Tabelul 3, Grupa 2, Clasa A Limite ale radiației electromagnetice perturbatoare pentru echipamentele din Grupa 2, Clasa A Banda de frecvențe MHz Distanța D măsurată de la peretele exterior al clădirii, db(µv/m) Limite la o distanță de măsurare D Distanta D=30m masurata de la echipament, pe un amplasament de incercare, db(µv/m) 0.15-0.49 75 85 0.49-1.705 65 75 1.705-2.194 70 80 2.194-3.95 65 75 3.95-20 50 60 20-30 40 50 30-47 48 58... 87-134.786 40 50 134.786-136.414 50 60 136.414-156 40 50 156-174 54 64 174-188.7 30 40 188.7-190.979 40 50 190.979-230 30 40 230-400 40 50 400-470 43 53 470-1000 40 50 Curs 5 34 /46
Limite ale curentului indus de câmpul magnetic într-o antenă cadru de 2 m, amplasată în jurul echipamentului supus încercării Banda de frecvențe MHz Tabelul 4, Grupa 2, Clasa B, Cuptoare cu inducție Conponenta orizontală Limite în db(µa) Valoare de cvasivârf Componenta verticală 0.009-0.07 88 106 0.07-0.1485 88-58 106-76 0.1485-30 58-22 76-40 Tabelul 5, Grupa 2, Clasa B, Cuptoare cu inducție Banda de frecvențe, MHz Limite ale câmpului magnetic Limite în db(µa/m) la o distanță de 3m Valoare de cvasivârf 0.009-0.07 69 0.07-0.1485 69-39 0.1485-4 39-3 4-30 3 Curs 5 35 /46
Banda de frecvențe de la 1 GHz până la 18 GHz Pentru măsurările pe un amplasament de încercare, limita puterii radiației electromagnetice perturbatoare este de 57 db(pw) putere aparentă radiată relativă la un dipol semi-undă în banda de frecvențe de la 11.7 GHz până la 12.7 GHz. Pentru restul benzii, limitele sunt în studiu. Pentru măsurările în situ limitele sunt în studiu. Limitele asociate metodei de măsurare care utilizează o reverberantă sunt în studiu. cameră Banda de frecvențe de la 18 GHz la 400 Limitele pentru banda de frecvențe de 18 GHz la 400 sunt în studiu. Curs 5 36 /46
Limite ale radiației electromagnetice perturbatoare pentru echipamente din Grupa 1 Banda de frecvența, MHz Măsurare,,în situ Grupa 1, Clasa A Măsurătoare la o distanță de 30 m plecând de la peretele exterior al clădirii în care se găsește echipamentul, db(µv/m) 0.15-30 In studiu 30-230 30 230-1000 37 Implementarea limitelor Curs 5 37 /46
SR EN 55014-1, CISPR 14-1 Limitele perturbațiilor radiate pentru jucării în domeniul de frecvențe de la 30 MHz la 1000 MHz la 10 m distanță de sursă Domeniul de frecvență, MHz Quasi-Peak, db(µv/m) 30-230 30 230-1000 37 Curs 5 38 /46
Implementarea limitelor Domeniul de frecvență, MHz Quasi-Peak, db(µv/m) 30-230 30 230-1000 37 Curs 5 39 /46
SR EN 55022, CISPR 22 Perturbații radiate Echipamentul supus încercării trebuie să respecte limitele din Tabelele 1 sau 2, dacă măsurarea se efecutează la o distanță de măsurare R în conformitate cu metodele descrise în standard. Dacă indicația receptorului de măsurare este fluctuantă în apropierea limitei, această indicație trebuie să fie urmarită cel puțin 15 s la fiecare frecvență de măsurare; indicația maximă trebuie să fie înregistrată, cu excepția oricărui vârf singular care trebuie să fie neglijat. Curs 5 40 /46
Tabelul 1, ETI Clasa A Limite ale pertubațiilor radiate pentru ETI de clasa A la o distanță de 10 m Domeniul de frecvență, MHz Limite cavsivârf, db (µv/m) 30-230 40 230-1000 47 Tabelul 2, ETI Clasa B Limite ale pertubațiilor radiate pentru ETI de clasa B la o distanță de 10 m Domeniul de frecvență, MHz Limite cavsivârf, db (µv/m) 30-230 30 230-1000 37 Curs 5 41 /46
Limite ale pertubațiilor radiate pentru ETI de clasa A la o distanță de 10 m Domeniul de frecvență, MHz Limite cavsivârf, db (µv/m) 30-230 40 230-1000 47 Implementarea limitelor Curs 5 42 /46
SR EN 55011 Perturbații radiate Pressing Line 800 - Curs 5 43 /46
Curs 5 44 /46
SR EN 55011 Perturbații radiate Coil Car Curs 5 45 /46
SFÂRȘIT (ÎNCĂ un pas spre FINAL!!) J Curs 5 46 /46