Część 7. Zaburzenia przewodzone. a. Geneza i propagacja, normy i pomiar

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Część 7. Zaburzenia przewodzone. a. Geneza i propagacja, normy i pomiar"

Stanisława Wawrzyniak
7 lat temu
Przeglądów:

1 Część 7 Zaburzenia przewodzone a. Geneza i propagacja, normy i pomiar

2 Wymagania kompatybilności elektromagnetycznej Wymagania normatywne emisja zaburzeń odporność na zaburzenia (UE) Poziomy norm Unia Europejska CISPR EN55xxx IEC EN50xxx EN60xxx, 61xxx obowiązują na podstawie dyrektywy EMC 2004/108/WE znak CE Dodatkowe zróżnicowanie USA, Kanada FCC Part 15 obecnie znacząco zbieżna z EN znak FCC podstawowe ogólne środowiska (domowe przemysłowe/biurowe) produktowe urządzenia lub zastosowania (np. medyczne) pierwszeństwo ma bardziej szczegółowa emisja (emission) odporność/podatność (immunity/susceptibility) drogi propagacji Wymagania funkcjonalne odporność na zaburzenia (USA) autokompatybilność (układ nie zakłóca własnej pracy) 2

Pojęcia normatywne Zaburzenie (disturbance) przyczyna Zakłócenie (interference) skutek emitowane przez źródło (source, culprit) propaguje się do ofiary przez przewodzenie (przepływ prądu)

3 Pojęcia normatywne Zaburzenie (disturbance) przyczyna Zakłócenie (interference) skutek emitowane przez źródło (source, culprit) propaguje się do ofiary przez przewodzenie (przepływ prądu) przez promieniowanie (pole elektromagnetyczne) nieprawidłowe działanie ofiary (victim) wywołane przez zaburzenie Terminologia potoczna zakłócenie w obu znaczeniach EMI zwykle w znaczeniu zaburzeń 3

Częstotliwości zaburzeń normy a emisja z przekształtników elektronicznych 50 Hz 2 khz 9 khz 150 khz Pasmo Wartości charakterystyczne Źródło 50 Hz 2 khz Częstotliwość sieciowa i jej

4 Częstotliwości zaburzeń normy a emisja z przekształtników elektronicznych 50 Hz 2 khz 9 khz 150 khz Pasmo Wartości charakterystyczne Źródło 50 Hz 2 khz Częstotliwość sieciowa i jej harmoniczne Kondensatory prostowników Częstotliwość przełączania i jej harmoniczne Czas trwania impulsu Przełączanie łączników półprzewodnikowych 9 khz 150 khz 150 khz 30 MHz 30 MHz Czas przełączania 4

Skutki zwiększania szybkości pracy przekształtników impulsowych Wzrost częstotliwości przełączania szersze pasmo zaburzeń niekorzystne istotne dopóki f < 150 khz s Wzrost szybkości przełączania

5 Skutki zwiększania szybkości pracy przekształtników impulsowych Wzrost częstotliwości przełączania szersze pasmo zaburzeń niekorzystne istotne dopóki f < 150 khz s Wzrost szybkości przełączania szersze pasmo zaburzeń intensywniejsza propagacja przez promieniowanie 1/πtp większe odległości między harmonicznymi mniejsza energia zaburzeń w paśmie chronionym korzystne wyraźne gdy f 150 khz s intensywniejsza propagacja przez promieniowanie niekorzystne łatwość filtracji korzystne 1/Ts 1/πtsw 2/Ts 5

6 Układ pomiarowy zaburzeń przewodzonych dla urządzeń sieciowych napięcie odkładane przez prądy zaburzeń na normatywnej impedancji Analizator widma pomiar amplitudy napięcia zaburzeń w funkcji częstotliwości Sieć napięcia przemiennego małe odkształcenie napięcia Sieć sztuczna normalizacja impedancji, na którą oddziałuje badany układ Filtr zaburzeń Prostownik źródło zaburzeń niskiej częstotliwości (harmoniczne 50 Hz) Przetwornica impulsowa źródło zaburzeń średniej i wysokiej częstotliwości (częstotliwość przełączania i jej harmoniczne) Odbiornik zwykle o mocy znamionowej przekształtnika Badany przekształtnik 6

Sieć sztuczna Zadania filtracja napięcia sieci minimalizacja wpływu zaburzeń obecnych w sieci zapewnienie standardowej, stałej impedancji źródła zasilającego (ofiary) mierzone urządzenie (napastnika)

7 Sieć sztuczna Zadania filtracja napięcia sieci minimalizacja wpływu zaburzeń obecnych w sieci zapewnienie standardowej, stałej impedancji źródła zasilającego (ofiary) mierzone urządzenie (napastnika) powtarzalność wyników wytworzenie sygnału kompatybilnego z urządzeniami pomiarowymi Sygnał wyjściowy (wejście analizatora widma) niskie napięcie (wyłącznie w.cz.) występujące na normatywnej impedancji stąd jednostką mierzonych zaburzeń są dbμv 7

8 Konstrukcja sieci sztucznej Nazewnictwo sieć sztuczna = artificial mains potoczne, ale w normach naukowo: obwód stabilizacji impedancji sieci = LISN Line Impedance Stabilization Network Topologia i parametry Filtr górnoprzepustowy na wyjściu do analizatora określone w normie CISPR16 pasmo 150 (9) khz 3 MHz impedancja wyjściowa dla w.cz. 50 Ω (nienormatywne 75 Ω) określona charakterystyka częstotliwościowa dla ś.cz. kondensatory szeregowe 0,1 µf Filtr zaburzeń obecnych w sieci cewki 50 µh nie przepuszczają zaburzeń do urządzenia badanego kondensatory 1 µf zapewniają ścieżkę dla prądu zaburzeń 8

9 Charakterystyka częstotliwościowa impedancji wyjściowej 9

10 Impedancje elementów dla niskich i wysokich częstotliwości 30 MHz 50 Hz 10

11 Pełny schemat sieci sztucznej Rohde&Schwarz ENV216 Dodatkowe filtry od strony sieci Tłumik sygnału 10 db + ogranicznik szybkich stanów przejściowych (transient suppressor) Sztuczna dłoń (artificial hand) 11

Sztuczna dłoń Standaryzowana impedancja człowieka ręka-ziemia do badania urządzeń przeznaczonych do trzymania w dłoni przyłączana do metalowych

12 Sztuczna dłoń Standaryzowana impedancja człowieka ręka-ziemia do badania urządzeń przeznaczonych do trzymania w dłoni przyłączana do metalowych części obudowy oraz do folii przewodzącej owiniętej w miejscach chwytu Liczy się wynik pomiaru zaburzeń w gorszym z przypadków (z/bez sztucznej dłoni) 12

Bezpieczeństwo pracy z siecią sztuczną Gdyby sieć sztuczna była uziemiona przez przyłącze sieciowe, doprowadziłoby to do zadziałania zabezpieczeń Prąd filtrów wejściowych sieci sztucznej (~100

13 Bezpieczeństwo pracy z siecią sztuczną Gdyby sieć sztuczna była uziemiona przez przyłącze sieciowe, doprowadziłoby to do zadziałania zabezpieczeń Prąd filtrów wejściowych sieci sztucznej (~100 ma) zamyka się przez PE Ten prąd upływu jest większy od progu zabezpieczeń różnicowych nie może ich być w instalacji lub sieć sztuczna nie może być uziemiona przez przewód PE sieci zasilającej 13

lub intencjonalny brak uziemienia poprzez kondensatory na obudowie wytworzy się potencjał 115 V (AC) przewody

14 Bezpieczeństwo pracy z siecią sztuczną (cd.) Niebezpieczeństwo Sieć zawsze musi być osobno połączona w pewny sposób z dobrym uziomem awaryjny, przypadkowy lub intencjonalny brak uziemienia poprzez kondensatory na obudowie wytworzy się potencjał 115 V (AC) przewody nieizolowane aby dostrzec uszkodzenie duży przekrój mniejsza rezystancja i ryzyko przerwania System pomiarowy cały może być galwanicznie połączony z siecią sztuczną (analizator, komputer) 14

15 Przykładowe limity zaburzeń przewodzonych wysokiej częstotliwości Sprzęt komputerowy i naukowy EN50022 = CISPR22, EN50011 FCC Part 15 Klasy A środowisko przemysłowe (i biurowe) B środowisko domowe 15

Detektory analizatorów widma Szczytowy (peak, PK) Uśredniający (average, AV) wartość maksymalna w czasie nie odzwierciedla czasu trwania impulsu ani częstotliwości

16 Detektory analizatorów widma Szczytowy (peak, PK) Uśredniający (average, AV) wartość maksymalna w czasie nie odzwierciedla czasu trwania impulsu ani częstotliwości powtarzania wartość średnia nie odzwierciedla amplitudy Quasi-szczytowy (quasipeak, QP) faza ataku i rozładowania odzwierciedla zarówno amplitudę, jak i współczynnik wypełnienia 16

17 Podział zaburzeń przewodzonych ze względu na drogę propagacji Zaburzenia różnicowe (symetryczne) DM differential-mode (symmetric) przez przewody zasilania z udziałem pasożytniczych R i L w pętli obwodu mocy wywoływane przez prąd model źródła char. napięciowy Zaburzenia wspólne (asymetryczne) CM common mode (asymmetric) przez sprzężenia do ziemi zwykle pasożytnicze C wywoływane przez napięcia model źródła char. prądowy Icm/2 przy założeniu równych impedancji połączeń 17

18 Skutki nierównych impedancji połączeń Nierówne impedancje spowodują różne prądy w L i N Przykład wyniki pomiaru Rzeczywiste prądy: 2 µa w L 5 µa w N CM 3 µa ( w L/N, w E) DM 3,5 µa ( w L, w N) Niesymetryczny CM jest równoważny kombinacji CM i DM (analogia: AC i DC) 18

19 Obwody prądów zaburzeń różnicowych i wspólnych 19

20 Generacja zaburzeń różnicowych w przekształtniku Gdyby kondensator wejściowy był idealny, zaburzenia zamknęłyby się przez niego Model Niższe częstotliwości źródło napięcia kiedy diody są załączone źródło prądu kiedy są wyłączone częstotliwość przełączania i jej harmoniczne Bardzo niskie częstotliwości pomijamy częstotliwość sieci i jej harmoniczne: f 150 khz jednak podmagnesowują rdzenie filtrów, wpływając (negatywnie) na ich skuteczność 20

21 Generacja zaburzeń wspólnych w przekształtniku Sprzężenie pojemnościowe Wyższe częstotliwości wyższe harmoniczne przełączania strome zbocza Przy tych częstotliwościach znacząca staje się emisja przez promieniowanie 21

Wpływ podkładek izolacyjnych Metalowa część obudowy przyrządu półprzewodnikowego Rezystancja cieplna Pojemność elektryczna Wobec tego Zewnętrzny radiator zwykle połączona elektrycznie z jedną z

22 Wpływ podkładek izolacyjnych Metalowa część obudowy przyrządu półprzewodnikowego Rezystancja cieplna Pojemność elektryczna Wobec tego Zewnętrzny radiator zwykle połączona elektrycznie z jedną z końcówek (podłożem technologicznym) często uziemiony ze względu na bezpieczeństwo użytkownika Podkładka izolacyjna pasożytnicza pojemność między obwodem a ziemią propagacja zaburzeń, szczególnie w.cz., dla których impedancja jest mała 22

23 Uproszczony model sieci sztucznej widzianej przez analizator widma L na tyle mała by nie blokować 50 Hz, ale na tle duża, że dla 150 khz stanowi rozwarcie C - na tyle mała by blokować 50 Hz, ale na tle duża, że dla 150 khz stanowi zwarcie 23

24 Sygnał mierzony a składowe zaburzeń Model obwodowy sieci sztucznej zawiera w sobie również impedancję kabla do analizatora widma (50 Ohm) Normy muszą spełnić VL i VN, nie Icm i Idm 24

25 Rozdział zaburzeń na składowe Niemniej systematyczna (rozmyślna) minimalizacja zaburzeń często wymaga pomiaru składowych CM i DM Sieci sztuczne o tej funkcjonalności rzadko spotykane Układ Nave a Układy transformatorowe tłumi DC o 50 db, CM o 4 db transformator przenosi wyłącznie sygnały różnicowe Obie metody wymagają modyfikacji LISN aby dostępne były jednocześnie VL i VN 25

Podobne dokumenty

dr inż. Paweł A. Mazurek Instytut Elektrotechniki i Elektrotechnologii Wydział Elektrotechniki i Informatyki Politechnika Lubelska Ul.

dr inż. Paweł A. Mazurek Instytut Elektrotechniki i Elektrotechnologii Wydział Elektrotechniki i Informatyki Politechnika Lubelska Ul. Nadbystrzycka 38A, 20-416 Lublin p.mazurek@pollub.pl Kompatybilność