WZAJEMNE ODDZIAŁYWANIE URZ

Transkrypt

1 ĆWICZENIE 6EMC 1. Wstęp. WZAJEMNE ODDZIAŁYWANIE URZĄDZEŃ W SYSTEMIE (Analiza EMC systemu) Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze zjawiskami oddziaływania wybranych urządzeń na inne urządzenia pracujące w danym systemie. Do tego celu wykorzystano program komputerowy ANALIZA EMC SYSTEMU wykonany w Katedrze Elektrotechniki Ogólnej i Przekładników PŁ w ramach pracy dyplomowej (inżynierskiej) K. Malinowskiego pod kierunkiem E. Leśniewskiej. Podstawową funkcją tej aplikacji jest badanie relacji między elementami systemu elektrycznego, oraz środowiskiem elektromagnetycznym. 2. Wprowadzenie teoretyczne. Kompatybilność elektromagnetyczna oznacza zdolność urządzenia do zadawalającego działania w środowisku elektromagnetycznym, bez powodowania nadmiernych zaburzeń elektromagnetycznych w stosunku do innych urządzeń działających w tym środowisku. Aby urządzenie było kompatybilne elektromagnetycznie, musi spełniać następujące warunki: musi być wystarczająco odporne na zakłócenia emitowane przez inne urządzenia, nie może zakłócać pracy innych urządzeń, nie może zakłócać się samo ( kompatybilność wewnętrzna ). Emisja elektromagnetyczna (emission E) jest to zjawisko wysyłania energii elektromagnetycznej. Wyróżniamy emisję przewodzoną i promieniowaną. Pomiar emisji przewodzonej wykonuje się za pomocą: Analizatora widma w zakresie częstotliwości od150khz do 30 MHz, Cęgów absorpcyjnych dla częstotliwość powyżej 30 MHz, Analizatora harmonicznych dla częstotliwości do 2kHz. Pomiar emisji promieniowanej wykonuje się z wykorzystaniem: Anteny pomiarowej w zakresie częstotliwości od 30MHz do 1000 MHz, Komory TEM, GTEM lub pomieszczeń bezodbiciowych. Odporność elektromagnetyczna (immunity I), jest to zdolność urządzenia, systemu lub instalacji do działania, w obecności zaburzeń (zakłóceń) elektromagnetycznych, bez niedopuszczalnych odchyleń charakterystyk roboczych. Odporność określana jest na podstawie doświadczalnie wyznaczonej wrażliwości elektromagnetycznej. Wrażliwość elektromagnetyczna ( susceptibility S) jest to brak odporności elektromagnetycznej. Zarówno odporność elektromagnetyczna jak i emisyjność są pojęciami stochastycznymi. 1

2 Sprzężenie między urządzeniem B (źródłem zaburzenia) i urządzeniem A B E B C BA S E BA A Między urządzeniem A i B występuje sprzężenie. Współczynnik sprzężenia można określić jako względną emisję zaburzenia. Określa on jaka część zaburzeń wytworzonych przez urządzenie B oddziaływuje na urządzenia A. C BA = E BA / E B E BA emisja zaburzenia wytwarzanego przez urządzenie B na wejściu urządzenia A E B emisja zaburzenia wytwarzanego przez urządzenie B Współczynnik C BA < 1, czyli w mierze logarytmicznej [db] C BA < 0 Aby urządzenie A nie było zakłócane odporność powinna być większa od emisji; I A > E BA I A > E B C BA I A / (E B C BA ) > 1 czyli w mierze logarytmicznej [db] I A [db] ( E B [db] + C BA [db] ) > 0 Przykładowe zadanie: Odporność urządzenia A na pewien typ zaburzeń wynosi 50dB, emisja tego samego typu zaburzenia przez urządzenie zakłócające B wynosi 55dB, współczynnik sprzężenia pomiędzy tymi urządzeniami, dla tego zaburzenia wynosi -15dB. Czy urządzenie A będzie zakłócane? E BA = E B + C BA =55dB 15dB = 40dB; I A E BA > 0; 50dB - 40dB > 0 Odp. Urządzenie A nie będzie zakłócane. 2

3 Poziomy odporności i emisyjności (interpretacja graficzna dla dwóch urządzeń A i B ) S A Z SU I A Z I K Z K Z E Z EU E BA E B K poziom kompatybilności (określony, przewidywany maksymalny poziom zaburzeń elektromagnetycznych, który może oddziaływać na urządzenie); z reguły poziom ten jest tak wybierany, aby istniało tylko niewielkie prawdopodobieństwo jego osiągnięcia. Jednakże należy pamiętać, że kompatybilność elektromagnetyczna jest osiągana tylko wówczas jeżeli poziom emisji i odporności są tak kontrolowane, że w każdym punkcie systemu poziom zaburzenia, będący rezultatem kumulowania się zaburzeń pochodzących od różnych źródeł, jest mniejszy od poziomu odporności dla każdego urządzenia. I A poziom odporności (maksymalny poziom określonego zaburzenia elektromagnetycznego, oddziaływającego na urządzenie A, przy którym jest ono zdolne do pracy z wymaganą jakością), S A wrażliwość elektromagnetyczna urządzenia A, E B poziom emisji (poziom określonego zaburzenia elektromagnetycznego, emitowanego z urządzenia B), E BA poziom emisji (emisja zaburzenia wytwarzanego przez urządzenie B na wejściu urządzenia A), Z K zapas kompatybilności (margines kompatybilności). Z K = I A - E BA jest przyjmowany w granicach od 6dB do 20dB. Z K = 20 db oznacza że odporność jest dziesięciokrotnie większa od poziomu zaburzeń na wejściu urządzenia. Z E zapas ( margines) emisji (planowany) Z E = K E BA Z I zapas (margines) odporności (planowany) Z I = I A - K Z SU zapas ( margines) wrażliwości urządzenia (konstrukcyjny) Z SU = S A I A Z EU zapas (margines) emisyjności urządzenia (konstrukcyjny) Z EU = E BA E B 3

4 3. Obsługa programu. Program pozwala zdefiniować urządzenia wchodzące w skład systemu. Użytkownik może stworzyć własny model urządzenia, lub wykorzystać wybrany model z biblioteki programu. Przed wyborem modelu należy określić rodzaj analizowanych zaburzeń (przewodzone lub promieniowane). Dla modelu definiuje się widmo emisji zaburzeń i widmo odporności na zaburzenia poprzez wprowadzanie poziomów emisji i odporności dla wybranych częstotliwości. Poziomy te mogą być wprowadzane w skali decybelowej, lub liniowej. Wartości tych poziomów można pomierzyć, lub wczytać z biblioteki programu. Ponadto dla opcji dotyczącej zaburzeń promieniowanych należy przygotować wcześniej plan usytuowania urządzeń w pomieszczeniu z informacją o odległościach między poszczególnymi urządzeniami. Po podaniu wszystkich wymaganych danych można przejść do obliczeń i uzyskać wyniki analizy stwierdzającej które urządzenie jest zakłócane przez poszczególne urządzenia i cały system. W przypadku nadmiernych zakłóceń możliwa jest opcja korygowania planu (odległości między urządzeniami). Dla ułatwienia pracy z programem przedstawiono poniżej kolejne opcje wyboru. Rys. 1 Wybór nowego projektu Rys. 2 Wybór rodzaju analizowanych zaburzeń i liczby urządzeń (wybrano opcję analizy zaburzeń promieniowanych) 4

5 komputer1 laptop1 2m 3m 4m robot kuchenny Rys. 3 Przykładowy plan rozmieszczenia urządzeń (poza programem). Rys. 4 Wybór rodzaju urządzenia (nazwa i rysunek) Na rysunku 4 umieszczono okienko programu do wprowadzania danych poszczególnych urządzeń. Klikając na zaznaczoną ikonę wybieramy z biblioteki programu rodzaj urządzenia. Następnie klikając wybraną ikonę urządzenia przechodzimy do wprowadzania danych dla tego urządzenia. 5

6 Rys. 5 Wybór sposobu wprowadzania poziomu emisji zaburzeń (należy uprzednio kliknąć na ikonę urządzenia) Rys. 6 Wprowadzanie poziomu emisji zaburzeń (ręcznie, lub wczytując patrz opcja Dane dyskowe) 6

7 Rys. 7 Wybór sposobu wprowadzania poziomu odporności na zaburzenia Rys. 8 Wprowadzanie poziomu odporności na zaburzenia i zapasu bezpieczeństwa (ręcznie, lub wczytując patrz opcja Dane dyskowe) 7

8 Rys. 9 Wprowadzanie odległości między poszczególnymi urządzeniami systemu. Rys. 10 Wyniki analizy EMC systemu. (po wprowadzeniu wszystkich wymaganych danych dla poszczególnych urządzeń) Dla danych wprowadzonych w powyższym przykładzie analizy promieniowania trzech urządzeń systemu widać że poszczególne dwa urządzenia nie zakłócają swojej pracy. Natomiast praca w systemie w wyniku kumulowania się zaburzeń od poszczególnych urządzeniach jest zakłócona. Zakłócona została praca komputera, zaś laptop ma naruszony zapas bezpieczeństwa. 8