TEHNICA MASURARII IMUNITATII LA PERTURBATII

1. TEHNICA MASURARII IMUNITATII LA PERTURBATII • Masurarea imunitatii (a rezistentei la perturbatii) serveste pentru determinarea aptitudinii unui aparat sau echipament electronic de a functiona fara degradare in prezenta perturbatiilor electromagnetice care pot apare la locul sau de utilizare Practica experimentala Nivel de perturbatii corespunzator diferitelor locuri de amplasare Marimi perturbatoare in locul de amplasare Nivel (grad) de severitate a incercarii Masuratori speciale • Datorita cerintelor foarte diferite impuse pentru rezistenta la perturbatii in sistemele si echipamentele electrice se vor aborda bazele electrotehnice ale procedeelor si aparatelor utilizate. CEM - Curs 5

2. Masuratori de imunitate (Simulare IEM) • Cuplaj galvanic: • Tensiuni tranzitorii in retea • Supratensiuni de energie mica(Burst) • Supratensiuni de energie mare (traznet) • Frecvente discrete • Camp E si H, unde electromagnetice • Antene domeniu frecventa • Antene domeniu timp • Injectie de curent • Descarcari electrostatice • Scantei in aer • Releu de cuplaj in SF CEM - Curs 5

3. SIMULAREA PERTURBATIILOR TRANSMISE PRIN CONDUCTIE + Simulator de perturbatii Dispozitiv de cuplare Elemente de decuplare de la retea Elemente de cuplare cu obiectul incercat • Simularea perturbatiilor de mod normal si mod comun • Simularea perturbatiilor de joasa frecventa din retelele de joasa tensiune (impulsuri in domeniul ms) • Simularea perturbatiilor de comutatie de banda larga si energie redusa (burst) • Simularea supratensiunilor de banda larga si energie mare (generatorul hibrid) • Simularea descarcarilor electrostatice • Simularea perturbatiilor de banda larga CEM - Curs 5

4. Obiect de incercat L1 L11 L1 CN CN N L11 L1 CN PE CK CK L1 L11 Obiect de incercat L1 CN CN uP N L11 L1 CN PE CK CK uP SIMULARE, PRIN CUPLARE CAPACITIVA, A PERTURBATIILOR DE MOD COMUN SI MOD NORMAL CEM - Curs 5

5. Rolul elementelor de circuit: • Impedantele L1 si L11 : • Impiedica patrunderea impulsurilor de incercare in reteaua de alimentare • Garanteaza obtinerea unei anumite forme de unda la obiectul incercat • Fara inductivitati serie, practic, majoritatea simulatoarelor de perturbatii ar fi scurtcircuitate datorita impedantei mici a retelei. • Condensatoarele de filtraj sustin decuplarea de la retea • Pastrarea severitatii conditiilor de incercare trebuie dovedita prin dispozitive adecvate de masurare a tensiunii si curentului montate direct la bornele obiectului de incercat CEM - Curs 5

6. uP Obiect de incercat 1:1 L1 Ck N PE uP 1:1 Obiect de incercat L1 Ck N Ck PE SIMULARE, PRIN CUPLARE INDUCTIVA, A PERTURBATIILOR DE MOD NORMAL SI MOD COMUN • CK sunt condensatoare de decuplare fata de reteaua de alimentare • Cuplarea inductiva este mai putin utilizata datorita lipsei de pe piata a unor transformatoare de impulsuri de banda larga de putere mare. CEM - Curs 5

7. SIMULAREA PERTURBATIILOR DE JOASA FRECVENTA DIN RETELE DE JOASA TENSIUNE Simularea supratensiunilor datorate deconectarii dispozitivelor de protectie la curent Simularea caderilor de tensiune sau intreruperi de scurta durata ale tensiunii de alimentare Producerea tensiunii se face prin descarcarea unui condensator acumulator de energie, in momentul atingerii valorii de varf Marimea condensatorului acumulator se calculeaza in functie de impedanta de intrare capacitiva a dispozitivului electronic si de impedanta bobinelor de decuplare fata de retea. CEM - Curs 5

8. Simulator de perturbatii Osciloscop u(t) u(t) X1 L1 Obiect de incercat (L2)N Linie de alimentare, max. 5 m X2 Simulator de perturbatii Osciloscop(izolat galvanic) X1 L1 Obiect de incercat L2 X2 L3 Linie de alimentare, max. 5 m Incercarea la supratensiuni pentru dispozitivele monofazate (VDE 0160) Incercarea la supratensiuni pentru dispozitivele trifazate (VDE 0160) CEM - Curs 5

9. Comutator electronic Obiect de incercat L1 AT N Simularea variatiilor de scurta durata ale tensiunii de alimentare (VDE 0839) Caderi de tensiune sau intreruperi de tensiune • Valoare tipica pentru durata de intrerupere completa a tensiunii retelei : 10ms • Valoare tipica pentru o cadere de tensiune : 20 ms (la 50 % din valoarea nominala) • Se pot simula si caderi de tensiune periodice (asa cum apar in fenomenele de comutatie ale invertoarelor) CEM - Curs 5

10. 15ms 90% 50% Ts 10% Tc 300ms SIMULAREA PERTURBATIILOR DE COMUTATIE DE BANDA LARGA SI ENERGIE REDUSA (BURST) • Supratensiunile produse de deconectarea bobinelor releelor si contactoarelor, ca si a altor consumatori inductivi se manifesta in majoritatea cazurilor ca salve de impulsuri perturbatoare pe conductoarele de alimentare, de semnal si de date (VDE 0843). Timp de crestere Tc = 5ns±3% Durata de semiamplitudine Ts=50ns±3% CEM - Curs 5

11. Parametrii salvei de impulsuri: • Amplitudinea salvei • Valoarea de varf se alege in functie de: • Tipul aparatului de incercat • Natura liniei (retea, semnal, date, etc) • Perioada salvei 300ms20% • Lungimea salvei 15ms20% • Frecventa de repetitie a impulsurilor depinde de severitatea incercarii CEM - Curs 5

12. S1 S2 Rinc LP 50 10nF Comanda salvei Producerea impulsului singular = Cs Rs Schema de principiu a unui generator de salve • S1 determina lungimea salvei si perioada acesteia • S2 asigura producerea impulsului singular si perioada sa (eclator, comutator static) • Lp/RS determina frontul impulsului • CsRS determina durata impulsului CEM - Curs 5

13. Cuplarea la linii de alimentare: • Condensatoare de cuplare concentrate (10…35 F) • Bobine de decuplare fata de retea • Cuplarea la linii de semnal, de comanda si de date • Capacitati de cuplare distribuite (cuploare capacitive): 50…200 pF CEM - Curs 5

14. Generatorul de salve 250H L1 250H N 250H PE Retea Bobine de decuplare Condensatoare de cuplare • Cuplarea la liniile de alimentare CEM - Curs 5

15. Cuplarea la liniile de semnal, de comanda si de date se face prin capacitati de cuplare distribuite, capacitati concentrate sau o folie autoadeziva cu o capacitate de 100 pF fata de mantaua cablului. CEM - Curs 5

16. SIMULAREA SUPRATENSIUNILOR DE BANDA LARGA SI ENERGIE MARE (GENERATORUL HIBRID) • Supratensiunile de energie mare se produc in urma cuplajelor galvanice sau inductive create de descarcarile atmosferice, manevrelor de comutatie in sistemele electroenergetice, etc. • Simularea supratensiunilor de energie mare se face cu generatoare clasice de impulsuri de traznet sau de comutatie. • Parametrii supratensiunilor de energie mare sunt: • Timpul de crestere: Tc • Durata frontului: Tf = 1.67Tc • Timpul de spate: Ts = T’s CEM - Curs 5

17. Tf Tc 90% 100% 90% 50% 10% 50% Tc 30% T’sTs Tf Ts • Durata frontului si a spatelui dupa VDE 0433 si CEI 60-2 • Timpul de crestere si de spate dupa CEI 469-1 • Parametri uzuali: • Impuls de traznet 1.2/50: Tf = 1.2s±30% si Ts = 50 s±20% • Impuls de comutatie 10/700: Tf = 10s±30% si Ts = 700 s±20% CEM - Curs 5

18. ES Rinc RF U0 = Cs CF Rs u(t) Schema de generator de impulsuri pentru producerea tensiunilor de traznet si de comutatie • Sunt generatoare de impuls cu un singur etaj, cu o impedanta interna relativ mare, fiind mult folosite pentru incercarea izolatiei. • Timpul de crestere, tinand cont ca Cs>>CF, este data de: • Tc=2.2RFCF CEM - Curs 5

19. ES Rinc LS RS1 i(t) U0 = Cs Rs2 u(t) RE Schema de principiu pentru un generator hibrid • Se utilizeaza pentru obiecte de incercare de impedanta mica, la care o incercare a izolatiei nu este semnificativa. • Generatorul hibrid furnizeaza obiectelor de incercat de impedanta mare formele de tensiune cerute de norme, iar in cazul obiectelor de impedanta mica permit obtinerea unui curent foarte apropiat de curentul de scurtcircuit. • Frontul impulsului este determinat de un grup LR CEM - Curs 5

20. Obiect de incercat 100M 10…1k ED 0-30kV Rinc Rs = Cs 150pF Rs2 Platbanda de masa, respectiv pamantare, lungime 2m SIMULAREA DESCARCARILOR ELECTROSTATICE Schema de principiu a unui simulator pentru descarcari electrostatice Cs – condensator acumulator Rs – rezistenta de descarcare ( s-a fixat o valoare de 330 ) ED – electrod de descarcare CEM - Curs 5

21. Obiect de incercat Releu 100M 10…1k 0-30kV Rinc Rs = Cs 150pF Rs2 Schema de principiu a unui simulator pentru descarcari electrostatice cu releu de inalta tensiune • Se utilizeaza pentru a elimina problemele legate de faptul ca descarcarea prin scanteie nu are intotdeauna aceeasi desfasurare in timp, iar tensiunea de strapungere a intervalului respectiv depinde de presiunea si temperatura ambianta(deci de densitatea aerului). • Ca releu de descarcare se utilizeaza releele umplute cu H2 sau SF6 sub presiune • Se caracterizeaza printr-o mai buna reproductibilitate a formei tensiunii, insa caracteristicile unei descarcari electrostatice sunt simulate cu mai putine fidelitate decat in schema simpla. CEM - Curs 5

22. OBSERVATII. • Lipsesc impulsurile de predescarcare, care apar prin incarcarea si descarcarea capacitatilor parazite. • Impulsul standard definit prin VDE 0846 poate fi produs numai printr-un dispozitiv de calibrare, utilizabil pentru compararea diferitelor tipuri de simulatoare ESD. • Valorile de varf ale curentului de cateva zeci de amperi se obtin, indirect, prin reglarea tensiunii de incarcare a condensatorului acumulator. • In mod obisnuit, condensatorul acumulator si rezistenta de descarcare sunt montate intr-un ‘pistol de incercare’ legat la sursa de inalta tensiune printr-un cablu coaxial si cu masa de referinta (conductorul PE) printr-un conductor de 2 m. CEM - Curs 5

23. Obiect de incercat Sursa de inalta tensiune Masa de referinta (tabla de Cu) Conductor de pamantare (lungime 2m) • Schema echivalenta a circuitului de incercare cu ‘pistol de incercare’ in laborator. (obiectul de incercat trebuie amplasat izolat pe o suprafata de referinta pusa la pamant) • In cazul incercarilor la locul de montaj acest lucru se face fara suprafata de referinta conductoare si cu conductorul de masa al pistolului legat la conductorul de protectie al retelei. CEM - Curs 5

24. Aparat de incercat in carcasa din material dielectric de calitate H E Suprafata de masa de referinta sau PE Antene pentru camp magnetic si electric utilizate de simulatoarele ESD pentru extinderea posibilitatilor de utilizare CEM - Curs 5

25. iP uP  Obiect de incercat Retea C= 47F SIMULAREA PERTURBATIILOR DE BANDA INGUSTA • Permite aprecierea rezistentei la perturbatii a instalatiilor electronice fata de armonicile superioare si semnalele de telecomanda din retelele de alimentare cu energie electrica • Ca simulatoare se utilizeaza generatoare de semnal urmate de amplificatoare de putere. • Cuplarea inductiva se realizeaza prin intermediul unui transformator de inalta frecventa • Condensatorul de suntare face ca tensiunea cuplata inductiv sa se regaseasca in intregime pe obiectul de incercat CEM - Curs 5

26. SIMULAREA CAMPURILOR PERTURBATOARE DE BANDA INGUSTA • Se realizeaza in incinte ecranate, placate cu elemente absorbante. • Ca antene de emisie se pot lua in considerare toate antenele tratate anterior (ca antene receptor) cu deosebirile: • La antenele de emisie transformatorul de simetrizare la trecerea cablu coaxial/antena trebuie sa fie verificat termic • La folosirea materialelor feromagnetice verificarea va urmari si liniaritatea in intreg domeniul de puteri utilizat CEM - Curs 5

27. Pentru alimentarea antenelor se folosesc surse de tensiune formate dintr-un generator de functii si un amplificator de putere. • Pentru a putea obtine, la obiectul de incercat, pentru toate frecventele de masura o intenstate de camp constanta, variatiile de amplificare so erorile de adaptare trebuie sa fir compensate prin intermediul unui sistem de reglare automata a nivelului, in bucla inchisa. CEM - Curs 5

28. Obiect de incercat SIMULAREA CAMPULUI CU BUCLA DE REGLARE AUTOMATA A NIVELULUI – DETERMINAREA VALORII CAMPULUI CU UN SENZOR DE CAMP - Comparator Valoare de referinta Amplificator Antena izotropa • Amplificatoarele-regulatoare au mai multe intrari pentru a putea cupla mai multi senzori • Utilizarea unei antene izotrope prezinta avantajul posibilitatii de luare in considerare a anizotropiei diagramei de radiatie a antenei de emisie CEM - Curs 5

29. Obiect de incercat SIMULAREA CAMPULUI CU BUCLA DE REGLARE AUTOMATA A NIVELULUI – DETERMINAREA VALORII CAMPULUI CU UN CUPLOR DIRECTIONAL - • Permite masurarea separata a puterii emise care circula spre antena, precum si a puterii reflectate de antena care circula spre emitator. • Diferenta dintre cele doua semnale este o masura a puterii radiate de antena CEM - Curs 5

30. Ief l Ief Obiect de incercat ANTENE PENTRU CAMPURI MAGNETICE, INTRE 30Hz SI 3MHz Bobina cilindrica pentru simularea campurilor magnetice cuasistationare, concentrate Obiect de incercat Bobina cadru pentru simularea campurilor magnetice spatiale • Relatia intre intensitatea campului magnetic si curentul de alimentare este posibil de obtinut numai prin masuratori cu o sonda de masura a campului magnetic CEM - Curs 5

31. E ANTENE PENTRU CAMPURI ELECTRICE, INTRE 10KHz SI 30MHz RESPECTIV 150MHz Antena de camp electric alimentata nesimetric • Impedanta interna a amplificatorului de putere(de 50) se poate adapta la o impedanta de 4 ori mai mare a antenei. • Se obtine o dublare a tensiunii in antena si o transferare efectiva a puterii de inalta frecventa a amplificatorului • Rezistentele de capat trebuie alese astfel incat sa suporte termic puteri de ordinul catorva kW. CEM - Curs 5

32. Antena de camp electric alimentata simetric – permit utilizarea unor rezistente coaxiale uzuale, de inalta frecventa, cu capacitate termica ridicata CEM - Curs 5

33. GHID DE UNDA DESCHIS(LINIE DIN BENZI PARALELE) • Se utilizeaza pentru obtinerea unor campuri electrice omogene, cu configuratie mai bine definita. • Trebuie sa se asigure o impedanta caracteristica de unda constanta de la alimentare pana la rezistenta de capat. • Impedanta caracteristica a liniei este dependenta de geometrie. • La frecvente inalte se pierde transversalitatea si se formeaza moduri de oscilatie superioare. CEM - Curs 5

34. CELULE DE MASURARE TEM (CELULA CRAWFORD) • Sunt incinte ecranate de constructie speciala, destinate masurari imunitatii si emsiilor electromagnetice • Reprezinta ghiduri de unda coaxiale, cu sectiune dreptunghiulara, care se transforma la ambele capete sau numai la unul din ele in sisteme de tip cablu coaxial, cu aceeasi impedanta caracteristica. CEM - Curs 5

35. Impedanta de unda a celulei de masurare: • In zona centrala: • In apropierea peretilor distributia spatiala a intenitatii campului E poate fi determinata experimental cu sonde de camp. • La discontinuitati(trecerea de la partea conica la cea paralelipipedica) se produc unde elementare care se suprapun peste campul initial si distorsioneaza caracterul celulei. CEM - Curs 5

36. CELULA GTEM DE MASURA A EMISIILOR ELECTROMAGNETICE • In celula GTEM se poate propaga o unda TEM nedistorsionata cu un front de unda aproximativ sferic. • Adaptarea corecta dintre conductorul interior si cel exterior pentru frecvente medii se realizeaza cu rezistente concentrate conectate serie si paralel. • La frecvente inalte se completeaza cu un perete cu elemente absorbante. • Se comporta foarte bine la masuratori de imunitate datorita unei structuri de camp bine definite CEM - Curs 5

37. SIMULAREA CAMPURILOR ELECTROMAGNETICE DE BANDA LARGA • Campurile de banda larga apar: • In campul departat produs de variatiile tranzitorii ale tensiunilor si curentilor • La descarcarile de traznet • In tehnologia impulsurilor de putere • In laboratoarele de incercari de inalta tensiune. • Pentru simularea acestora se utilizeaza ghiduri de unda deschise sau inchise, alimentate de la surse de tensiune de impuls. CEM - Curs 5

38. SIMULATOR DE IMPULS MAGNETIC NUCLEAR • Generator de impulsuri de tensiune de ordinul megavoltilor, cu timpi de crestere de numai cateva secunde • Ghid de unda pentru cuplarea campului produs cu obiectul de incercat • Linie din benzi paralele • Linie conica • Conductoare uniforme, la dimensiuni mari ( au avantajul ca aici nu pot sa apara curenti transversali pe directia de propagare) CEM - Curs 5

39. LN ES LS ES CS CN Rs Generator de impulsuri Circuit auxiliar Generator de impulsuri cu circuit auxiliar de formare a impulsurilor rapide CEM - Curs 5