Elektromagnetická kompatibilita ve fyzikálních experimentech

1. Elektromagnetická kompatibilita ve fyzikálních experimentech Jiří Skála, KAE, ZČU v Plzni skalaj@kae.zcu.cz ZČU v Plzni 2012

2. Osnova přednášky • Úvod do problematiky interferenčního působení • Galvanická rušivá vazba, způsoby omezování • Kapacitní rušivá vazba, způsoby omezování • Induktivní rušivá vazba, způsoby omezování • Vazba vyzařováním • Elektromagnetické stínění • Zemnění • Přípojná vedení - stíněné vodiče ZČU v Plzni 2012

3. Obecné schéma EMC Zdroj elektromagnetického rušení Rušený objekt, přijímač rušení Přenosové prostředí, elektromagnetická vazba Polovodičové měniče motory, spínače, relé energetické rozvody osvětlovací technika obloukové pece, svářečky domácí spotřebiče počítače, číslicové systémy atmosférické výboje elektrostatické výboje Společná napájecí síť napájecí vedení signálové vodiče datové vodiče vzdušný prostor zemnění stínění Měřicí přístroje číslicová technika počítače automatizační prostředky telekomunikační systémy rozhlasové přijímače televizní přijímače ZČU v Plzni 2012

4. Vedením prostřednictvím vodičů (rušivá napětí a proudy) Vyzařováním prostřednictvím volného prostoru (rušivé elmg. pole) Šíření rušení • Vazbou • galvanická • kapacitní • induktivní Symetrické rušení (diferenční, protifázové) Nesymetrické rušení (souhlasné, soufázové) ZČU v Plzni 2012

5. Elektromagnetické rušivé vazby Galvanická rušivá vazba • Snížení galvanické vazby • kompaktnost - krátká vedení • velké průřezy vodičů • napájecí vodiče blízko sebe • zemní vodič ve tvaru plochy ZČU v Plzni 2012

6. Snížení galvanické vazby hvězdicovité napájení nevhodné vhodnější nevhodné vhodnější • dostatečně dimenzovat zemní spojení

7. Snížení galvanické vazby neslučovat signály nevhodné vhodnější nevhodné vhodnější • galvanicky oddělit potenciály, oddělené napájení ZČU v Plzni 2012

8. Elektromagnetické rušivé vazby Kapacitní rušivá vazba Vzájemná kapacita – kruh. vodičů • Snížení kapacitní vazby • kompaktnost - krátká vedení • velká vzdálenost mezi ovliv. vodiči • velká kapacita mezi ovliv. vodičem a zemí (zemní plochy, prokládání zemními vodiči) • pomalé změny napětí • malé výstupní odpory obvodů • stínění ohrožených vodičů (stavebních skupin) ZČU v Plzni 2012

9. Elektromagnetické rušivé vazby Induktivní rušivá vazba • Snížení induktivní vazby • kompaktnost - krátká vedení • velké vzdálenosti mezi ovliv. vodiči • pomalé změny proudu • malé obepínané plochy (smyčky) Vzájemná indukčnost – kruh. vodičů

10. Elektromagnetické rušivé vazby Induktivní rušivá vazba • Snížení induktivní vazby • kroucení vodičů • kolmé roviny ovliv. obvodů • stínění vedení a stavebních skupin ZČU v Plzni 2012

11. Rušivá vazba vyzařováním hef – efektivní délka antény AF = 1/ hef – anténní faktor • Snížení vazby vyzařováním • elektromagnetické stínění ZČU v Plzni 2012

12. Stínění proti EM polím Efektivnost stínění Efektivnost stínění Mnohonásobný odraz Absorpce Reflexe ZČU v Plzni 2012

13. Absorpční útlum A Útlum absorpcí ~tloušťce t ~ permeabilitě μ ~ měr. vodivost σ – roste s 2 mocninou ZČU v Plzni 2012

14. Útlum odrazem R Hraniční vzdálenost – blízké, vzdálené pole Útlum reflexí ~měr. vodivosti σ ~1/permeabilitě μ ~vzdálenosti r (v blízkém poli) ZČU v Plzni 2012

15. Útlum mnohonásobným odrazem B Útlum mnohonásobným odrazem ~tloušťce t ~hloubce vniku δ Dobře vodivý materiál t >>δ → B = 0 Tenká stínící přepážka t <<δ→ B = záporný – snižuje S Pro absorpční útlum A > 9 dB → Bzanedbat ▼ S [dB] A[dB] + R [dB] ZČU v Plzni 2012

16. Celková efektivnost stínění S Průběh S pro nekonečně velkou stínící desku Technologické netěsnosti snižují efektivnost stínění ! ZČU v Plzni 2012

17. Vliv otvorů a technologických netěsností na S Kruhový otvor poloměru a N kruhových otvorů s poloměrem a Kruhový otvor s průměrem d a tloušťkou stěny t Pravoúhlá štěrbina délky l ZČU v Plzni 2012

18. Konstrukční úpravy pro zlepšené stínění Elektromagnetické těsnění – detail spoje a) b) Spoje dělených skříní a) s větším průnikem b) lepší provedení Elektromagnetické těsnění – utěsnění vstupních kabelů Konstrukce stíněného okna pro zobrazovací prvky ZČU v Plzni 2012

19. Zásady konstrukce stínění • Volit dobře stínící materiál a jeho tloušťku • dobré magnetické materiály pro stínění nízkofrekvenčních magnetických polí • dobře vodivé materiály pro stínění vysokofrekvenčních elektrických polí • Výsledná efektivnost určena netěsnostmi • malý počet netěsností (otvorů, štěrbin) • velké množství malých otvorů lepší než jeden velký • větší hloubka netěsnosti - větší útlum • dobře propojené části stínění (uzemnění) • dobře napojit stínění na přívodní vodiče • Elektromagnetická těsnění • malý útlum pro nízké frekvence a magnetické pole • závislost útlumu na stlačení • dobře volit materiál (galvanická koroze) • Stíněná okna • převládá útlum odrazem • malý útlum magnetických polí • Vodivé nanášené povrchy • malý útlum pod 1 MHz a magnetických polí Cín < μ nestíní mag. pole

20. Zemnění systému „Zemnění je cesta s nízkou impedancí pro proud vracející se zpět ke zdroji.“ • Jednobodové • eliminuje společné impedance • odstraňuje zemní smyčky pro nf • vhodné do 1 MHz • pro vyšší frekvence nevhodné • zvýšení impedance zem. spoje • dlouhé spoje - antény ZČU v Plzni 2012

21. Vícebodové • vhodné pro frekvence nad 10 MHz • vhodné pro číslicové obvody • nevhodné pro analogové obvody • vznik zem. smyček • Hybridní • jednobodové přímo (nf) • vícebodové přes kapacity (vf) • vznik rezonancí ZČU v Plzni 2012

22. Zemnění na DSP - zemní plocha Impedance zemního spoje a zemní plochy Není dobrá zemní plocha ! ZČU v Plzni 2012

23. Přípojná vedení – stíněné vodiče Stínění koaxiálních vodičů Vazební přenosová impedance stíněného kabelu Ir – ruš. proud na vnější straně pláště stínění Ur – podélný úbytek napětí na vnitřní straně pláště stínění • Kvalitní stínění koaxiálních vodičů • jednoduché stínění, pletený plášť, malá „oka“ • dvojité stínění • plný (kompaktní) stínící plášť Kmitočtová závislost vazební impedance ZČU v Plzni 2012

24. Uzemnění stínění vodičů Princip stínění pro induktivní rušivou vazbu Princip stínění pro kapacitní rušivou vazbu ZČU v Plzni 2012

25. Uzemnění stínění vodičů Rozdělení proudů u stíněného vodiče pro induktivní rušivou vazbu Závislost poměru IS / I1 na kmitočtu ZČU v Plzni 2012

26. Uzemnění stínění vodičů Jednobodové uzemnění stínění proti induktivní rušivé vazbě (nízké kmitočty) • Různé způsoby připojení stínění • zdroj signálu je uzemněn • příjemce signálu je uzemněn ZČU v Plzni 2012

27. Konstrukční provedení uzemnění stínění vodičů Nevhodné napojení stínění vodiče Vliv zkroucené délky stínění na jeho impedanci Správné napojení stínění vodiče na konektorovou hlavici Správné a nevhodné napojení stínění vodiče na stínící skříň

28. Napojení kabelů do zařízení Vhodné a nevhodné napojení vodičů do zařízení Správné napojení vodičů do stíněného prostoru skříně (vstupní panel)

29. Co jsme z EMC nestihli • Vnitřní konstrukce zařízení • Odrušovací součástky • Odrušovací filtry ZČU v Plzni 2003

30. Děkuji za pozornost ZČU v Plzni 2012

31. EMC ZČU v Plzni 2003