TEHNICA MASURARII IMUNITATII LA PERTURBATII
description
Transcript of TEHNICA MASURARII IMUNITATII LA PERTURBATII
CEM - Curs 5 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
Masuratori speciale
Marimi perturbatoare in locul de amplasare
Nivel de perturbatii corespunzator diferitelor locuri de amplasare
Nivel (grad) de severitate a incercarii
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)
1. Cuplaj galvanic:
Tensiuni tranzitorii in retea
Supratensiuni de energie mica(Burst)
Supratensiuni de energie mare (traznet)
Frecvente discrete
2. Camp E si H, unde electromagnetice
Antene domeniu frecventa
Antene domeniu timp
Injectie de curent
3. 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 cuplare cu obiectul incercat
Elemente de decuplare de la retea
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
SIMULARE, PRIN CUPLARE CAPACITIVA, A PERTURBATIILOR DE MOD COMUN SI MOD NORMAL
L11L1
L1
CN
CN
CN
L11L1
N
PE
Obiect de incercat
uP
CK CK
L11L1
L1
CN
CN
CN
L11L1
N
PE
Obiect de incercat
uP
CK CK
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
SIMULARE, PRIN CUPLARE INDUCTIVA, A PERTURBATIILOR DE MOD NORMAL SI MOD COMUN
1:1
Ck
L1
N
PE
Obiect de incercat
uP
1:1
Ck
L1
N
PE
Obiect de incercat
uP
Ck
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
u(t)
Obiect de incercat
L1
(L2)N
X1
X2
Simulator de perturbatii Osciloscop
Linie de alimentare, max. 5 m
u(t)
L1
L2
X1
X2
Simulator de perturbatii Osciloscop(izolat
galvanic)
Linie de alimentare, max. 5 m
Obiect de incercat
L3
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
N
AT
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
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).
10%
50%
90%
Tc
Ts
15ms
300ms
Timp de crestere Tc = 5ns±3%
Durata de semiamplitudine Ts=50ns±3%
CEM - Curs 5 11
Parametrii salvei de impulsuri:
Amplitudinea salveiValoarea de varf se alege in functie de:
Tipul aparatului de incercatNatura liniei (retea, semnal, date, etc)
Perioada salvei 300ms20%
Lungimea salvei 15ms 20%
Frecventa de repetitie a impulsurilor depinde de severitatea incercarii
CEM - Curs 5 12
Comanda salvei
S1 Rinc
Producerea impulsului
singular
S2 LP
Cs Rs
50 10nF
=
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
Cuplarea la liniile de alimentare
250HL1
250HN
250HPE
Retea
Generatorul de salve
Bobine de decuplare Condensatoare de cuplare
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
Durata frontului si a spatelui dupa VDE 0433 si CEI 60-2
30%
50%
90%
Ts
100%
Tc
Tf
10%
50%
90%
T’sTs
Tf
Tc
Timpul de crestere si de spate dupa CEI 469-1
Parametri uzuali:
Impuls de traznet 1.2/50: Tf = 1.2s±30% si Ts = 50 s±20%
Impuls de comutatie 10/700: Tf = 10s±30% si Ts = 700 s±20%
CEM - Curs 5 18
Schema de generator de impulsuri pentru producerea tensiunilor de traznet si de comutatie
Rinc ES RF
Cs Rs= CF
U0 u(t)
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
Schema de principiu pentru un generator hibrid
Rinc ES RS1
Cs Rs2= U0 u(t)RE
LS i(t)
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
SIMULAREA DESCARCARILOR ELECTROSTATICE
Cs
150pF
Rs2=
RsRinc
100M 10…1k ED
Obiect de incercat
Platbanda de masa, respectiv pamantare, lungime 2m
0-30kV
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
Schema de principiu a unui simulator pentru descarcari electrostatice cu releu de inalta tensiune
Cs
150pF
Rs2=
RsRinc
100M 10…1kReleu
Obiect de incercat
0-30kV
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
Conductor de pamantare (lungime 2m)
Masa de referinta
(tabla de Cu)
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
HE
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
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.
C= 47FRetea
Obiect de incercat
uP
iP 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
SIMULAREA CAMPULUI CU BUCLA DE REGLARE AUTOMATA A NIVELULUI – DETERMINAREA VALORII CAMPULUI CU UN SENZOR DE CAMP -
Obiect de incercat
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
Valoare de referinta
Comparator Amplificator
Antena izotropa
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
ANTENE PENTRU CAMPURI MAGNETICE, INTRE 30Hz SI 3MHz
Bobina cilindrica pentru simularea campurilor magnetice
cuasistationare, concentrate
l
NiH ef
ef
l
Ief
Obiect de incercat
Ief
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
ANTENE PENTRU CAMPURI ELECTRICE, INTRE 10KHz SI 30MHz RESPECTIV 150MHz
E
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:
][
b2g
shln2
ba
4
377Z0
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.
d
UE
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
CN Rs
LS ES
Generator de impulsuri
LN ES
CS
Circuit auxiliar
Generator de impulsuri cu circuit auxiliar de formare a impulsurilor rapide