Elektromagnetická kompatibilita (EMC)

Vznik:

• 60. léta – USA

• jako samostatná disciplína

• zkoumá slučitelnost provozu jednotlivých el. systémů

• H. M. Schlike: „systém nemůže být spolehlivý, pokud není elektromagneticky kompatibilní“

Důvody vzniku:

• rostoucí složitost zařízení – klesající spolehlivost

• P řízení – rychlé signály s malou amplitudou

• rozvoj telekomunikací – mnoho úzkých kanálů

• spotřebiče s nelineární charakteristikou

• spojování výkonových a řídicích obvodů

EMC dnes:

• VP měniče – harmonické, účiník, rušení po vedení

• spínané zdroje – rušení analogových obvodů

• řídicí systémy – odolnost, ztížené prac. podmínky

• telekomunikace – intermodulace a šum (kanály 15 kHz)

• digitální vysílání – WiFi, DVB – TV

• rozhranní PC – IrDA, Bluetooth, SATA

• hlavně spolehlivost všeho (automobily, letadla, topení)

Elektromagnetická kompatibilita/slučitelnost (compatibility)• Schopnost zařízení pracovat odpovídajícím způsobem

v daném elektromagnetickém prostředí a současně nepřípustně neovlivňovat okolní zařízení. (tj. nerušit a současně nebýt rušen)

Elektromagnetické prostředí (environment)• souhrn elmag. jevů v daném místě

Elektromagnetické rušení (disturbance)• jakýkoliv elmag. jev (U, I, B, E), který může zhoršit

činnost zařízení nebo negativně ovlivnit živou hmotu

EMI – elektromagnetická interference (interference)• rušení, které zhoršuje / již zhoršilo provoz zařízení. (tj.

děj je již dokonán)rušení interference

• překlady CZ / EN = zmatek, neboť:

Základní pojmy

CZ EN

rušení disturbance, interference

EMS – citlivost na elmag. rušení (susceptibility)

• neschopnost zařízení pracovat bez zhoršení funkce v prostředí s elmag. rušením

Elektromagnetická odolnost (immunity)

• schopnost zařízení být v provozu bez zhoršení činnosti za přítomnosti elmag. rušení

Úroveň (level)

• střední, špičková, kvazišpičková hodnota časově proměnné veličiny

• časté jednotky: dB, dBm, dB/mV, dB/V

Další pojmy

• vysokofrekvenční (radio frequency - RF)

• emise – čs. uvolňování (emission)

• vyzařování – čs. šíření ve formě vln (radiation)

• impuls, skupina impulsů (pulse, burst)

• mez rušení / odolnosti (limit of…)

• úroveň rušení / odolnosti (level of…)

EMC biologických systémů• vliv přirozeného pozadí a umělých signálů na živé

organismy

• vznik po II. svět. válce:– radary, indukční / dielektrické ohřevy, mikrovlnná

technika, radiokomunikace

• účinky:– tepelné (kůže, orgány) – poměr velikosti orgánů a

vlnové délky – netepelné (CNS, srdce) – induk. proudy– krátkodobé / dlouhodobé tj. zaměstnanci / ostatní– určování: modely (fantomy), simulace, dobrovolníci

• hygienické limity pro:– měrný absorbovaný výkon (SAR) [W/kg]– měrná absorbovaná energie (SA) [J/kg]– hustota dopadajícího toku (S) [W/m2]– proud. indukovaná hustota (J) [A/m2]

• dáno normami:– WHO, ANSI - 60. / 70. léta– Nařízení vlády NV č.480/2000 Sb., - dnes– v rozsahu 0 Hz do 1000 PHz (počátek UV záření)– max. 4 W/kg tkáně oteplení 1°C po 6 min.– limity: mezní / referenční

• bezpečnostní faktory

– snižování mezních limitů

– např. 4 W/kg 0,4 W/kg

• vliv elmag. pole na tkáň

– ohřev tkáně (S) od 1 MHz do 100 GHz

– indukované proudy od 0 Hz do 10 MHz

– hloubka vniku:

EMC technických systémů

• EMI– nežádoucí zhoršení funkce vlivem elmag. rušení– zkoumání zdrojů a přijímačů– dělení kmitočtového spektra– základní řetězec EMC:

dělení rušení dle původu

přírodní(LEMP, NEMP,

kosmické záření)umělé

záměrně generované (telekomunikace)

nezáměrně generované (rušení měničů apod.)

Obr. Dělení EMI dle frekvenčního spektra.

nízkofrekvenční rušení:

•pomalé změny napájecího napětí – velké odběry

•energetické rušení – nelin. odběr do 50. řádu (2,5 kHz)

•flikr – kolísání svítivosti světel. zdrojů

•stejnosměrné zvlnění napájecího napětí

•krátkodobé poklesy a přerušení napájecího napětí

•napěťová nesymetrie

vysokofrekvenční rušení:

•vf. rušení v oblasti 9 kHz až 150 kHz

•vf rušení nad 150 kHz

Vazby pro šíření elektromagnetického rušení

Základní typy šíření:

• po vedení (rušivé proudy/napětí) – průmyslové VPM

• vyzařováním (elmag. vlny) – přírodní zdroje

Vazba - injektování rušení do vedení:

– galvanická (společné vedení)

– induktivní (blízkost vodičů)

– kapacitní (blízkost vodičů)

Pojem: symetrické x nesymetrické

(impedance sítí, zdrojů, spotřebičů, napětí aj.)

Galvanická vazba

Princip:

• společná impedance ZS mezi zdrojem a přijímačem

• průtok proudu impedancí ZS úbytek napětí URUŠ.

• impedance ZS = RL obvod

• typy zapojení ZS:

Pozor!

Frekvenční charakteristiky ZS většinou nejsou známy.

Induktivní vazba

Princip:

• elmag. indukce mezi dvěma (i více) protékanými vodiči

• nutná vzájemná indukčnost M

• aplikace Faradayova indukčního zákona a Ampérova zákona:

Popis:

• výrazný projev v nízkoimpedančních systémech

• vliv krytů, stínění, pláště – transformátory

• velké di/dt = nebezpečí (např. blesk)

Potlačování:

• minimalizace rozpylových toků

• zmenšování plochy smyček protékaných proudem

Kapacitní vazbaPrincip:• existence parazitních kapacit• dva (a více) blízkých vodičů s různým el. potenciálem (souběžná vedení, motivy na DPS)

Popis:• projev ve vysoko-impedančních systémech• vliv země / stínicí desky

• Potlačování zemních kapacit:

Vazba vyzařováním

Podmínka:• rozměry srovnatelné s vlnovou délkou • zdroj / anténa = vodič protékaný vf. proudemPopis:• velké vzdálenosti zdroj – přijímač

Symetrické / nesymetrické