Cz. II

1. Co to są źródła intencjonalne, a co nie intencjonalne; podać przykłady. W których z tych źródeł można ograniczać emisje zaburzeń.

Źródła intencjonalne

Normalna, przewidziana przez konstruktorów praca danego urządzenia jest źródłem sygnałów zakłócających inne urządzenia.

Przykłady: radar, nadajniki telekomunikacyjne, nadajniki przemysłowe itp.

Źródła nie intencjonalne

Sygnały zakłócające są wynikiem stanów przejściowych, stanów awaryjnych lub nie idealności funkcjonowania urządzeń lub systemów czy instalacji.

Przykłady:Iskrzenie komutatorów, nieidealne złącza, stany przejściowe, zjawiska łączeniowe, zwarcia
w obwodach elektrycznych.

2. Jakie parametry wyładowania piorunowego decydują o zagrożeniu aparatury? Odpowiedź uzasadnić.

Charakterystyka typowego dla warunków europejskich wyładowania wg. EdF

• Długość kanału - 4km

• 5 impulsów

• całkowity ładunek 25C

• wartość szczytowa prądu

• maksymalna szybkość narastania 40kA/ μs

Szacowane są natężenia pól ze wzorów uproszczonych

H = 0,16. I / l

E = 60. I / l

I - prąd wyładowania

l - odległość od kanału

3. Wymienić trzy najważniejsze mechanizmy powodujące zagrożenie aparatury przez wyładowania atmosferyczne.

• wzrost potencjału ziemi dookoła miejsca bezpośredniego uderzenia pioruna

• wzrost potencjału wzdłuż struktur uderzenia pioruna

• promieniowanie elektromagnetyczne prądu wyładowania

Najgroźniejsze jest indukowanie się napięć w pętlach sygnałów wspólnych.

4. Podać mechanizm powstawania wyładowań ESD. Narysować przebiegi i scharakteryzować wyładowanie osobowe i obiektowe ESD.

Zjawiska w wyniku których ładowana zostaje pojemność C

1. tarcie

2. styk z ciałem naładowanym

3. indukcja elektrostatyczna

4. jonizacja

5. 
   baleoelektryczność

6. krzepnięcie

Schemat zastępczy wyładowania ESD

Schemat wyładowania osobowego

R = 1000Ω C = 150pF -300pF

Impuls wyładowania ESD osobowego

Impuls wyładowania ESD obiektowego

R =20Ω L = 2 μH C = 220pF

Porównanie szybkości zmian prądu w obu typach ESD

5. Dla jakich elementów i jakiego rodzaju zagrożenie stwarzają wyładowania ESD? Odpowiedź wyjaśnić.

Impuls prądowy - zagrożenie dla złącz p-n ( diody i tranzystory bipolarne)

Przepięcia - zagrożenie dla izolacji bramek w tranzystorach polowych-CMOS

Cechy charakterystyczne zakłóceń powodowanych przez ESD

Wyładowania do 4kV - postępująca degradacja

Wyładowania powyżej 8kV- uszkodzenia elektroniki zwłaszcza układów scalonych, zagrożenie tym większe im większa skala integracji- płyty komputerowe

6. W jakich fazach konstrukcji i użytkowania sprzętu elektrycznego i elektronicznego mogą wystąpić wył. ESD ?

• w produkcji elementu

• podczas magazynowania elementu

• podczas transportu

• w czasie produkcji urządzenia

• podczas eksploatacji urządzenia

• podczas napraw i konserwacji

czyli ZAWSZE

7. Jakie środki należy przedsiębrać w celu ograniczenia negatywnych skutków wyładowań ESD? Omówić działanie tych środków.

Ochrona przeciw skutkom ESD

1. obniżanie wartości napięć wyładowań ESD

• wilgotność, dobór materiałów trących się

2. ciągłe odprowadzanie ładunku z naładowanej powierzchni

• połączenia z masą, zraszanie trących się powierzchni płynami antystatycznymi ( przewodzącymi)

3. minimalizacja skutków ESD

• ograniczniki przepięć, przewody ekranowane, nisko-impedancyjne ( dla dużych f ) połączenia z masą

8. W jakiej odległości od nadajników komunikacyjnych mogą być zakłócane urządzenia elektr.? Podać przykłady.

Najczęściej aparatura może być zakłócana do odległości:

500m LW (kilkaMW)

200m MW (kilkaset kW)

500m SW ( kilkaset W)

30m CB ( kilkadziesiąt W)

150m TV

1000m radary lotniskowe

1,5m telefonia komórkowa

9. Podać mechanizm powstawania serii impulsów (burst) przy otwieraniu obwodów z indukcyjnością.

Serie szybkich impulsów

Powstawanie serii szybkich impulsów przy wyłączaniu obwodów

10. Jakie negatywne skutki wywołuje obecność harmonicznych w sieciach elektrycznych? Jakie elementy obwodów elektrycznych powodują występowanie harmonicznych w sieciach?

Dlaczego są szkodliwe dla urządzeń?

Do szkodliwych efektów wywoływanych przez zawartość harmonicznych zaliczamy przegrzewanie się transformatorów, przewodów zasilania, silników i napędów. Powoduje to przypadkowe, samoczynne rozłączanie przekaźników i urządzeń zabezpieczających. Harmoniczne mogą nawet spowodować uszkodzenie układów logicznych w urządzeniach cyfrowych i nieprawidłowe wskazania wartości napięcia i natężenia mierników prądu. Każdy z tych szkodliwych efektów może spowodować przestój w zakładzie.

Harmoniczne wpływają różnie na rozmaite urządzenia. Poniżej przedstawiono niektóre szkodliwe efekty występowania harmonicznych.

Kondensatory. Kondensatory działają jak rezonatory zwiększające amplitudy harmonicznych. Indukcyjność układu zasilania może przy niektórych częstotliwościach harmonicznych rezonować z kondensatorami, powodując powstawanie dużych natężeń i napięć dla tych częstotliwości. Wzrost natężenia i napięcia staje się z kolei przyczyną uszkodzenia dielektryka we wnętrzu kondensatora, co prowadzi do jego przegrzania. Kiedy dielektryki kondensatorów wysychają, mają mniejszą zdolność rozpraszania ciepła i stają się bardziej podatne na uszkodzenia ze strony harmonicznych. W miarę pogłębiania się tych uszkodzeń może nastąpić zwarcie lub zapłon.

Transformatory. Obecność harmonicznych w przebiegach napięcia powoduje wyższe napięcie transformatora i większe oddziaływanie na izolację, co w efekcie przynosi przegrzewanie się transformatora, skrócenie jego żywotności, zwiększenie straty w miedzi i w żelazie ze względu na histerezę i prądy wirowe, a także znaczne, destruktywne oddziaływanie na izolację.

Silniki. Obecność harmonicznych w przebiegach napięcia jest przyczyną powstawania pól magnetycznych, które obracają się z prędkością odpowiadającą częstotliwościom harmonicznych. W efekcie powoduje to przegrzewanie się silnika, wibracje mechaniczne i hałasy, pulsujący moment obrotowy, wzrost strat spowodowanych przez prądy wirowe oraz histerezę w tworniku i uzwojeniach rotora, zmniejszenie wydajności i żywotności, a także większe destruktywne oddziaływanie na izolację uzwojenia silnika.

Wyłączniki automatyczne. Harmoniczne mogą uniemożliwiać poprawne działanie cewek przerywających - wyłączniki automatyczne mogą nie zadziałać i we właściwy sposób nie wyłączyć dopływu prądu. Mogą również całkowicie zawieść.

Liczniki energii czynnej. Tarcze indukcyjne są wykalibrowane do dokładnego działania jedynie dla częstotliwości podstawowej. Harmoniczne generują dodatkowy moment obrotowy tych tarcz, powodując nieprawidłowe ich działanie i niewłaściwe odczyty.

Sprzęt elektroniczny i urządzenia sterowane komputerowo. Prawidłowe działanie niektórych urządzeń elektronicznych zależy od momentów przechodzenia sinusoidy przez zero lub wartości szczytowych napięcia. Harmoniczne mogą zmienić te parametry, powodując nieprawidłowe działanie oraz przedwczesne zużycie sprzętu.

Podstawowym powodem występowania harmonicznych są nieliniowe obciążenia. Obejmują one - choć nie ograniczają się jedynie do nich - napędy bezstopniowe, monolityczne układy sterowania ogrzewaniem i innymi procesami, zasilacze impulsowe, znajdujące się praktycznie w każdym skomputeryzowanym elemencie sprzętu, systemy statycznego zasilania bezprzerwowego - tzw. UPS-y (ang. Uninterruptible Power Supply), elektroniczne zapłonniki, elektroniczny sprzęt pomiarowy oraz elektroniczne urządzenia biurowe.

11. Wyjaśnić przyczynę powstawania harmonicznych w prądzie i w napięciu. Podać środki jakie można stosować w celu ograniczenia harmonicznych w sieciach.

Obciążenia nieliniowe wytwarzają krótkie impulsy elektryczne w każdym cyklu przebiegu fali, przez co odkształcają jej sinusoidalny przebieg. Harmoniczne w przebiegu napięcia wynikają z harmonicznych natężenia prądu, które interferują z impedancją układu elektroenergetycznego.

Spośród kilku przyczyn odkształcenia napięcia, za główną i decydującą o wartości odkształcenia uznaje się właśnie przepływ przez sieć odkształconych prądów pobieranych przez różnego rodzaju odbiorniki nieliniowe. Odkształcone prądy odbiorników nieliniowych powodują odkształcone spadki napięcia na elementach sieci, a w efekcie wywołują odkształcenie napięć zasilających.

Harmoniczne można zredukować i do pewnego stopnia im zapobiec przez:

budowanie urządzeń elektrycznych i systemów mających na celu zapobieganie zniszczeniu sprzętu lub systemu;

analizę objawów i przyczyn ich występowania;

rozpoznanie i zredukowanie bądź wyeliminowanie nośnika częstotliwości harmonicznych;

stosowanie sprzętu przywracającego pożądany stan prądu;

W sytuacji, gdy instalacja przesyłu i dystrybucji energii elektrycznej pełni rolę przekaźnika harmonicznych, każdy użytkownik podłączony do sieci energetycznej może być odpowiedzialny za ich generowanie. W takim przypadku należy opracować własne urządzenia, aby można było odnaleźć źródło harmonicznych i zredukować ich wpływ na instalację elektryczną w całym zakładzie.

12. Którego rzędu harmoniczne stwarzają największe zagrożenie rezonansem? W jaki sposób można temu przeciwdziałać?

13. Podać przykłady sprzężenia przez przewodzenie. Co to jest sprzężenie przez impedancję masy?

Najważniejsze w praktyce przypadki:

1. Sprzężenie przez wspólną impedancję

2. Sprzężenie przez obwody zasilania

Najczęstszym i najbardziej skomplikowanym przypadkiem sprzężenia przez wspólną impedancję jest sprzężenie przez wspólną impedancję masy. Dzieje się tak, ponieważ przewód masy ma skończoną impedancję, a przyjmując koncepcje, aby wszystkie impedancje kierować do masy, staje się to powodem tego, że zakłócenia w jakimkolwiek obwodzie powodują występowanie zakłóceń w innych obwodach, też połączonych z masą.

Idealnym warunkiem na wyeliminowanie tego sprzężenia byłoby, aby Z_m=0; wtedy nie byłoby oddziaływania jednego obwodu na inne. Spełnienie tego warunku jest niemożliwe, jedynie dąży się do tego, aby przewód masy był bezimpedancyjny zapewniając w ten sposób ekwipotencjalność masy (potencjały w każdym miejscu są sobie równe). Uzyskuje się to nie poprzez sterowanie przekrojem przewodu lecz jego długością.

14. Wyjaśnić na przykładzie sprzężenie przez wspólną impedancję. Kiedy może występować ? Narysować schemat .

Model sprzężenia przez wspólną impedancję Przykład sprzężenia przez wspólną impedancję

Wnioski

1. Aby zmniejszyć sprzężenie przez wspólną impedancję należy dążyć do zmniejszenia jej wartości ( Z_w→ 0).

2. Wpływ wartości impedancji (długości) wspólnych przewodów lub ścieżek przewodzących należących do różnych obwodów

3. Zmniejszanie impedancji pomiędzy dowolnymi punktami instalacji masy

15. Jakie najważniejsze warunki musi spełniać instalacja masy, aby zredukować sprzężenie przez wspólną masę? Od czego zależy zakres częstotliwości dla której instalacja masy działa odkłócająco?

Najczęstszym i najbardziej skomplikowanym przypadkiem sprzężenia przez wspólną impedancję jest sprzężenie przez wspólną impedancję masy. Dzieje się tak, ponieważ przewód masy ma skończoną impedancję, a przyjmując koncepcje, aby wszystkie impedancje kierować do masy, staje się to powodem tego, że zakłócenia w jakimkolwiek obwodzie powodują występowanie zakłóceń w innych obwodach, też połączonych z masą.

Idealnym warunkiem na wyeliminowanie tego sprzężenia byłoby, aby Z_m=0; wtedy nie byłoby oddziaływania jednego obwodu na inne. Spełnienie tego warunku jest niemożliwe, jedynie dąży się do tego, aby przewód masy był bezimpedancyjny zapewniając w ten sposób ekwipotencjalność masy (potencjały w każdym miejscu są sobie równe). Uzyskuje się to nie poprzez sterowanie przekrojem przewodu lecz jego długością.

Impedancja przewodu 35 mm² Cu - dla 50MHz 1m - 314 Ω 1cm - 3,14 Ω

Impedancja przewodów o długości 1m impedancja ścieżki o grubości 35μm i długości 10cm

Powyżej 150kHz impedancja przewodu niewiele zależy od przekroju przewodu

Powyżej 800kHz impedancja ścieżki niewiele zależy od szerokości ścieżki

16. Jakie zagrożenie stwarza sprzężenie przez obwody zasilania? Jak je redukować?

17. Jakiego rodzaju zakłócenia (z jakich źródeł) mogą być propagowane przez sieci? Skąd pochodzą? Jak je redukować?

18. Jakiego rodzaju sprzężenia można wyróżnić przy sprzężeniu przez pole elektromagnetyczne? Które są groźne przy niskiej, a które przy wysokiej częstotliwości?

19. Na czym polega diafonia pojemnościowa? Podać sposoby redukcji diafonii pojemnościowej sygnałów różnicowych. Kiedy diafonia pojemnościowa jest szczególnie groźna.

• Sygnałów różnicowych

• Sygnałów wspólnych

Przewody ekranowane Taśmy wieloprzewodowe d.p.

Zmniejszanie diafonii pojemnościowej

1. Zmniejszanie pojemności wzajemnej - C₁₂, separacja obwodów

2. Zbliżanie maksymalne przewodów do masy - efekt “reduktora”

3. Ekranowanie przewodów- ekrany uziemione

4. Zmniejszanie częstotliwości lub szybkości układów logicznych

5. Dążenie do zmniejszania impedancji obwodów

6. Stosowanie światłowodów

Diafonia pojemnościowa, zarówno sygnałów różnicowych jak i wspólnych staje się groźna dopiero przy znacznych częstotliwościach powyżej kilku MHz.

Przy f niższych stosunkowo łatwo można diafonię zredukować.

Diafonia pojemnościowa odgrywa bardzo ważna rolę przy projektowaniu układów scalonych - obecnie jest jednym z ograniczeń miniaturyzacji.

20. Co nazywamy instalacją ziemi? Jakie funkcje spełnia instalacja ziemi? Podać wady i zalety znanych rozwiązań uziomów.

Instalacja uziemiająca ( ziemia) jest to zespół przewodów połączonych bezpośrednio z ziemią (gruntem) poprzez zakopanie jednego lub kilku punktów takiej instalacji do ziemi.

Cele:

1. Zapewnienie warunków bezpieczeństwa osób

2. Zabezpieczenia przeciw wyładowaniom elektrostatycznym

3. Zmniejszanie zakłóceń sygnałami wspólnymi

4. Zabezpieczenie przeciw piorunowe

5. Linia powrotna dla filtrów kompatybilnościowych

Wady i zalety

?????????????

21. Jakie skutki niesie istnienie dwóch niezależnych instalacji uziomowych dla wspólnie pracujących urządzeń.

Groźne skutki stosowania dwóch nie połączonych uziomów

Skutki stosowania dwóch odseparowanych tzn. nie połączonych ze sobą uziomów

• różnice potencjałów, w sytuacjach awaryjnych znaczne, instalacje stają się niebezpieczne.

• z punktu widzenia zakłóceń, istnienie dwóch potencjałów referencyjnych , w aparaturze połączonej ze sobą, (zasilanie, przewody sygnałowe), powoduje przepływ prądów wyrównawczych zakłócających aparaturę

• podczas dni burzowych, stwierdzano przepięcia niszczące obwody wejściowe, które ustąpiły po połączeniu elektrycznym dwóch nie połączonych poprzednio uziomów.

22. Podać główne zadania spełniane przez instalacje masy. Podać wady i zalety masy gwiazdowej. W jakich przypadkach można stosować masę gwiazdową?

• zapewnienie jednakowego potencjału na obudowach metalowych wszystkich urządzeń - ekwipotencjalności,

• zamknięcie obwodów dla sygnałów wspólnych powstających w pomieszczeniu

Ekwipotencjalna instalacja masy może:

• zapewnić bezpieczeństwo obsługi w przypadku osłabienia lub przebicia izolacji - warunek : impedancja dążąca do zera

• zamknąć obwody zakłóceń wspólnych, znajdujących się w pomieszczeniu, bez sprzężeń pomiędzy urządzeniami - warunek: impedancja dążąca do zera

Podstawowy warunek dobrze pracującej instalacji masy - ekwipotencjalność

Połączenie w gwiazdę

Każde urządzenie jest wyposażone w swój własny przewód aż do przyłącza instalacji ziemi.

Gwiazdowa instalacja masy

Uzasadnienie: oddzielny przewód izoluje sygnały wspólne pochodzące od różnych urządzeń

Pętla sygnałów wspólnych

Wady:

• duża powierzchnia pętli wrażliwej ( przy współpracujących urządzeniach)

• duża impedancja

• duży koszt

Może być stosowana wyłącznie gdy:

• występują pojedyncze urządzenie zakłócające (wrażliwe) - przypadek raczej teoretyczny

• małe obwody (małe pętle wrażliwe) np. obw. elektroniczne, informatyczne

23. Jakie są podstawowe cechy konstrukcji instalacji masy oczkowej? Jakie warunki powinny spełniać dodatkowe połączenia w masie oczkowej?

Sieć oczkowa masy

Jednoczesne spełnienie wymagań bezpieczeństwa ( dla 50Hz) oraz dla zakłóceń w.cz. jest niemożliwe

Dwie funkcje spełniane przez dwa rodzaje przewodów tworzących instalacje masy:

1. przewody bezpieczeństwa, często nazywanymi przewodami uziemiającymi- PE

2. połączenia dodatkowe gwarantujące dobrą ekwipotencjalność dla wszystkich częstotliwości.

Przewodydy bezpieczeństwa - PE

1. Przekrój 25-35 mm² Cu, łączą bezpośrednio obudowy wszystkich urządzeń z potencjałem instalacji ziemi

Połączenia dodatkowe.

Dla sygnałów o f powyżej 100kHz, impedancja wynika z indukcyjności 1μH/m,

Jedynym sposobem zmniejszenia impedancji przewodów instalacji masy jest zmniejszenie ich długości.

Stosowanie dodatkowych równoległych przewodów- PD.

Przewody dodatkowe powinny być jak najkrótsze, wykonywane z płaskich plecionek

Zasada budowy masy oczkowej

Pętle masy ( zewnętrzne) - odporność na zakłócenia promieniowane

Pętle pomiędzy masą (wewnętrzne) - odporność na zakłócenia przewodzone (wspólne)

Wykonywanie masy w postaci "kraty".

Wymiary krat najczęściej wynoszą 2 do 3 m.

Wykorzystywanie przewodzących elementów konstrukcyjnych - ciągłość elektryczna

Przykład masy oczkowej

Istnieje ścisły związek między długością najdłuższego połączenia a zakresem częstotliwości do której instalacja spełnia dobrze swoją rolę.

Np. dla przewodów nie przekraczających 50cm, - 40MHz

Instalacja “kratowa” umożliwia minimalizację długości przewodów.

Fałszywa krata.

Taśma miedziana o szerokości 10cm do 30cm, okna nie przekraczające 2 m.

Dla okien rzędu 60cm, - skuteczność do 100MHz.

24. Jak należy wykonywać połączenia masy kart elektronicznych analogowych, jak cyfrowych, a jak anologowo-cyfrowych?

Karty mieszane analogowo- cyfrowe

• W przypadku kart mieszanych A/C, ze względu na konieczność przestrzennego rozdzielenia stref analogowych i cyfrowych jest konieczność stosowania dwóch mas: analogowej i cyfrowej

• Masy analogowa i cyfrowa powinny być połączone ze sobą przy przetworniku A/C lub C/A.

• Zasilanie powinno być rozwiązane tak aby część analogowa znajdowała się za częścią cyfrową.

Połączenia z masą obwodów analogowo-cyfrowych

• Część cyfrowa powinna być łączona z masą mechaniczną jak najczęściej

• Część analogowa powinna być połączona z masą mechaniczną w jednym miejscu ew. przy połączeniu z częścią cyfrową

Karty cyfrowe

• Masa układu cyfrowego (elektroniczna -0V) powinna być wykonana w postaci płaszczyzny a co najmniej kraty o małych oczkach

• Połączenia z masą mechaniczną powinny być wykonywane jak najczęściej i poprzez bezpośredni styk ( trzeba zniszczyć warstwy izolacyjne- śruby samoformujące)

• Zwłaszcza bardzo istotne są połączenia złącz wejściowych

• Każda karta cyfrowa powinna posiadać zasilanie filtrowane różnicowo ( 0-V_cc) pojemnością rzędu 100μF na 1A pobieranego prądu oraz wielu kondensatorów w.cz. o małej pojemności rozłożonych na całej karcie łączących zasilanie z płaszczyzną masy.

Karty analogowe

• Masa układu analogowego powinna być wykonana jako płaszczyzna miedziana

• Połączenie masy elektronicznej z masą mechaniczną zaleca się wykonać w jednym miejscu. Najlepiej jak najbliżej zasilania i miejsca połączenia pierwszego kondensatora

Zasilanie i łączenie z masą obwodu analogowego

1. wzm. różnicowy, 2. stopień pośredni, 3. stopień mocy

• Zasilanie powinno być rozłożone od elementów z najmniejszymi sygnałami do elementów z sygnałami największymi.

• Filtrowanie zasilania zalecane jest filtrami R-C lub L-C. Ważna symetria filtrowania.

25. Jakie zjawiska i właściwości sygnałów zaburzających są wykorzystywane przy filtrowaniu EMC? Podać przykłady.

26. Rolę jakich filtrów może spełniać kondensator? Podać przykłady zastosowania kondensatorów w przypadku sygnałów różnicowych i wspólnych?

Filtrowanie sygnałów wspólnych (a) i różnicowych (b)

27. Na czym polega cecha dwukierunkowości filtrów EMC, a na czym cecha nieodwracalności filtrów?

Filtry pasywne liniowe są dwukierunkowe, co oznacza, że przy zachowaniu stałych impedancji przed i za filtrem współczynnik skuteczności filtrowania jest taki sam przy zasilaniu od strony wejścia jak i wyjścia.

Nieodwracalność filtrów EMC - pomyłkowe połączenie filtrów jest realnym zagrożeniem i najczęściej producenci rozróżniają obie strony, np. przy filtrach układów zasilających zawsze oznaczone są zaciski, które należy połączyć z zasilaniem (siecią).

28. Jak definiowana jest skuteczność filtrowania filtrów EMC? Dlaczego w ten sposób?

29. W jakim przypadku filtr EMC może być traktowany jako element odwracalny? Jakie są najważniejsze zasady montażu filtrów EMC?

Filtr EMC jest traktowany jako element odwracalny, gdy impedancja na wyjściu i na wejściu będzie taka sama.

Rzeczywista skuteczność filtrowania zależy od poprawności i staranności montażu.

• Połączenie z masą

• Prowadzenie przewodów wejściowych i wyjściowych - sprzężenie

• Prowadzenie przewodów bezpośrednio na obudowie

Najczęściej popełniane błędy montażowe.

• Stosowanie przewodów do połączenia filtrów z masą.

• Dopuszczenie do diafonii między wejściem i wyjściem filtru

• Przymocowywanie metalicznej obudowy filtra do malowanej lub utlenionej obudowy urządzenia.

• Używanie nie ekranowanych przewodów zwłaszcza pomiędzy wyjściem z filtra i obwodem, który ma być chroniony.

30. Podać przykłady (schematy) dolnoprzepustowych filtrów sygnałów zakłócających, wspólnych i różnicowych.

Filtrowanie sygnałów wspólnych (a) i różnicowych (b)

31. Narysować schemat skojarzonego filtru sieciowego. Co decyduje o doborze poszczególnych parametrów elementów?

Poprawny dobór zależy od impedancji wejściowej urządzenia oraz sieci

Wartości impedancji sieci są trudne do określenia.

32. Jaką rolę spełniają ekrany w EMC? Podać definicję skuteczności ekranowania.

• Ekran jako ochrona urządzenia przed polami zewnętrznymi

• Ekran jako ograniczenie zasięgu pola emitowanego przez urządzenie

• Ekran jako fragment instalacji masy

Skuteczność ekranowania

Współczynnik skuteczności ekranowania jest określany jako:

lub

33. Wyjaśnić rolę i wpływ na skuteczność ekranowania, zjawiska odbicia. Kiedy jest ono decydujące?

Ekran jako część linii transmisyjnej o zmieniającej się skokowo impedancji.

Zjawisko odbicia

Impedancja pola zależy od rodzaju pola ( elektryczne, magnetyczne czy fala elektromagnetyczna), oraz od odległości od źródła pola, natomiast

34. Wyjaśnić rolę jaką przy ekranowaniu odgrywa zjawisko absorpcji. Kiedy jest ono decydujące?

Absorpcja - tłumienie pola w wyniku wydzielania się ciepła w ekranie. Materiał absorbuje część energii pola, indukują się prądy wirowe, które wytracają się w postaci ciepła. Do absorpcji musi być materiał przewodzący.

Współczynnik opisujący tłumiący pole wpływ absorpcji, obliczyć można na podstawie wykładniczej zależności określającej wnikanie pola do środowiska przewodzącego (zjawisko naskórkowości):

Skuteczne ekranowanie pól magnetycznych za pomocą obudów z blach metalowych jest trudne, gdyż pole przenika przez blachy. Amplituda tego pola maleje wykładniczo wraz z głębokością penetracji metalu, jednak drogi zaniku, szczególnie dla niewielkich częstotliwości zakłóceń są rzędu milimetrów. Przenikaniu pola magnetycznego przez blachy przeciwdziała także zjawisko odbicia, którego skuteczność - podobnie jak zjawiska pochłaniania - zwiększa się ze wzrostem częstotliwości pola oraz ze wzrostem przewodności elektrycznej i współczynnika przenikalności magnetycznej ekranu. Zjawiska te nakładają się. W rezultacie, dla pól o częstotliwościach do 100 kHz najlepsze ekranowanie uzyskuje się za pomocą obudów z blach stalowych. Ponieważ jednak przenikalność magnetyczna stali zmniejsza się wraz ze wzrostem częstotliwości, powyżej 1 MHz skuteczność ekranowania dla tego materiału szybko maleje w stosunku do materiałów o dużej przewodności elektrycznej, jak miedz czy aluminium. Sprzęganie zakłóceń przez promieniowanie

Ekranowanie pól elektrycznych

• Ekranowanie wysoko-impedancyjnych pól elektrycznych jest stosunkowo proste i przy użyciu nawet cienkich ekranów można osiągnąć duże wartości współczynników tłumienia

• Tłumienie ekranów maleje ze wzrostem częstotliwości.

• Skuteczność ekranowania maleje ze wzrostem odległości między źródłem i ekranem ( zmniejszanie się impedancji pola ).

Ekranowanie pól magnetycznych

• Ekranowanie magnetycznych pól bliskich, zwłaszcza przy niskich częstotliwościach, jest bardzo trudne i skuteczne rozwiązanie prowadzi zawsze do masywnych konstrukcji ekranów wykonanych z materiałów ferromagnetycznych.

• Skuteczność ekranowania wzrasta w miarę wzrostu częstotliwości.

• Skuteczność ekranowania wzrasta przy większych odległościach między źródłem i polem
  ( wzrost impedancji pola).

35. Opisać ekranowanie pól bliskich. Czy odległość ekranu od źródła ma wpływ na skuteczność ekranowania?

Ekranowanie pól elektromagnetycznych bliskich:

Impedancja falowa pola EM w funkcji odległości od źródła pola.

Ekranowanie pól elektrycznych bliskich

Skuteczność ekranowania maleje ze wzrostem odległości między źródłem i ekranem ( zmniejszanie się impedancji pola ).

Ekranowanie pól magnetycznych bliskich

Skuteczność ekranowania wzrasta przy większych odległościach między źródłem i polem ( wzrost impedancji pola).

Ekranowanie pól odległych

Skuteczność ekranowania nie zależy od odległości między źródłem pola i ekranem.

36. Jaką rolę odgrywają otwory w ekranach w przypadku pól bliskich, a jaką w przypadku pól dalekich? Wyjaśnić

Otwory występują z przyczyn praktycznych prawie zawsze:

• technologia ekranów

• konieczność „komunikowania” się z aparaturą znajdującą się wewnątrz objętości zaekranowanej

Jeżeli pole elektromagnetyczne będzie miało częstotliwość mniejszą od częstotliwości krytycznej falowodu (f<f_kr), otwór nie będzie przepuszczał pola, czyli będzie ekranował.

Dla otworu okrągłego krytyczną długość fali można obliczyć ze wzoru:

D - średnica otworu

Dla otworu w kształcie prostokąta:

b - długość dłuższego boku

Wnioski:

• otwór w ekranie o określonych wymiarach może tłumić pole elektromagnetyczne do pewnej wartości

• powyżej tej częstotliwości pole przenika bez znacznego tłumienia na drugą stronę ekranu, degradując skuteczność ekranowania

Innymi słowy, czym mniejsze będą otwory w ekranie, tym do większych wartości częstotliwości ekran zachowa duże współczynniki tłumienia.

37. Czy obudowa wykonana z masy plastycznej może spełniać role ekranu? Wyjaśnić.

Tak może ale pod warunkiem że materiał z jakiego zostanie wykonany ekran będzie materiałem przewodzącym, stanowiąc bardzo dobry w kompatybilnościowego punktu widzenia fragment instalacji masy.

38. Narysować schemat blokowy pomiarów zakłóceń przewodzonych. Wyjaśnić role poszczególnych elementów.

39. Wymienić rodzaje testów stosowanych przy badaniach odporności. Co określają poziomy ostrości badań?

Badania odporności na zaburzenia przewodzone:

na zaburzenia przewodzone w.cz.

-serie EFT- BURST

-udar SURGE

-ESD

na zaburzenia sieciowe m.cz.

-uskoki napięcia ( zapady)

-zmiany napięcia i przerwy krótkie

-wahania napięcia

-harmoniczne

na zaburzenia promieniowane

-pole magnetyczne w.cz. modulowane i niemodulowane

-pole w.cz. impulsowe

-pole magnetyczne 50Hz

-pole magnetyczne stałe

Przy badaniach odporności są stosowane różne poziomy ostrości np.:

Dla ESD - 2kV, 4kV, 6kV, 8kV

Dla serii BURST- 0,25kV, 0,5kV, 1kV, 2kV

40. Narysować schemat blokowy pomiarów zakłóceń promieniowanych. Wyjaśnić rolę pomieszczenia badawczego.

41. Badania kompatybilnościowe - wymienić rodzaje, podać cele i scharakteryzować je.

1. Studia EMC na etapie koncepcji

urządzeń i systemów (trzeba przewidzieć badania i pomiary w każdej fazie powstawania produktu, a także możliwość regulacji niektórych parametrów.

2. Pomiary i badania w fazie opracowywania wyrobu i w fazie produkcji

CEL :

• Dostarczenie odpowiedzi na pytania konstruktora

• Kontrola poprawności wykonania operacji produkcyjnych

CECHY:

• Pomiary nie znormalizowane, dokładność umiarkowana

• Prostota pomiaru

• Wykonywanie pomiarów na terenie zakładu

• Niski koszt przyrządów

3. Pomiary i badania przygotowawcze- precompliance

CEL:

• Określenie stopnia spełnienia wymagań normalizacyjnych

• Określenie rzeczywistych właściwości EMC produktu

CECHY:

• Pomiary w warunkach maksymalnie zbliżonych do znormalizowanych

• Pomiary i badania w większych zakresach niż wymagane przez normy

• Najlepiej jeśli mogą być wykonywane na terenie zakładu

• Niski koszt wykonywania badań

4. Pomiary odbiorcze - compliance

CEL:

• Ocena zgodności z normami

CECHY:

• Pomiary i badania przeprowadzane zgodnie z normami

5. Pomiary in situ

CEL:

• Stwierdzenie kompatybilności urządzeń pracujących w danym systemie i środowisku

CECHY:

• Pomiary w dziedzinie czasu i częstotliwości

• Wyznaczanie zapasów kompatybilności

42. Przy pomocy jakich urządzeń można wykonywać badania zakłóceń promieniowanych?

• Pokoje bezodbiciowe, komory TEM, GTEM, plener

• Anteny

• Analizatory widma

• Cęgi absorpcyjne- częstotliwość powyżej 30 MHz

• Analizator harmonicznych - m cz. ( do 2kHz)

43. Co to jest i do czego służy sieć sztuczna (LISN)? Narysować schemat blokowy LISN.

Sieć sztuczna (Line Impedance Stabilising Network - LISN) - zapewnia stabilizację warunków pomiarów napięć i prądów zakłóceń w elektrycznych obwodach zewnętrznych dołączonych do badanego obiektu (Equipment Under Test - EUT) - np. obwody zasilania, sterowania lub sygnalizacji oraz umożliwienie podłączenie miernika zakłóceń. Jednak najczęściej stosowane są w liniach zasilania urządzenia badanego.

Cele stosowania sieci sztucznej:

• Odcięcie emitowanych przez urządzenie badane zaburzeń od sieci i skierowanie ich do układu pomiarowego

• uniemożliwienie dotarcia zakłóceń sieciowych do układu pomiarowego

• przeprowadzanie badań zawsze przy znormalizowanej impedancji sieci

---