1. Co Rozumiemy przez oddziaływ. elektromagnetyczne?

Oddziaływanie elektromagnetyczne jest to oddziaływanie między ładunkami elektrycznymi. W otoczeniu ładunków elektrycznych i przewodów wiodących prąd istnieje pole elektryczne będące wzajemnym powiązaniem pola elektrycznego i magnetycznego w obszarze. Istniejące zmiany czasowe jednego pola wytwarzają drugie pole, wskutek czego oba pola są ze sobą powiązane. Oddziaływanie elektromagnetyczne polega na tym, że wszystkie elementy, bądź to posiadające ładunek elektryczny, bądź przewodzące prąd są źródłem pola odpowiednio elektrycznego i magnetycznego czyli w rezultacie elektromagnetycznego, które to pole oddziałuje na pozostałe elementy, w mniejszym lub większym stopniu zleży od częstotliwości.

Środowisko elektromagnetyczne- pole wewnętrzne i zewnętrzne;

2, Powstawanie i propagaacja zaburzen?

Mechanizmy powstawania zakłóceń:

• powstawanie zakłóceń przenoszonych przez ośrodki przewodzące (przewody), np. stany awaryjne, zasilanie, wyładowania ESD, odbiorniki nieliniowe (diody, tranzystory), przepięcia

• powstawanie zakłóceń przenoszonych przez pole - praca i stany awaryjne innych urządzeń, wyładowania atmosferyczne, wyładowania ESD

2. Wymień najważniejsze przyczyny wzrostu znacz. EMC?

Do najważniejszych przyczyn wzrostu znaczenia EMC należą:

• zbliżenie geometryczne źródeł i ofiar zakłóceń - co jest skutkiem postępującego procesu scalania wszystkich układów i minimalizacji wielkości elementów,

• zwiększenie liczby agresywnych źródeł zakłóceń - jednym z najważniejszych źródeł zakłóceń są elementy półprzewodnikowe, które w coraz większym stopniu są wszechobecne , ważnym problemem w tej materii jest również nowoczesna telekomunikacja,

• wzrost wrażliwości elementów - jest skutkiem procesu scalania i minimalizacji wielkich elementów, jak również skutkiem współzależności : czulsze elementy tym bardziej wrażliwe,

• wzrost zakłóceń w sieci - spowodowany jest coraz bardziej powszechnym stosowaniem jako zasilaczy falowników i przetwornic, które oddają do sieci zakłócenia.

3.Czego dotyczy i co zawiera dyrektywa kompatybilnościowa 89/336?

Cele dyrektywy:

1. wykreowanie akceptowalnego środowiska elektromagnetycznego

2. zapewnienie swobodnego obrotu urządzeniami w ramach Unii Europejskiej

Drogi osiągnięcia:

1. ograniczenie emisji zakłóceń i wystarczająca odporność elektromag.

2. Wprowadzenie oznaczenia zgodności europejskiej CE

Dyrektywa zawiera:

1. definicję urządzenia elektrycznego

2. definicję kompatybilności elektromagnetycznej

3. spis instytucji zajmujących się oceną zgodności

• urząd kompetentny

• instytucja notyfikowana

• instytucja kompetentna

4. zasadę domniemania i postanowienia ochronne

4. O czym świadczy znak CE ?

Znak CE umieszczony na urządzeniu świadczy o zgodności z normami istniejącymi w ECM, a na podstawie dyrektywy 89/336 istnieje zasada domnieniowa, że urządzenie jest kompatybilne. Musi być odporne na zakłócenia i nie może zakłócać się sama i innych.

5,Jakiego rodz. normy w ECM?

Istnieją 3 rodzaje norm: przedmiotowe, rodzajowe, podstawowe. Do badań można dojść 2 różnymi ścieżkami: przez normy podstawowe oraz przez przedmiotowe lub rodzajowe.

: Normy istniejące w EMC to:

• Generic Standards - Normy Rodzajowe,

• Product Standards - Normy Wyboru (product, family product),

• Basic Standards - Normy Podstawowe.

Generic Standards- normy omawiające środowisko

Product Standards- wyrób lub rodzaj wyrobu

Basic Standards- Normy zawsze używane - opisują metody badania.

6,Podać definicje kompatybilności elektromagn. według dyrektywy 89/336.

Kompatybilnością elektromagnetyczna nazywamy zdolność urządzenia, systemu, instalacji do poprawnego działania w danym środowisku, bez wprowadzenia do tego środowiska zakłóceń nie tolerowanych przez wszystko co się w tym środowisku znajduje.(Aby stwierdzić , że urządzenie jest kompatybilne EM z danym środowiskiem trzeba je zainstalować (nie wystarczy zgodność z normami)).

Wnioski:

• nie można określić kompatybilności pojedynczego urządzenia

• wyniki pozytywne znormalizowanych badań nie gwarantują kompatybilności urządzenia (oznaczają tylko zgodność z wymogami normy)

O kompatybilności decydują następujące warunki:

• musi być wystarczająco odporne na zakłócenia emitowane przez inne urządzenia

• nie może zakłócać pracy innych urządzeń

• nie może zakłócać się samo

7, Co nazywamy wrażliwością elektromagnetyczną?

Wrażliwość elektromagnetyczna (SEM) oznacza brak odporności, czyli brak zdolności urządzenia (lub systemy, instalacji) do działania bez niedopuszczalnych odchyleń charakterystyk roboczych od wymaganych. P_dop -dopuszczalny procent zakłóceń (najczęściej są to 2%, 3%, 5%).Wrażliwość elektromagnetyczną wyznacza się z krzywej wrażliwości w badaniach odporności.

8,Co nazywamy odpornością elektromagnetyczną

Odpornością elektromagnetyczną (IME) nazywamy zdolność urządzenia (lub systemy, instalacji) do działania bez niedopuszczalnych odchyleń charakterystyk roboczych od wymaganych. P_dop -dopuszczalny procent zakłóceń (najczęściej są to 2%, 3%, 5%).

9, Przedstawić sposób wyznaczania odporności elektromagnetycznej.

Wyznaczenie odporności elektromagnetycznej sprowadza się do zbadania czy urządzenie nie zakłóca się wzajemnie . Istnieją więc dwa warunki:

• 1. aby urządzenie A nie było zakłócone C_BA=(E_B/E_A)>1 I_A>E_B (odporność musi być większa od emisyjnej) I_A>E_B­/C_BA; I_A C_BA>E_B; w dB I_A [dB]-(E_B[dB]-C_BA[dB])>0

-2. aby urządzenie B nie było zakłócane I_B>E_A (odporność urządzenia musi być większa od emisyjności urządzenia A); I_B[dB]-(E_A[dB]-C_AB[dB])>0 ogólnie można zapisać: I_m[dB]-(E_n[dB]-C_nm[dB])>0

10,Co to jest poziom kompatybilności elektromagnetycznej ?

Poziom kompatybilności elektromagnetycznej K jest to max poziom zakłóceń, który zgodnie z oczekiwaniami może działać na urządzenie (lub systemy, instalacje) pracujące poprawnie w danych warunkach.

11,Podać definicję zapasu kompatybilności.

Ze względu na możliwość wystąpienia jednoczesnego zakłócenia i zakłócenia w ramach przyjętych prawdopodobieństw odporności i emisyjności, konieczne jest zachowanie kompatybilności Z_K aby: I_m[dB]-(E_n[dB]-C_nm[dB])>Z_K[dB]. Z_K jest przyjmowane o wartościach nie mniejszych niż 10 dB do 20 dB ( gdy zależy życie od tego).

Z_E - zapas emisyjności Z_E=K - E

Z_B - zapas wrażliwości Z_B=S - I

Z_K - zapas kompatybilności Z_K= I - E

Z_I - zapas odporności Z_I=I - K

Podać definicję zapasu odporności.

Zapas odporności jest różnicą między poziomem odporności I jaki reprezentuje sobą dane urządzenie lub system a poziomem kompatybilności K ustalonym dla danych warunków.

Z_I = I - K = Z_K - Z_E

12 .Z czego wynika konieczność zapasu kompatybilnoci? Jakiego rzędu są wartości tego zapisu (marginesu)?

Konieczność zachowania zapasu kompatybilnościowego wynika z:

1. możliwości jednoczesnego wystąpienia zakłóceń

2. sposobu określenia odporności i emisyjności

Jest przyjmowany w granicach od 6 do 20 dB.

Z_k=20dB - odpowiada to dziesięciokrotnemu zapasowi (marginesowi) i jest wymagany w przypadku gdy skutki zakłócenia zagrażają życiu.

13 Jaki jest zapas emisyjności, jeżeli zapas kompatybilności wynosi 8 dB a zapas odporności 5 dB?

Z_E=Z_K-Z_I=8-5=3 dB

14 Czy urządzenie będzie pracowało kompatybilnie jeżeli przy wymaganym zapasie kompatybilności 20 dB, jego odporność wynosi 35 dB a poziom emisji zakłóceń 18 dB.

Aby urządzenie pracowało kompatybilnie musi być spełniony warunek aby zapas kompatybilności był co najmniej taki jak wymagany. Z_K=I-E=35-18=17 dB. Zapas kompatybilności jest mniejszy od wymaganego więc urządzenie nie będzie pracowało kompatybilnie w danych warunkach.

15 Co należy zrobić aby urządzenie o odporności 20dB pracowało kompatybilnie przy poziomie emisji zakłóceń 8dB i wymaganym zapasie kompatybilności 10dB?

Z_k=I-E gdzie Z_k-zapas kompatybilności I-odporność E-emisyjność

Z_k=20-8=12dB

Ponieważ otrzymany zapas kompatybilności jest mniejszy niż wymagany, więc zapewnienie kompatybilności uzyskamy poprzez: zmniejszenie emisyjności E lub zwiększenie odporności I.

16 Na czym polegają ogólne zasady strategii prowadzącej do osiągnięcia kompatybilności urządzenia?

Aby osiągnąć kompatybilność urządzenia w pierwszym

-Prowadzi się do zmniejszenia emisyjności urządzeń E (jest to działanie najprostsze i najtańsze jednak nie jest możliwe wyeliminowanie wszystkich zakłóceń)

-Zwiększenie odporności urządzeń I (najdroższe)

-Zwiększenie współczynnika sprzężeń (współczynnik tłumienia) poprzez separację galwaniczną (filtry), separację elektromagnetyczną (ekranowanie), oddzielenie topograficzne urządzeń od źródeł zakłóceń. Pierwsze dwie czynności prowadzą do zwiększenia zapasu kompatybilności Z_K

17. Podać możliwości i ograniczenia redukcji emisji zakłoćeń.

Emisyjność zakłóceń E:

Tylko przy tej wartości E emisyjność może być wykonana.

1.Warunek (urządzenia muszą być wystarczająco odporne)

Współczynnik sprzężenia:

Aby urządzenie „A” nie było zakłócone I_A>E_A ;
; I_A*C_BA>E_B ;

I_A[dB]-(E_B[dB]-C_BA[dB])>0

Jeżeli ta nierówność jest spełniona tzn., że warunek1 jest spełniony. Wszystkie wartości podajemy w dB.

Warunek 2

I_B[dB]-(E_A[dB]-C_BA[dB])>0

Ogólnie: I_m-(E_n-C_nm)>0

18.Podać możliwości zmniejszenia sprzężeń pomiędzy źródłem a ofiarą zakłóceń?

1. separacja geometryczna (odpowiednie rozmieszczenie urządzeń)

2. separacja elektromagnetyczna (ekrany) - rodzaj ekranu i jego skuteczność zależy od rodzaju sprzężenia przez pole EM, magnetyczne, elektryczne

Nie można uzyskać idealnego odseparowania!

19 Co to jest impedancja falowa i jakie ma wartości w próżni i w polu dalekim.

Impedancją falową Z_f nazywamy wielkość będącą stosunkiem wartości chwilowych natężenia pola elektrycznego do natężenia pola magnetycznego.

Impedancja falowa próżni wynosi

Taką samą wartość impedancja falowa przybiera w polu dalekim.

20 Wyjaśnić pojęcia : pole bliskie i pole dalekie.

Pole bliskie jest to pole, które znajduje się w odległości mniejszej od λ/2π od dipola wytwarzającego to pole, czyli granice jego znajdują się w niewielkiej odległości od dipola w porównaniu z długością fali. W obszarze pola bliskiego nie występują zjawiska falowe a natężenie pola elektrycznego są opóźnione w fazie o π/2 względem pola magnetycznego.

Pole dalekie jet to pole znajdujące się w odległości większej od λ/2π od dipola wytwarzającego to pole, jest to więc pole znajdujące się w dużej odległości od dipola w porównaniu z długością fali (przy dużych częstotliwościach pole dalekie zaczyna się już w odległości od diola rzędu metrów). W polu dalekim występują zjawiska falowe i połowa energii zgromadzona jest w polu elektrycznym, a druga w polu magnetycznym (występuje sprzężenie fala płaska).

21,Wyjaśnić pojęcie: pole elektromagnetyczne niskoimpedancyjne

Pole elektromagnetyczne niskoimpedancyjne to pole magnetyczne uzyskiwane w obrębie pola bliskiego. Zgodnie ze wzorem Z_f=E/H, pole niskoimpedancyjne charakteryzuje się tym, że natężenie pola magnetycznego jest znacznie większe od natężenia pola elektrycznego. W obszarze takiego pola w miarę oddalania się od źródła tego pola natężenie pola magnetycznego znacznie szybciej maleje niż natężenie pola elektrycznego.

22 Wyjaśnić pojęcie pole elektryczne.

Pole elektryczne to pole pochodzące od ładunku elektrycznego (dipola elektr.) i jest to pole wysokoimpedancyjne charakteryzujące się tym, że natężenie pola elektrycznego jest znacznie większe od natężenie pola magnetycznego, jednak w miarę oddalania się od dipola elektr. natężenie pola elektrycznego wolniej maleje niż pola magnetycznego. Pole elektryczne w dielektryku charakteryzują 2 wielkości wektorowe: natężenie pola elektrycznego E i Indukcja elektryczna D. W środowisku izotropowym wektory D i E są do siebie proporcjonalne, gdzie współczynnikiem proporcjonalności jest przenikalność elektryczna ε.

23 Wyjaśnić pojęcie pole magnetyczne

Pole magnetyczne opisują 2 wielkości wektorowe: natężenie pola magnetycznego H i indukcja magnetyczna B. W środowisku izotropowym wektory H, B są do siebie proporcjonalne, gdzie współczynnikiem proporcjonalności jest przenikalność magnetyczna µ. Jednostką H jest [A/m]. Pole magnetyczne wytwarza dipol magnetyczny - pętla prądowa. Pole magnetyczne jest znacznie większe od natężenia pola elektrycznego w obszarze tego pola, jednakże w miarę oddalania się od źródła pola natężenie pola magnetycznego maleje szybciej niż elektrycznego.

24.Kiedy powstaje pole magnetyczne:

Pole magnetyczne jest związane z ruchem ładunków elektrycznych a w szczególności z przepływem prądu elektrycznego przez przewód.

Kiedy powstaje pole elektryczne.

Pole elektryczne powstaje w przestrzeni dokoła ładunków elektrycznych nieruchomych i niezmiennych w czasie

25 Napięcie 1mV wyrazić w dBμV

U [dBμV] =20log(0,001μV/1μV)=20log(10^-3)=20*(-3)= - 60 dBμV.

26, Wyrazić w V/m natężenie pola elektrycznego o wartości 140 dBmV/m

a[V/m]=20log[(a*10^-3 [m V/m])/(1[m V/m})=20log(a*10^-3)=20*a*(-3) [dBm V/m}, czyli jeśli natężenie pola wynosi 140dBm V/m zatem: 140=20*a*(-3)⇒ a=140/(-3*20)= -7/3 V/m

27,Natężenie I=60 dBuA, napięcie U=60 dBmV. Obliczyć moc w dBmW.

Jeżeli I=60dBμA , U=60dBmV to U= -3600dBμV a zatem P=I*U= I=60dBμA*-3600dBμV= -216000dBμW= 216*10³dBμW.

28.Wyjaśnij pojęcie „zakłócające sygnały wspólne”.

Zakłócające sygnały wspólne są to sygnały poprzeczne asymetryczne I_c

Z_m=X_m=

Obwody sygnałów wspólnych są zawsze zamknięte.

29. Wyjaśnić pojęcie „zakłócające sygnały różnicowe”.

Pojęcie zakłócających sygnałów różnicowe dotyczy emisji pół wywołanych przez sygnały różnicowe, płynące w przewodach i zakłócających urządzenia zewnętrzne. Rodzaj emisji dotyczy pola

magnetycznego i elektrycznego. Sposób indukowania się tych pól przedstawia poniższy rysunek

Dla pola magnetycznego :

Przy czym

Dla pola elektrycznego :

Przy czym Ed = Ed1 - Ed2

30. Napisać dwa prawa Maxwella w postaci całkowej.

Prawa Maxwella w postaci całkowej:

(1) II równanie Maxwella - przedstawia prawo indukcji elektromagnetycznej Faradaya

(2) I równanie Maxwella - przedstawia prawo Ampera

Równania te przedstawiają związek pól elektrycznego i magnetycznego, który polega na tym, że istnienie i zmiany czasowe jednego pola wpływają na drugie.

31.Kiedy prawa Kirchhoffa mogą okazać się zawodne.

Napięcie między dwoma punktami zależy od wyboru drogi całkowania, nie jest więc w ogólnym przypadku równe różnicy potencjałów

Napięcia w obwodzie przenikanym przez strumień magnetyczny

Napięcie pomierzone przez V₁ jest inne niż pomierzone z drugiej strony przez woltomierz V₂ dlatego prawa Kirchhoff'a nie są słuszne dla obwodów ze zmiennym polem. Wtedy trzeba stosować prawa Maxwell

32,Co nazywamy prądem przesunięcia i kiedy ma on znaczenie w praktyce?

Prądem przesunięcia nazywamy pochodną względem czasu strumienia przez powierzchnię.

Fizycznie można go interpretować jako przedłużenie przepływu w obszarze będącym izolatorem, gdzie nie ma przepływu prądu przewodzenia. Prąd przesunięcia przybiera znaczne wartości przy szybkich zmianach czasowych pola elektromagnetycznego (przy dużych częstotliwościach). Na podstawie I równania Maxwella można zauważyć, że prąd przesunięcia ma takie samo oddziaływanie elektromagnetyczne jak prąd przewodzenia.

33 Na czym polega znaczenie sygnałów różnicowych

Zakłócające sygnały różnicowe mają znaczenie tylko dla częstotliwości niskich (kilka Hz) ponieważ dla wyższych częstotliwości znacznie większe są sygnały wspólne i one mają decydujący wpływ. Sygnały różnicowe są groźne z tego względu, że zamykają się przez obwody robocze ale na ogół mają małe wartości i ten wpływ jest znikomy. Przy emisji zakłóceń powodowanej przez sygnały różnicowe ważna jest odległość między przewodami (czym bliżej tym mniejsza emisja) jednak i tak pole wypadkowe jest różnicą pól od każdego sygnału różnicowego.

34 Na czym polega znaczenie sygnałów wspólnych

Poza częstotliwością bardzo niską największe problemy ECM stwarzają sygnały wspólne, gdyż mają wartości znacznie większe od różnicowych. Emisja przewodów przez sygnał wspólny jest znacznie większa niż przy sygnałach różnicowych, ponieważ pole wypadkowe jest sumą pól od każdego sygnału. Np. dla i_C=i_D; H_C=20000h_D. Pętle wrażliwe sygnałów wspólnych są dużo większe od różnicowych, by to wyeliminować należy zbliżyć przewód do masy lub odwrotnie. Znaczenie tu ma także konwersja sygnałów wspólnych na różnicowe spowodowane asymetrią obwodu.

35.W jednym z dwu przewodów prąd zakłócający ma wartość 15mA w drugim 30mA. Oblicz prąd wspólny i różnicowy.

Przedstawiając schematycznie obwód dla prądów zakłócających

i₁=i_D+i_C =>15=i_D+i_C

i₂=i_D-i_C => 30=i_D-i_C

Z tego układu równań mamy 2i_D=45 czyli i_D=22,5mA, a i_C=7,5mA

36. Jaką wartość ma prąd płynący przez masę, jeżeli prąd wspólny w każdym z przewodów ma wartość 15mA a prąd różnicowy 2 mA.

Prąd płynący przez masę i_M wyznaczamy ze wzoru: i_M=i₁-i₂ gdzie: i₁=i_D+i_C ; i₂=i_D-i_C.

Przy i_C=15mA, i_D=2mA otrzymujemy i ₁=2+15=17mA, i₂=2-15=-13mA zatem i_M=17-(-13)=30mA.

37. Narysować schemat umożliwiający pomiar prądu zakłócającego wspólnego.

Schemat umożliwiający pomiar prądu

zakłócającego wspólnego jest następujący:

i1-i2=ip*Zp=2ic

z tego : ic=ip*(Zp/ 2 )

Można pomierzyć sygnały zakłócające wspólne ponieważ tylko one indukują prądy w pętli z impedancją Zp ponieważ pozostałe się znoszą. Wynik należy podzielić przez dwa bo płyną dwa prądy ic

38. Narysować schemat umożliwiający pomiar prądu zakłócającego różnicowego.

Schematy umożliwiający pomiar prądu zakłócającego różnicowego jest następujący

i₁+i₂=i_pz_p=2i_D z tego wynika że i_d=i_p(z_p/2). Aby można pomierzyć sygnał należy przewód z jednym sygnałem należy odwrócić aby prądy różnicowe dodawały się a nie odejmowały. Wynik dzielimy przez 2 gdyż są 2 prądy i_D

39. Podać sposoby zmniejszania skutków występowania sygnałów wspólnych

Do najważniejszych sposobów zmniejszania skutków występowania sygnałów wspólnych należą:

• stosowanie filtrów EMC, z których najprostszym jest kondensator;

• ograniczenie emisji spowodowanej przez sygnały wspólne;

• stosowanie dławików sygnałów wspólnych;

• należy przeciwstawić się konwersji sygnałów wspólnych przez zadbanie o symetrię elektryczną geometryczną

• należy zmniejszyć powierzchnię wrażliwych przez zbliżenie przewodów do masy lub odwrotnie oraz minimalizować długość

---