Problem emisyjności elektromagnetycznej urządzeń
elektrycznych stosowanych we współczesnych sieciach
zasilających jest zagadnieniem bardzo istotnym
i wymagającym niejednokrotnie zaangażowania
znacznych nakładów technicznych, w celu jego
ograniczenia. Ekranowanie urządzeń i przewodów
o znacznych poziomach emisji elektromagnetycznej
stanowi jedną z podstawowych metod rozwiązywania
problemów zakłóceń elektromagnetycznych – szczególnie
w środowiskach z urządzeniami o bardzo zróżnicowanych
poziomach emisyjności i odporności, do których należą
współczesne systemy automatyki.

Negatywne skutki eksploatacji urządzeń o wysokich poziomach

emisji elektromagnetycznej można podzielić na dwie zasadnicze
grupy, związane z:





bezpośrednim zagrożeniem wystąpienia niepożądanych zakłóceń

w innych wrażliwych systemach technicznych i urządzeniach eks-
ploatowanych we wspólnym środowisku elektromagnetycznym,





koniecznością spełnienia wymagań technicznych wynikających

z norm, które określają maksymalne dopuszczalne poziomy emi-
syjności urządzeń eksploatowanych w określonych środowiskach
pracy.

Obie grupy problemów technicznych mogą występować w dowol-

nych kombinacjach (każda z nich oddzielnie lub obie jednocześnie),
jednak ich rozwiązywanie może wymagać odrębnych metod i środ-
ków technicznych. Zapewnienie pełnej zgodności z wymaganiami
norm wszystkich elementów składowych (np. złożonych systemów
sterowania) nie gwarantuje, że nie będą występowały żadne zakłó-
cenia w pracy poszczególnych elementów tego systemu, spowodo-
wane wzajemnym niepożądanym oddziaływaniem elektromagne-
tycznym. Działania techniczne związane ze spełnianiem wymagań
norm w zakresie kompatybilności elektromagnetycznej urządzeń są
zazwyczaj mniej skomplikowane, ponieważ dotyczą pojedynczych
urządzeń, funkcjonujących w znormalizowanych warunkach labo-
ratoryjnych.

Rozwiązywanie problemów wzajemnych zakłóceń występują-

cych w systemach przemysłowych złożonych z wielu urządzeń wy-
maga zwykle stosowania znacznie bardziej zaawansowanych me-
tod identyfikacji i analizy występujących zjawisk oraz doboru od-
powiednich środków zaradczych. W przypadku układów energo-
elektronicznych, wymagania norm w zakresie emisyjności określa-
ją dopuszczalne poziomy napięć zaburzeń radioelektrycznych
przewodzonych oraz dopuszczalne natężenia pól zaburzeń promie-
niowanych.

Charakterystyki częstotliwościowe emisyjności, potwierdzające

zgodność z wymaganiami norm, są wyznaczane w warunkach labo-
ratoryjnych dla typowych konfiguracji badanych układów. W wa-
runkach przemysłowych istnieje zwykle wiele dodatkowych uwa-
runkowań, wynikających z różnych przyczyn, wymuszających róż-
ne – pod względem kompatybilności elektromagnetycznej – warun-
ki pracy napędu w stosunku do tych laboratoryjnych (wymaganych
przy wykonywaniu badań zgodności z wymaganiami norm) lub za-
lecanych przez producenta w instrukcji użytkowania.

Do najbardziej istotnych różnic między instalacjami laboratoryj-

nymi a przemysłowymi można zaliczyć:
– występowanie wielu innych instalacji i torów kablowych, które

mogą stanowić dodatkowe drogi propagacji zaburzeń (szczegól-
nie dla sygnałów wysokich częstotliwości),

– występowanie większej ilości różnych napędów przekształtniko-

wych w bliskim sąsiedztwie,

– znaczne długości oraz różnorodne konfiguracje torów kablowych

związanych z poszczególnymi napędami,

– występowanie innych źródeł zaburzeń o znacznych poziomach.

Różnorodność instalacji przemysłowych nie pozwala na jedno-

znaczne ustalenie skutecznych zasad i metod postępowania w przy-
padku występowania zakłóceń w złożonych systemach. Dotyczy to
zwłaszcza układów z przekształtnikowymi układami napędowymi,
które są najczęstszą przyczyną występowania problemów związa-
nych z kompatybilnością elektromagnetyczną w zakresie zaburzeń
przewodzonych.

Dotychczasowe wyniki wielu prac badawczych oraz wnioski

z pomiarów wykonywanych w warunkach przemysłowych pozwa-
lają określić podstawowe czynniki, które powodują wzrost zagroże-
nia kompatybilności elektromagnetycznej instalacji i systemów ste-
rowania z napędami przekształtnikowymi. Są to:
– zwiększenie znamionowego napięcia zasilania przekształtnika

(220 V, 380 V),

– zwiększenie długości torów kablowych pomiędzy przekształtni-

kiem i silnikiem,

– zwiększenie częstotliwości modulacji przekształtnika (PWM),
– zwiększenie ilości układów napędowych pracujących w bliskim

sąsiedztwie,

– jakość instalacji i połączeń uziemiających, w szczególności w za-

kresie wysokich częstotliwości,

– jakość ekranowania oraz wykonania połączeń elementów ekrano-

wanych,

– stopień zaawansowania komunikacji pomiędzy napędami a syste-

mem nadrzędnym (brak, analogowa, cyfrowa, cyfrowa o dużej
szybkości).

KONFERENCJA „AUTOMATYKA, POMIARY, ZAKŁÓCENIA”

16

Rok LXXIV 2006 nr 5

Źródła i wybrane metody ograniczania zakłóceń
w systemach automatyki z napędami przekształtnikowymi

Jarosław Łuszcz

Dr inż. Jarosław Łuszcz – Wydział Elektrotechniki i Automatyki
Politechniki Gdańskiej

Charakterystyka zaburzeń elektromagnetycznych
generowanych w przekształtnikowych układach napędowych

Zaburzenia elektromagnetyczne są to sygnały elektryczne (napię-

cia, prądy oraz pola elektryczne, magnetyczne i elektromagnetycz-
ne), które – niezależnie od sposobu wytwarzania oraz mechani-
zmów rozprzestrzeniania – mogą stanowić przyczynę niewłaściwe-
go działania (zakłócania) urządzeń.

W układach przekształtnikowych oraz instalacjach z napędami

przekształtnikowymi występuje bardzo dużo takich sygnałów, jed-
nak – ze względu na łatwość ich propagacji na znaczne odległości
drogą przewodową lub poprzez promieniowanie – najistotniejsze są
sygnały o znacznych częstotliwościach. Przyjmuje się, że dla sy-
gnałów o częstotliwościach mniejszych niż 30 MHz, decydującym
mechanizmem propagacji jest przewodzenie przez wspólne impe-
dancje oraz wzajemne pojemności i indukcyjności pasożytnicze.
Ten mechanizm propagacji pozwala na przenoszenie znacznie
większych mocy zaburzeń niż w przypadku zaburzeń przenoszo-
nych przez promieniowanie i jest przyczyną większości problemów
związanych z zakłóceniami w środowisku przemysłowym.

W przekształtnikowych układach napędowych sygnały wysokiej

częstotliwości są generowane przede wszystkim na skutek występo-
wania przebiegów impulsowych napięcia i prądu na łącznikach
energoelektronicznych (rys. 1). Typowa praca impulsowa współcze-
śnie stosowanych elementów energoelektronicznych charakteryzuje
się m.in. stosunkowo krótkimi czasami załączania i wyłączania klu-
czy energoelektronicznych. W przekształtnikowych układach napę-
dowych najwyższe ze spotykanych stromości napięć występują na
kluczach tranzystorowych w układzie mostkowym falownika wyj-
ściowego – ze względu na znaczne wartości przełączanych napięć
(np. 600 V DC) oraz czasy załączania (np. <1 µs), co daje stromo-
ści napięć dU/dt przekraczające często kilka kV/µs.

Charakterystyka widmowa przebiegów napięć wyjściowych prze-

kształtnika (zbliżonych do prostokątnych), towarzyszących pracy
impulsowej łączników energoelektronicznych, obejmuje znaczny
zakres widma częstotliwości, sięgający częstotliwości rzędu MHz.
Kształt i zakres częstotliwościowy charakterystyki widmowej zale-
ży przede wszystkim od:
– częstotliwości kluczowania i współczynnika wypełnienia szero-

kości impulsów,

– czasów załączania i wyłączania kluczowanego napięcia,
– charakteru przebiegów oscylacyjnych towarzyszących załączaniu

i wyłączaniu.

Dla idealnego okresowego przebiegu trapezowego (rys. 2) cha-

rakterystykę widmową można wyznaczyć z zależności

(1)

T

t

n

T

t

n

T

t

n

T

t

n

T

t

A

A

s

s

n

S

S

S

S

¸

¹

·

¨

©

§

¸

¹

·

¨

©

§

sin

sin

2

KONFERENCJA „AUTOMATYKA, POMIARY, ZAKŁÓCENIA”

Rok LXXIV 2006 nr 5

17

Rys. 2. Uproszczona zależność
maksymalnych poziomów widma
okresowego sygnału trapezowego
od parametrów czasowych
przebiegu: a) przebieg czasowy,
b) maksymalne wielkości
amplitud składowych
harmonicznych widma przebiegu

Rys. 1. Przebiegi napięcia silnika zasilanego z przekształtnika w różnych
skalach czasowych:
a, c, e – napięcia fazowe, b, d, f – napięcia przewodowe

Przedstawiony na rysunku 2 uproszczony przebieg charakterysty-

ki widmowej przebiegu trapezowego nie uwzględnia charaktery-
stycznych okresowych zmian wynikających z właściwości funkcji
sinx/x oraz jej parametrów, współczynnika wypełnienia

δ

= t/T oraz

stosunku czasu przełączania do okresu przebiegu t

s

/T. W rzeczywi-

stości poziomy amplitud widma mogą być nieco niższe – zwłaszcza
dla częstotliwości równych wielokrotności stałych czasowych, wy-
nikających z czasu trwania impulsu f

2

=1/

π

t oraz czasu przełączania

f

3

=1/

π

t

S

.

Szczegółowy przebieg charakterystyki widmowej przebiegu,

o parametrach zbliżonych do tych, które występują w przekształtni-
kowych układach napędowych (amplituda przebiegu A=500 V, czę-
stotliwość nośna f

PWM

=1 kHz, współczynnik wypełnienia

δ

=2% oraz

czas załączania i wyłączania kluczy energoelektronicznych t

s

=1 μs),

przedstawiono na rysunku 3.

W rzeczywistych układach przekształtnikowych przedstawione

uproszczenie nie wnosi istotnych zmian w zakresie opadającej cha-
rakterystyki widmowej, ponieważ zwykle znaczne zmiany parame-
trów przebiegu w czasie, np. współczynnika wypełnienia, powodu-
ją wyrównanie gęstości widmowej w tych zakresach do poziomów
maksymalnych (rys. 2).

Mechanizmy propagacji zaburzeń elektromagnetycznych
w instalacjach przemysłowych

Propagacja zaburzeń elektromagnetycznych pomiędzy ich

źródłami a urządzeniami lub obwodami zakłócanymi jest za-
gadnieniem złożonym i zależnym od wielu czynników, z których
najważniejsza jest częstotliwość sygnałów zakłócających. Pod-
stawowe mechanizmy propagacji, decydujące o przenoszeniu
mocy zaburzeń, przedstawiono na rysunku 4. Wyszczególnione
zakresy pasma częstotliwości mają charakter orientacyjny, co
oznacza, że np. granica częstotliwości 30 MHz między zaburze-
niami przewodzonymi a promieniowanymi jest szacunkowa
i wskazuje jedynie na przeważający mechanizm propagacji w ty-
powych aplikacjach.

Zjawiska przewodzenia i promieniowania zachodzą dla każdej

częstotliwości sygnału, jednak ich udział w przekazywaniu mocy
jest różny. W typowych współczesnych aplikacjach przemysłowych
w większości przypadków najwięcej trudności sprawiają zaburzenia
przewodzone.

Zaburzenia elektromagnetyczne przewodzone obejmują różne ro-
dzaje sygnałów, takie jak różnicowe i wspólne składowe napięć
i prądów zaburzeń (rys. 5). Składowe różnicowe napięć zaburzeń
występują pomiędzy przewodami roboczymi, a składowe wspólne
– pomiędzy przewodami roboczymi a potencjałem ziemi odniesie-
nia. Składowe różnicowe prądów zaburzeń zamykają się w obwo-
dach przewodów roboczych, natomiast składowe wspólne – w prze-
wodach roboczych oraz połączeniach uziemiających.

Występowanie napięć i prądów zaburzeń jest zjawiskiem jedno-

czesnym i wzajemnie powiązanym poprzez odpowiednie impedan-
cje. Jednak – ze względu na złożoność spotykanych obwodów, nie-
znane impedancje wielu elementów składowych obwodów oraz
trudności pomiarowe – uzasadnione jest podejście do analizy za-
równo w sposób prądowy, jak i napięciowy: w zależności od rodza-
ju analizowanego układu. Przyjmuje się jednak, że najistotniejsze
z punktu widzenia zakłóceń są napięcia wspólne, które w sprzyjają-
cych warunkach impedancyjnych wywołują lub mogą wywoływać
znaczące przenoszenie energii zaburzeń poprzez przewodzenie,
a także stanowią źródła promieniowania elektromagnetycznego.

KONFERENCJA „AUTOMATYKA, POMIARY, ZAKŁÓCENIA”

18

Rok LXXIV 2006 nr 5

Rys. 3. Charakterystyka widmowa przebiegu prostokątnego
(amplituda przebiegu A=500 V, częstotliwość nośna f

PWM

=1 kHz,

współczynnik wypełnienia

δ =2% oraz czas załączania

i wyłączania kluczy energoelektronicznych t

s

=1 μs)

Rys. 4. Mechanizmy propagacji i rodzaje sygnałów zaburzeń elektromagnetycznych

Rys. 5. Rodzaje sygnałów zaburzeń elektromagnetycznych
U

DM

– składowe różnicowe napięć zaburzeń, U

CM

– składowe wspólne

napięć zaburzeń, I

DM

– składowe różnicowe prądów zaburzeń,

I

CM

– składowe wspólne prądów zaburzeń

Wymagania zawarte w dokumentach normalizacyjnych oraz do-

puszczalne poziomy emisyjności urządzeń dotyczą właśnie składo-
wych wspólnych napięć zaburzeń i dlatego są najczęściej przedmio-
tem analiz związanych z certyfikacją urządzeń. W przypadku roz-
wiązywania problemów kompatybilności w instalacjach przemysło-
wych bardzo przydatne są analizy zarówno napięć, jak i prądów za-
burzeń.

Najbardziej istotny wpływ na występowanie efektów zakłócają-

cych mają składowe wspólne napięć zaburzeń oraz składowe
wspólne prądów zaburzeń. Drogi propagacji tych składowych obej-
mują wszystkie uziemione elementy przewodzące urządzeń oraz
nieuniknione indukcyjności i pojemności pasożytnicze pomiędzy
elementami obwodów roboczych, dlatego dokładne ich określenie
jest zagadnieniem bardzo trudnym. Ponadto – w typowych aplika-
cjach przemysłowych impedancje występujące w tych obwodach są
znacznie większe i bardziej zmienne w szerszym zakresie niż
w przypadku impedancji dla składowych symetrycznych napięć
i składowych różnicowych prądów.

Wymienione właściwości obwodów dla składowych wspólnych

powodują, że ograniczanie propagacji tych sygnałów jest znacznie
trudniejsze, a zatem ich rozprzestrzenianie na duże odległości jest
ułatwione i – w związku z tym – ich oddziaływanie zakłócające na
inne układy jest znacznie większe niż dla składowych napięć i prą-
dów różnicowych.
W środowisku przemysłowym jednym z częściej występujących to-
rów propagacji zaburzeń przewodzonych są elementy instalacji ka-
blowych. Zjawiska przenikania sygnałów między różnymi obwoda-
mi, umieszczonymi we wspólnych torach kablowych, nazywa się
też przesłuchami.

W typowych warunkach propagacji zaburzeń elektromagnetycz-

nych występujących w torach kablowych można wyróżnić trzy pod-
stawowe zjawiska fizyczne, decydujące o jakości tego sprzężenia.
Są to następujące rodzaje sprzężeń (rys. 6):
– poprzez pole magnetyczne (indukcyjność wzajemną obwodów),
– przez pole elektryczne (pojemności pasożytnicze pomiędzy ob-

wodami),

– wspólne impedancje obwodów (najczęściej impedancje wspólnej

masy).
Na podstawie przedstawionych schematów zastępczych sprzężeń

(rys. 6), można zapisać podstawowe zależności określające wielko-
ści napięcia zaburzeń w funkcji parametrów obwodów:
– dla sprzężenia magnetycznego U

Z(1–2)

= –M dI

1

/dt,

– dla sprzężenia elektrycznego I

Z

=C dU

(1–2)

/dt,

– dla sprzężenia poprzez wspólną impedancję U

Z(1–2)

=Z

P

I

1

.

Z przedstawionych zależności wynika, że o wielkości sygnałów

zaburzeń decydują nie tylko indukcyjności wzajemne, pojemności
pasożytnicze, wartości impedancji wspólnych, ale także stromości
występujących napięć i prądów, co ma szczególne znaczenie w in-
stalacjach z przekształtnikami.

Parametry pasożytnicze obwodów są nieodłączną cechą wszyst-

kich obwodów i znane są jedynie sposoby minimalizacji tych zja-
wisk. Wielkości parametrów pasożytniczych nabierają jednak za-
sadniczego znaczenia w układach, w których występują znaczne
stromości napięć i prądów (najczęściej w obwodach wyjściowych
przekształtnikowych układów napędowych). Zakładając nawet
niewielką pojemność pasożytniczą między obwodami (np. ok. 1 nF
i stromości napięć 1 kV/μs), przepływające impulsowe prądy zabu-
rzeń mogą osiągać wartości rzędu amperów.

Istotny wpływ na zjawiska przesłuchu mają również długości roz-

patrywanych torów kablowych, gdyż – przy większych odległo-
ściach – mogą występować zjawiska falowe, wymagające uwzględ-
niania właściwości toru kablowego jako linii długiej (rys. 7).

Określenie warunków do występowania zjawisk falowych może być

dokonywane na podstawie analizy impedancji badanych obwodów.

KONFERENCJA „AUTOMATYKA, POMIARY, ZAKŁÓCENIA”

Rok LXXIV 2006 nr 5

19

Rys. 6. Rodzaje sprzężeń występujących w torach kablowych: a) poprzez pole magnetyczne, b) poprzez pole elektryczne, c) wspólne impedancje obwodów

Rys. 7. Schemat zastępczy kabla jako linii długiej

Rys. 8. Impedancja linii kablowej w stanie zwarcia Z

SC

i rozwarcia Z

OC

(100 m, 3×1,5 mm

2

)

Przykładowa charakterystyka częstotliwościowa impedancji od-

cinka 100-metrowego przewodu 3×1,5 mm

2

(rys. 8) wskazuje, że

zjawiska falowe występują już przy częstotliwościach powyżej kil-
kuset kHz. Zmiany impedancji w funkcji częstotliwości – w zakre-
sie niższych częstotliwości – pozwalają także na wyznaczenie po-
jemności zastępczej (|Z(f)|=1/2

π

f C) i indukcyjności zastępczej

(|Z(f)|=2

π

fL) badanego kabla, co jest istotnym parametrem, decy-

dującym o sprzężeniach występujących w torach kablowych.

Oddziaływanie zaburzeń pochodzących od układów
energoelektronicznych na systemy automatyki i sterowania

Klasycznym przykładem problemu zakłóceń w środowisku prze-

mysłowym może być oddziaływanie toru kabla silnikowego prze-
kształtnikowego układu napędowego z sąsiadującymi torami sy-
gnałowymi. Podstawową zasadą kompatybilności elektromagne-
tycznej jest niedopuszczenie do nadmiernego zbliżenia tych obwo-
dów, jednak wymagania instalacyjne nie zawsze na to pozwalają.
W takiej sytuacji podstawowym środkiem zaradczym jest zmniej-
szanie pojemności wzajemnych torów kablowych, poprzez stoso-
wanie ekranowania oraz indukcyjności wzajemnych, dzięki odpo-
wiedniemu skręcaniu grup przewodów, w celu kompensacji pola
magnetycznego.

Zakres omawianych badań eksperymentalnych ograniczono do

powszechnie stosowanej metody, czyli ekranowania kabli i prze-
wodów. Na rysunkach 9 i 11 przedstawiono schematy badanych
układów z przekształtnikowym układem napędowym o mocy zna-
mionowej 7,5 kW, zasilającym silnik poprzez 20-metrowy odci-
nek kabla silnikowego, wzdłuż którego został również zainstalo-
wany testowy kabel sygnałowy. Badania przeprowadzono w stanie
biegu jałowego silnika, przy częstotliwości wyjściowej prze-
kształtnika 50 Hz.

Pomiary przeprowadzono dla składowych wspólnych i różnico-

wych napięć zaburzeń dla różnych konfiguracji toru kablowego:
– kabel silnikowy i sygnałowy nieekranowane,
– kabel silnikowy nieekranowany i kabel sygnałowy ekranowany,

z jednostronnie i dwustronnie uziemionym ekranem,

– kabel silnikowy i sygnałowy ekranowane, ekran kabla silnikowe-

go dwustronnie uziemiony, kabel sygnałowy z jednostronnie
i dwustronnie uziemionym ekranem.

Badane tory kablowe były umieszczone w bezpośrednim sąsiedz-

twie, na długości ok. 20 m. Stanowisko pomiarowe było poprawnie
uziemione, zgodnie z zaleceniami producentów falowników (doty-
czy to szczególnie przekształtnika i silnika). Badane tory pomiaro-
we kabla sygnałowego były obciążone rezystancjami 100 Ω na obu
końcach linii. Jako wyniki odniesienia przyjęto poziomy zarejestro-
wanych sygnałów zaburzeń w układzie, gdzie oba badane przewo-
dy były nieekranowane. Na rysunkach 10 i 12 przedstawiono wyni-
ki pomiarów oscyloskopowych na obu końcach badanego toru sy-
gnałowego, tzn. przy przekształtniku i przy silniku.

Zarejestrowane przebiegi napięć zaburzeń – zarówno dla składo-

wych różnicowych (rys. 10), jak i wspólnych (rys. 12) wskazują, że

KONFERENCJA „AUTOMATYKA, POMIARY, ZAKŁÓCENIA”

20

Rok LXXIV 2006 nr 5

Rys. 10. Napięcia sygnałów zaburzeń różnicowych w badanym torze
sygnałowym w różnych skalach czasowych – kabel silnikowy i sygnałowy
nieekranowane: a, c, e – po stronie przekształtnika, b, d, f – po stronie silnika

Rys. 9. Stanowisko do badania propagacji zaburzeń przewodzonych
– składowe różnicowe

napięcia zaburzeń są ściśle zależne i zsynchronizowane czasowo
z procesami łączeniowymi zachodzącymi w układzie mostkowym
przekształtnika. Po każdym przełączeniu gałęzi mostka następuje
wygenerowanie fali napięciowej o dużej stromości (ok. 2–3 kV/

μs),

co powoduje nagłe przeładowanie pojemności własnych i doziem-
nych torów kablowych, czyli przepływ znacznych pojemnościo-
wych prądów impulsowych. Taki stan nieustalony w układzie wpły-
wa na powstanie w kolejnych chwilach czasowych przebiegów
oscylacyjnych, związanych z rezonansowym charakterem obwo-
dów, którego źródłem są właściwości pasożytnicze (szczególnie
w zakresie wysokich częstotliwości). Również zjawiska falowe
w torze kablowym, jeśli występują, to ich efekt na przebiegach cza-
sowych sygnałów przejawia się jako występowanie przebiegów
oscylacyjnych.

Opisane i przedstawione na zarejestrowanych przebiegach oscyla-

cje napięć zazwyczaj są dosyć silnie tłumione przez stratności, wy-
stępujące szczególnie w zakresie wysokich częstotliwości. Zdarza
się jednak, że tłumienie jest zbyt małe i może prowadzić do wystę-
powania znacznych i długotrwale występujących przepięć oscyla-
cyjnych. Wartości tych przepięć mogą być na tyle duże (np. osiąga-
jące lub przekraczające 100%), że mogą stanowić zagrożenie dla
izolacji uzwojeń silnika linii kablowej oraz odporności przepięcio-
wej samego przekształtnika.

Analiza pojedynczych stanów łączeniowych mostka obejmuje

jedynie niewielki fragment zjawiska, ponieważ na przebiegi tych
zjawisk istotny wpływ mają również inne czynniki, takie jak np.
zmiany współczynnika wypełnienia, wartości kluczowanego prą-
du i napięcia w trakcie okresowych zmian napięcia wyjściowego
przekształtnika. Zjawiska te powodują znaczne wahania chwilo-
wych poziomów zaburzeń, dlatego przeprowadzone pomiary od-
noszą się jedynie do wartości maksymalnych, zarejestrowanych
w czasie badań.

Szczegółowe wyniki badań przeprowadzonych dla różnych konfi-

guracji badanego układu przedstawiono w tabeli. Analiza uzyska-
nych wyników pozwala szacunkowo określić wpływ sposobu ekra-
nowania torów kablowych na propagację zaburzeń elektromagne-
tycznych przewodzonych pomiędzy nimi. Na podstawie uzyska-
nych wyników można stwierdzić, że znaczne obniżenie składowych
różnicowych DM (ok. 15-krotne) oraz składowych wspólnych CM
(ok. 50-krotne) następuje dzięki zastosowaniu ekranowanego prze-
wodu silnikowego, bez ekranowania przewodu sygnałowego.

Pozytywna rola ekranowania przewodu sygnałowego jest wyraź-

nie widoczna, w sytuacji gdy przewód silnikowy nie jest ekranowa-
ny. Dla tej konfiguracji największe tłumienie sygnałów uzyskano
przy dwustronnym uziemieniu ekranu, dla składowych różnico-
wych DM (ok. 10-krotne) oraz dla składowych wspólnych CM
(ok. 2÷3-krotne). Największą efektywność tłumienia uzyskano za-
równo dla składowych różnicowych DM (ok. 20-krotne), jak
i wspólnych (ok. 1000-krotne), przy zastosowaniu ekranowania na
obu przewodach (silnikowym i sygnałowym) oraz skutecznym
dwustronnym uziemieniu ekranów po obu stronach.

KONFERENCJA „AUTOMATYKA, POMIARY, ZAKŁÓCENIA”

Rok LXXIV 2006 nr 5

21

Rys. 12. Napięcia sygnałów zaburzeń wspólnych w badanym torze
sygnałowym w różnych skalach czasowych – kabel silnikowy i sygnałowy
nieekranowane: a, c, e – po stronie przekształtnika, b, d, f – po stronie silnika

Rys. 11. Stanowisko do badania propagacji zaburzeń przewodzonych
– składowe wspólne

Podsumowując wyniki z przeprowadzonych pomiarów i analiz

można stwierdzić, że przekształtniki energoelektroniczne stosowa-
ne w układach napędowych są jednym z istotniejszych źródeł zabu-
rzeń elektromagnetycznych przewodzonych (także promieniowa-
nych) we współczesnych instalacjach przemysłowych.

Należy również podkreślić, że stosowanie ekranowanych torów

kablowych pozwala – w zdecydowanej większości przypadków
– znacznie obniżać poziomy występujących zaburzeń. Jednak – ze
względu na złożoność problemu – mogą zdarzyć się sytuacje, gdzie
skuteczność ekranowania jest ograniczona lub wręcz niekorzystna.

Przeprowadzone pomiary wykazały również, że sposób i jakość

wykonania połączeń ekranów z potencjałem masy może znacząco
zmieniać jego wypadkową skuteczność jako środka tłumiącego sy-
gnały zaburzeń przewodzonych.

LITERATURA

[1] Kempski A.: Elektromagnetyczne zaburzenia przewodzone w układach napędów

przekształtnikowych. Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego, 2005

[2] Łuszcz J.: Iron core inductor high frequency circuit model for EMC application. Coil

Winding International & Electrical Insulation Magazine 2004 nr 1

[3] Łuszcz J.: Conducted EMI propagation modelling in the wound components. Seven-

teenth International Wrocław Symposium and Exhibition on Electromagnetic Compa-
tibility, Wrocław 2004

[4] Łuszcz J., Nieznański J., Iwan K.: Modelling EMI choke for the power electronics ap-

plications. 3rd International Workshop Compatibility in Power Electronics CPE 2003,
Gdańsk-Sobieszewo 2003

[5] Łuszcz J., Iwan K., Nieznański J.: Electromagnetic intreference propagation in power

electronic converters. Power Electronics Devices Compatibility Conference, 2001

[6] Łuszcz J.: Propagacja zakłóceń elektromagnetycznych przewodzonych w transforma-

torach. Zeszyty Naukowe Politechniki Łódzkiej, Elektryka 1999 nr 93

[7] Machczyński W.: Wprowadzenie do kompatybilności elektromagnetycznej. Wydaw-

nictwo Politechniki Poznańskiej, 2004

[8] PN-CISPR 16-2: 1999 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Wymagania do-

tyczące urządzeń i metod pomiarów zaburzeń radioelektrycznych i odporności na za-
burzenia radioelektryczne. Metody pomiarów zaburzeń radioelektrycznych i odpor-
ności na zaburzenia radioelektryczne

[9] Zimmerman K., Olesz M., Łuszcz J.: Normalizacja EMC w odniesieniu do urządzeń

elektrycznych. Seminarium Leonardo Power Quality Initiative, Gdańsk 2003

KONFERENCJA „AUTOMATYKA, POMIARY, ZAKŁÓCENIA”

22

Rok LXXIV 2006 nr 5

Maksymalne poziomy napięć zaburzeń w badanym torze sygnałowym, przy różnych sposobach ekranowania przewodów

Konfiguracja toru kablowego

Maksymalne wartości napięć zaburzeń [V]

składowe różnicowe (DM)

składowe wspólne (CM)

przewód
silnikowy

przewód
sygnałowy

po stronie

przekształtnika

po stronie

silnika

po stronie

przekształtnika

po stronie

silnika

Bez ekranu

bez ekranu

6

10

60

40

Ekranowany

bez ekranu

0,4

0,4

1,4

0,8

Bez ekranu

ekran uziemiony
przy silniku

13

1,8

1,0

0,4

ekran uziemiony
przy falowniku

2,5

11

0,5

0,9

ekran uziemiony
dwustronnie

1,2

1,0

0,4

0,3

Ekranowany

ekran uziemiony
przy silniku

0,4

0,4

0,090

0,090

ekran uziemiony
przy falowniku

0,4

0,4

0,070

0,070

ekran uziemiony
dwustronnie

0,4

0,4

0,070

0,065

WPŁYW LINII NAPOWIETRZNYCH NA ŚRODOWISKO

W wielu krajach prowadzone są badania wpływu linii napowietrznych wy-
sokiego napięcia na otaczające środowisko, w zależności od konstrukcji.
Badania są prowadzone w czterech kierunkach: wpływu pola elektrycznego
(EF – Electric Field), wpływu pola magnetycznego (MF – Magnetic Field),
interferencji radiowych (RF – Radio Interference) oraz słyszalnego hałasu
(AN – Audible Noise). Badania pól elektrycznych i magnetycznych są pro-
wadzone ze względu na domniemaną szkodliwość dla zdrowia. Badania
interferencji i hałasu są prowadzone ze względu na uciążliwość dla okolicz-
nych mieszkańców.

Na zdjęciu – stanowisko do badania pól elektrycznych i magnetycznych pod li-
nią napowietrzną o napięciu znamionowym 400 kV. (wb-212)

Electra (CIGRE), Aoűt 2005