KONFERENCJA  AUTOMATYKA, POMIARY, ZAKA
ÓCENIA
y
ródła i wybrane metody ograniczania zakłóceń
w systemach automatyki z napędami przekształtnikowymi
Jarosław A
uszcz
Problem emisyjności elektromagnetycznej urządzeń
Charakterystyki częstotliwościowe emisyjności, potwierdzające
elektrycznych stosowanych we współczesnych sieciach
zgodność z wymaganiami norm, są wyznaczane w warunkach labo-
zasilajÄ…cych jest zagadnieniem bardzo istotnym
ratoryjnych dla typowych konfiguracji badanych układów. W wa-
i wymagającym niejednokrotnie zaangażowania
runkach przemysłowych istnieje zwykle wiele dodatkowych uwa-
znacznych nakładów technicznych, w celu jego
runkowań, wynikających z różnych przyczyn, wymuszających róż-
ograniczenia. Ekranowanie urządzeń i przewodów
ne  pod względem kompatybilności elektromagnetycznej  warun-
o znacznych poziomach emisji elektromagnetycznej
ki pracy napędu w stosunku do tych laboratoryjnych (wymaganych
stanowi jednÄ… z podstawowych metod rozwiÄ…zywania
przy wykonywaniu badań zgodności z wymaganiami norm) lub za-
problemów zakłóceń elektromagnetycznych  szczególnie
lecanych przez producenta w instrukcji użytkowania.
w środowiskach z urządzeniami o bardzo zróżnicowanych
poziomach emisyjności i odporności, do których należą
Do najbardziej istotnych różnic między instalacjami laboratoryj-
współczesne systemy automatyki.
nymi a przemysłowymi można zaliczyć:
 występowanie wielu innych instalacji i torów kablowych, które
Negatywne skutki eksploatacji urządzeń o wysokich poziomach mogą stanowić dodatkowe drogi propagacji zaburzeń (szczegól-
emisji elektromagnetycznej można podzielić na dwie zasadnicze nie dla sygnałów wysokich częstotliwości),
grupy, związane z:  występowanie większej ilości różnych napędów przekształtniko-
bezpośrednim zagrożeniem wystąpienia niepożądanych zakłóceń wych w bliskim sąsiedztwie,

w innych wrażliwych systemach technicznych i urządzeniach eks-  znaczne długości oraz różnorodne konfiguracje torów kablowych
ploatowanych we wspólnym środowisku elektromagnetycznym, związanych z poszczególnymi napędami,
koniecznością spełnienia wymagań technicznych wynikających  występowanie innych z
ródeł zaburzeń o znacznych poziomach.

z norm, które określają maksymalne dopuszczalne poziomy emi-
syjności urządzeń eksploatowanych w określonych środowiskach Różnorodność instalacji przemysłowych nie pozwala na jedno-
pracy. znaczne ustalenie skutecznych zasad i metod postępowania w przy-
Obie grupy problemów technicznych mogą występować w dowol- padku występowania zakłóceń w złożonych systemach. Dotyczy to
nych kombinacjach (każda z nich oddzielnie lub obie jednocześnie), zwłaszcza układów z przekształtnikowymi układami napędowymi,
jednak ich rozwiązywanie może wymagać odrębnych metod i środ- które są najczęstszą przyczyną występowania problemów związa-
ków technicznych. Zapewnienie pełnej zgodności z wymaganiami nych z kompatybilnością elektromagnetyczną w zakresie zaburzeń
norm wszystkich elementów składowych (np. złożonych systemów przewodzonych.
sterowania) nie gwarantuje, że nie będą występowały żadne zakłó-
cenia w pracy poszczególnych elementów tego systemu, spowodo- Dotychczasowe wyniki wielu prac badawczych oraz wnioski
wane wzajemnym niepożądanym oddziaływaniem elektromagne- z pomiarów wykonywanych w warunkach przemysłowych pozwa-
tycznym. Działania techniczne związane ze spełnianiem wymagań lają określić podstawowe czynniki, które powodują wzrost zagroże-
norm w zakresie kompatybilności elektromagnetycznej urządzeń są nia kompatybilności elektromagnetycznej instalacji i systemów ste-
zazwyczaj mniej skomplikowane, ponieważ dotyczą pojedynczych rowania z napędami przekształtnikowymi. Są to:
urządzeń, funkcjonujących w znormalizowanych warunkach labo-  zwiększenie znamionowego napięcia zasilania przekształtnika
ratoryjnych. (220 V, 380 V),
Rozwiązywanie problemów wzajemnych zakłóceń występują-  zwiększenie długości torów kablowych pomiędzy przekształtni-
cych w systemach przemysłowych złożonych z wielu urządzeń wy- kiem i silnikiem,
maga zwykle stosowania znacznie bardziej zaawansowanych me-  zwiększenie częstotliwości modulacji przekształtnika (PWM),
tod identyfikacji i analizy występujących zjawisk oraz doboru od-  zwiększenie ilości układów napędowych pracujących w bliskim
powiednich środków zaradczych. W przypadku układów energo- sąsiedztwie,
elektronicznych, wymagania norm w zakresie emisyjności określa-  jakość instalacji i połączeń uziemiających, w szczególności w za-
ją dopuszczalne poziomy napięć zaburzeń radioelektrycznych kresie wysokich częstotliwości,
przewodzonych oraz dopuszczalne natężenia pól zaburzeń promie-  jakość ekranowania oraz wykonania połączeń elementów ekrano-
niowanych. wanych,
 stopień zaawansowania komunikacji pomiędzy napędami a syste-
mem nadrzędnym (brak, analogowa, cyfrowa, cyfrowa o dużej
Dr inż. Jarosław A
uszcz  Wydział Elektrotechniki i Automatyki
Politechniki Gdańskiej szybkości).
16 Rok LXXIV 2006 nr 5
KONFERENCJA  AUTOMATYKA, POMIARY, ZAKA
ÓCENIA
W układach przekształtnikowych oraz instalacjach z napędami
Charakterystyka zaburzeń elektromagnetycznych
przekształtnikowymi występuje bardzo dużo takich sygnałów, jed-
generowanych w przekształtnikowych układach napędowych
nak  ze względu na łatwość ich propagacji na znaczne odległości
Zaburzenia elektromagnetyczne są to sygnały elektryczne (napię- drogą przewodową lub poprzez promieniowanie  najistotniejsze są
cia, prądy oraz pola elektryczne, magnetyczne i elektromagnetycz- sygnały o znacznych częstotliwościach. Przyjmuje się, że dla sy-
ne), które  niezależnie od sposobu wytwarzania oraz mechani- gnałów o częstotliwościach mniejszych niż 30 MHz, decydującym
zmów rozprzestrzeniania  mogą stanowić przyczynę niewłaściwe- mechanizmem propagacji jest przewodzenie przez wspólne impe-
go działania (zakłócania) urządzeń. 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 zaÅ‚Ä…czania (np. <1 µs), co daje stromo-
Å›ci napięć dU/dt przekraczajÄ…ce czÄ™sto 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
t ts

sin n sin n

t
T T

An 2A
(1)
t ts
Rys. 1. Przebiegi napięcia silnika zasilanego z przekształtnika w różnych T
n n
skalach czasowych:
T T
a, c, e  napięcia fazowe, b, d, f  napięcia przewodowe
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
Rok LXXIV 2006 nr 5 17
KONFERENCJA  AUTOMATYKA, POMIARY, ZAKA
ÓCENIA
Rys. 4. Mechanizmy propagacji i rodzaje sygnałów zaburzeń elektromagnetycznych
Rys. 3. Charakterystyka widmowa przebiegu prostokÄ…tnego
Zaburzenia elektromagnetyczne przewodzone obejmują różne ro-
(amplituda przebiegu A=500 V, częstotliwość nośna fPWM=1 kHz,
dzaje sygnałów, takie jak różnicowe i wspólne składowe napięć
współczynnik wypeÅ‚nienia ´ =2% oraz czas zaÅ‚Ä…czania
i prądów zaburzeń (rys. 5). Składowe różnicowe napięć zaburzeń
i wyÅ‚Ä…czania kluczy energoelektronicznych ts=1 µs)
występują pomiędzy przewodami roboczymi, a składowe wspólne
 pomiędzy przewodami roboczymi a potencjałem ziemi odniesie-
Przedstawiony na rysunku 2 uproszczony przebieg charakterysty- nia. Składowe różnicowe prądów zaburzeń zamykają się w obwo-
ki widmowej przebiegu trapezowego nie uwzględnia charaktery- dach przewodów roboczych, natomiast składowe wspólne  w prze-
stycznych okresowych zmian wynikających z właściwości funkcji wodach roboczych oraz połączeniach uziemiających.
sinx/x oraz jej parametrów, współczynnika wypeÅ‚nienia ´ = t/T oraz WystÄ™powanie napięć i prÄ…dów zaburzeÅ„ jest zjawiskiem jedno-
stosunku czasu przełączania do okresu przebiegu t /T. W rzeczywi- czesnym i wzajemnie powiązanym poprzez odpowiednie impedan-
s
stości poziomy amplitud widma mogą być nieco niższe  zwłaszcza cje. Jednak  ze względu na złożoność spotykanych obwodów, nie-
dla częstotliwości równych wielokrotności stałych czasowych, wy- znane impedancje wielu elementów składowych obwodów oraz
nikających z czasu trwania impulsu f =1/Ą t oraz czasu przełączania trudności pomiarowe  uzasadnione jest podejście do analizy za-
2
f =1/Ą t . równo w sposób prądowy, jak i napięciowy: w zależności od rodza-
3 S
Szczegółowy przebieg charakterystyki widmowej przebiegu, ju analizowanego układu. Przyjmuje się jednak, że najistotniejsze
o parametrach zbliżonych do tych, które występują w przekształtni- z punktu widzenia zakłóceń są napięcia wspólne, które w sprzyjają-
kowych układach napędowych (amplituda przebiegu A=500 V, czę- cych warunkach impedancyjnych wywołują lub mogą wywoływać
stotliwość noÅ›na f =1 kHz, współczynnik wypeÅ‚nienia ´=2% oraz znaczÄ…ce przenoszenie energii zaburzeÅ„ poprzez przewodzenie,
PWM
czas zaÅ‚Ä…czania i wyÅ‚Ä…czania kluczy energoelektronicznych t =1 µs), a także stanowiÄ… z
ródła promieniowania elektromagnetycznego.
s
przedstawiono na rysunku 3.
W rzeczywistych układach przekształtnikowych przedstawione
uproszczenie nie wnosi istotnych zmian w zakresie opadajÄ…cej 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
z
ródłami 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, decydujÄ…ce 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
Rys. 5. Rodzaje sygnałów zaburzeń elektromagnetycznych
jest różny. W typowych współczesnych aplikacjach przemysłowych
UDM  składowe różnicowe napięć zaburzeń, UCM  składowe wspólne
w większości przypadków najwięcej trudności sprawiają zaburzenia
napięć zaburzeń, IDM  składowe różnicowe prądów zaburzeń,
przewodzone. ICM  składowe wspólne prądów zaburzeń
18 Rok LXXIV 2006 nr 5
KONFERENCJA  AUTOMATYKA, POMIARY, ZAKA
ÓCENIA
Rys. 6. Rodzaje sprzężeń występujących w torach kablowych: a) poprzez pole magnetyczne, b) poprzez pole elektryczne, c) wspólne impedancje obwodów
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-
Rys. 7. Schemat zastępczy kabla jako linii długiej
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
Rys. 8. Impedancja linii kablowej w stanie zwarcia ZSC i rozwarcia ZOC
trudniejsze, a zatem ich rozprzestrzenianie na duże odlegÅ‚oÅ›ci jest (100 m, 3×1,5 mm2)
ułatwione i  w związku z tym  ich oddziaływanie zakłócające na
inne układy jest znacznie większe niż dla składowych napięć i prą- Z przedstawionych zależności wynika, że o wielkości sygnałów
dów różnicowych. zaburzeń decydują nie tylko indukcyjności wzajemne, pojemności
W środowisku przemysłowym jednym z częściej występujących to- pasożytnicze, wartości impedancji wspólnych, ale także stromości
rów propagacji zaburzeń przewodzonych są elementy instalacji ka- występujących napięć i prądów, co ma szczególne znaczenie w in-
blowych. Zjawiska przenikania sygnałów między różnymi obwoda- stalacjach z przekształtnikami.
mi, umieszczonymi we wspólnych torach kablowych, nazywa się
też przesłuchami. Parametry pasożytnicze obwodów są nieodłączną cechą wszyst-
W typowych warunkach propagacji zaburzeń elektromagnetycz- kich obwodów i znane są jedynie sposoby minimalizacji tych zja-
nych występujących w torach kablowych można wyróżnić trzy pod- wisk. Wielkości parametrów pasożytniczych nabierają jednak za-
stawowe zjawiska fizyczne, decydujące o jakości tego sprzężenia. sadniczego znaczenia w układach, w których występują znaczne
Są to następujące rodzaje sprzężeń (rys. 6): stromości napięć i prądów (najczęściej w obwodach wyjściowych
 poprzez pole magnetyczne (indukcyjność wzajemną obwodów), przekształtnikowych układów napędowych). Zakładając nawet
 przez pole elektryczne (pojemności pasożytnicze pomiędzy ob- niewielką pojemność pasożytniczą między obwodami (np. ok. 1 nF
wodami), i stromoÅ›ci napięć 1 kV/µs), przepÅ‚ywajÄ…ce impulsowe prÄ…dy zabu-
 wspólne impedancje obwodów (najczęściej impedancje wspólnej rzeń mogą osiągać wartości rzędu amperów.
masy).
Na podstawie przedstawionych schematów zastępczych sprzężeń Istotny wpływ na zjawiska przesłuchu mają również długości roz-
(rys. 6), można zapisać podstawowe zależności określające wielko- patrywanych torów kablowych, gdyż  przy większych odległo-
ści napięcia zaburzeń w funkcji parametrów obwodów: ściach  mogą występować zjawiska falowe, wymagające uwzględ-
 dla sprzężenia magnetycznego U =  M dI /dt, niania właściwości toru kablowego jako linii długiej (rys. 7).
Z(1 2) 1
 dla sprzężenia elektrycznego I =C dU /dt, Określenie warunków do występowania zjawisk falowych może być
Z (1 2)
 dla sprzężenia poprzez wspólną impedancję U =Z I . dokonywane na podstawie analizy impedancji badanych obwodów.
Z(1 2) P 1
Rok LXXIV 2006 nr 5 19
KONFERENCJA  AUTOMATYKA, POMIARY, ZAKA
ÓCENIA
Przykładowa charakterystyka częstotliwościowa impedancji od-
2
cinka 100-metrowego przewodu 3×1,5 mm (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)|=1/2ĄfC) i indukcyjności zastępczej
(|Z(f)|=2Ä„ 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.
Rys. 9. Stanowisko do badania propagacji zaburzeń przewodzonych
W takiej sytuacji podstawowym środkiem zaradczym jest zmniej-
 składowe różnicowe
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, zasilajÄ…cym 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 sygnaÅ‚owego byÅ‚y obciążone rezystancjami 100 © 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
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
20 Rok LXXIV 2006 nr 5
KONFERENCJA  AUTOMATYKA, POMIARY, ZAKA
ÓCENIA
napięcia zaburzeń są ściśle zależne i zsynchronizowane czasowo
z procesami łączeniowymi zachodzącymi w układzie mostkowym
przekształtnika. Po każdym przełączeniu gałęzi mostka następuje
wygenerowanie fali napiÄ™ciowej o dużej stromoÅ›ci (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, zwiÄ…zanych z rezonansowym charakterem obwo-
dów, którego z
ródłem 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
Rys. 11. Stanowisko do badania propagacji zaburzeń przewodzonych
się jednak, że tłumienie jest zbyt małe i może prowadzić do wystę-
 składowe wspólne
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 wyraz
-
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). NajwiÄ™kszÄ… efektywność tÅ‚umienia 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.
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
Rok LXXIV 2006 nr 5 21
KONFERENCJA  AUTOMATYKA, POMIARY, ZAKA
ÓCENIA
Maksymalne poziomy napięć zaburzeń w badanym torze sygnałowym, przy różnych sposobach ekranowania przewodów
Maksymalne wartości napięć zaburzeń [V]
Konfiguracja toru kablowego
składowe różnicowe (DM) składowe wspólne (CM)
przewód przewód po stronie po stronie po stronie po stronie
silnikowy sygnałowy przekształtnika silnika przekształtnika silnika
Bez ekranu bez ekranu 6 10 60 40
Ekranowany bez ekranu 0,4 0,4 1,4 0,8
ekran uziemiony
13 1,8 1,0 0,4
przy silniku
ekran uziemiony
Bez ekranu 2,5 11 0,5 0,9
przy falowniku
ekran uziemiony
1,2 1,0 0,4 0,3
dwustronnie
ekran uziemiony
0,4 0,4 0,090 0,090
przy silniku
ekran uziemiony
Ekranowany 0,4 0,4 0,070 0,070
przy falowniku
ekran uziemiony
0,4 0,4 0,070 0,065
dwustronnie
Podsumowując wyniki z przeprowadzonych pomiarów i analiz
można stwierdzić, że przekształtniki energoelektroniczne stosowa-
ne w układach napędowych są jednym z istotniejszych z
ródeł zabu-
rzeń elektromagnetycznych przewodzonych (także promieniowa-
nych) we współczesnych instalacjach przemysłowych.
Należy również podkreślić, że stosowanie ekranowanych torów
WPA
YW LINII NAPOWIETRZNYCH NA ÅšRODOWISKO
kablowych pozwala  w zdecydowanej większości przypadków
W wielu krajach prowadzone są badania wpływu linii napowietrznych wy-
 znacznie obniżać poziomy występujących zaburzeń. Jednak  ze
sokiego napięcia na otaczające środowisko, w zależności od konstrukcji.
względu na złożoność problemu  mogą zdarzyć się sytuacje, gdzie
Badania są prowadzone w czterech kierunkach: wpływu pola elektrycznego
skuteczność ekranowania jest ograniczona lub wręcz niekorzystna.
(EF  Electric Field), wpływu pola magnetycznego (MF  Magnetic Field),
interferencji radiowych (RF  Radio Interference) oraz słyszalnego hałasu
Przeprowadzone pomiary wykazały również, że sposób i jakość
(AN  Audible Noise). Badania pól elektrycznych i magnetycznych są pro-
wykonania połączeń ekranów z potencjałem masy może znacząco
wadzone ze względu na domniemaną szkodliwość dla zdrowia. Badania
zmieniać jego wypadkową skuteczność jako środka tłumiącego sy-
interferencji i hałasu są prowadzone ze względu na uciążliwość dla okolicz-
gnały zaburzeń przewodzonych.
nych mieszkańców.
LITERATURA
[1] Kempski A.: Elektromagnetyczne zaburzenia przewodzone w układach napędów
przekształtnikowych. Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego, 2005
[2] A
uszcz J.: Iron core inductor high frequency circuit model for EMC application. Coil
Winding International & Electrical Insulation Magazine 2004 nr 1
[3] A
uszcz J.: Conducted EMI propagation modelling in the wound components. Seven-
teenth International Wrocław Symposium and Exhibition on Electromagnetic Compa-
tibility, Wrocław 2004
[4] A
uszcz 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] A
uszcz J., Iwan K., Nieznański J.: Electromagnetic intreference propagation in power
electronic converters. Power Electronics Devices Compatibility Conference, 2001
[6] A
uszcz J.: Propagacja zakłóceń elektromagnetycznych przewodzonych w transforma-
torach. Zeszyty Naukowe Politechniki A
ódzkiej, 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 Na zdjęciu  stanowisko do badania pól elektrycznych i magnetycznych pod li-
[9] Zimmerman K., Olesz M., A
uszcz J.: Normalizacja EMC w odniesieniu do urządzeń nią napowietrzną o napięciu znamionowym 400 kV. (wb-212)
elektrycznych. Seminarium Leonardo Power Quality Initiative, Gdańsk 2003 Electra (CIGRE), Aoq
t 2005
22 Rok LXXIV 2006 nr 5