Politechnika Częstochowska

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

LABORATORIUM ZAKŁÓCEŃ W UKŁADACH ELEKTROENERGETYCZNYCH

Temat: Zakłócenia przewodowe

Skład grupy:

1.BANAŚ PIOTR

2.MUSIAŁEK JACEK

3.WOJTASIK KRZYSZTOF

Częstochowa 2008

Wstęp:

Istotą "kompatybilności elektromagnetycznej” (EMC - electromagnetic compatibility) jest zdolność urządzeń elektrycznych lub elektronicznych do poprawnej pracy w określonym środowisku elektromagnetycznym przez osiągnięcie odpowiedniego poziomu odporność oraz ograniczenie emisji zaburzeń nietolerowanych przez inne pracujące urządzenia. Termin "zaburzenie elektromagnetyczne" oznacza przyczynę, czyli zjawisko elektromagnetyczne, które może powodować "zakłócenie", czyli degradację pracy urządzenia. Źródłem zaburzeń mogą być np. obiekty emitujące fale elektromagnetyczne w sposób niezamierzony (komputery, sprzęt AGD) jak i celowo (stacje telewizyjne i radiowe, telefony komórkowe). Kompatybilne urządzenia są odporne na przepięcia i zmiany w sieci elektroenergetycznej, wyładowania elektrostatyczne, fale radiowe i inne zjawiska elektromagnetyczne.

Badania kompatybilności elektromagnetycznej są niezbędne do:

• legalnego oznaczania produktu znakiem CE i sprzedaży w Polsce lub innych krajach Unii Europejskiej urządzeń elektronicznych,

• sporządzenia deklaracji zgodności z dyrektywą 89/336/EEC,

• poprawy jakości i niezawodności urządzeń.

Ogólna charakterystyka zagadnienia

Zaburzenia elektromagnetyczne stają się dokuczliwe wówczas, gdy w obszarze ich oddziaływania znajdują się czułe na ich obecność „receptory” (odbiorniki), czyli inne systemy i urządzenia, których poprawna praca może być w efekcie zakłócona. Zaburzenia te są zjawiskami fizycznymi i mogą być wartościowane poprzez pomiar odpowiednich wielkości elektrycznych, takich jak prąd, napięcie, moc sygnału lub natężenie pola magnetycznego lub elektrycznego. Sposób, w jaki docierają one do „receptora”, pozwala podzielić je na:

zaburzenia przewodzone;

zaburzenia promieniowane.

Zaburzenia przewodzone przenikają do obwodów „receptora” wówczas, gdy istnieją jakiekolwiek sprzężenia (galwaniczne, pojemnościowe lub indukcyjne) pomiędzy obwodami źródła zaburzeń i obiektu zakłócanego. Zaburzenia promieniowane docierają do „receptora” jako fala elektromagnetyczna, która może spowodować wyindukowanie w obwodach zakłócanego obiektu sygnału stanowiącego zagrożenie dla jego poprawnej pracy.

Typowym przykładem zaburzeń o charakterze przewodzonym są zakłócenia radioelektryczne obserwowane w domowych instalacjach elektroenergetycznych. Podłączone do nich urządzenia takie, jak np. sprzęt AGD z silnikami komutatorowymi (odkurzacze, miksery itp.), półprzewodnikowe regulatory oświetlenia, urządzenia wyposażone w przetwornice impulsowe (sprzęt komputerowy, przetwornice do lamp halogenowych) mogą zakłócać pracę innych urządzeń zasilanych z tej samej sieci energoelektrycznej, a zwłaszcza odbiorników radiowych i telewizyjnych. Jest to najbardziej typowy przykład galwanicznego sprzężenia obwodów źródeł zaburzeń i znajdujących się w pobliżu „receptorów” zaburzeń. Inny sposób rozprzestrzeniania zaburzeń przewodzonych może występować w instalacjach budynkowych i przemysłowych, w których często prowadzi się w tych samych korytkach instalacyjnych przewody energetyczne (w których płyną prądy o dużych natężeniach) oraz przewody kontroli i sterowania. W takich przypadkach stany nieustalone i przepięcia w kablach energetycznych, towarzyszące np. włączaniu, wyłączaniu i pracy obciążeń dużej mocy, mogą na skutek sprzężeń indukcyjnych i pojemnościowych powodować zaburzenia w przewodach sterowania i kontroli. Może to prowadzić do zakłócenia pracy całych systemów, np. przetwarzania danych, sterowania procesami technologicznymi, ochrony. Jeszcze większe problemy występują, gdy na stosunkowo ograniczonym, niewielkim obszarze jest skumulowana duża ilość systemów i instalacji (np. pokład samolotu, samochodu itp.) o różnym charakterze (obwody wysokoprądowe, niskoprądowe, analogowe, cyfrowe) i przeznaczeniu (obwody zasilania, sygnałowe).

Jednostki stosowane przy określaniu poziomów zakłóceń

Przy pomiarach z zakresu kompatybilności elektromagnetycznej najczęściej stosuje się miary wyrażone w jednostkach logarytmicznych. Możliwe jest wówczas porównywanie mierzonych wielkości z ich wartościami mierzonymi w innych punktach obwodów pomiarowych bądź porównanie ich z pewnymi poziomami wartości odniesienia np. 1μV.

Ogólnie definiuje się miarę logarytmiczną wyrażoną w decybelach tj. o podstawie logarytmu dziesiętnego następująco:

N[dB]=20log(N/1)

Na wykresie poniżej przedstawiono oś liczb naturalnych n oraz odpowiadające im liczby podane w decybelach (dB).

W odniesieniu do napięć otrzymuje się wyrażenie:

U[dBUodn]=20log(U/Uodn)

Jeżeli napięcie odniesienia Uodn przyjmie się 1µV to wartość U wyrazi się w dBµV, np. jeżeli chcemy wyrazić napięcie 1V w mierze logarytmicznej to napięciu 1V odpowiada 120dBµV.

Wartość dodatnia wyrażona w decybelach odpowiada wzmocnieniu a wartość ujemna tłumieniu. Zakłócenia asymetryczne sieciowe stanowią największy problem związany z eliminowaniem wpływu sygnałów zakłócających pracę urządzeń elektronicznych.

Dla zapewnienia warunków kompatybilności elektromagnetycznej (nie zakłóconej pracy wszystkich urządzeń zasilanych z tej samej sieci) wprowadzono następujące rodzaje poziomów zakłóceń:

N- poziom normalny, obowiązujący na terenach zamieszkałych,

O- poziom obniżony, obowiązujący w przypadkach szczególnych,

W- poziom wysoki, obowiązujący w przypadkach gdy możliwe jest dopuszczenie poziomu wyższego od normalnego.

S1 i S2 - poziomy specjalne, stosowane w uzgodnieniu między producentem a użytkownikiem urządzeń stanowiących źródła zakłóceń.

Obecnie w większości krajów świata stosuje się zalecenia sformułowane w Publikacji 22 Komisji CISPR (Międzynarodowa komisja ds. zakłóceń radiowo-telewizyjnych)dotyczącej urządzeń informatycznych jak i systemów cyfrowych.

Dopuszczalne poziomy zakłóceń przewodzonych wg CISPR 22 dla urządzeń klasy A

Na rysunku pokazane zostały dopuszczalne poziomy zakłóceń przewodzonych dla urządzeń tzw. klasy A tj. urządzeń przeznaczonych do pracy w handlu, przemyśle zarządzaniu itp.

Skróty QP i AV odnoszą się do odpowiednich detektorów pomiarowych:

QP -detektor quasi- szczytowy (ang. quasi peak detector)

AV -detektor wartości średniej (ang. average detector)

Zastosowanie detektora quasi-szczytowego pozwala znacznie skrócić cykle pomiarowe.

Klasa B obejmuje głównie urządzenia dla potrze domowych jak np. komputery personalne i inny sprzęt AGD. Wymagania dla urządzeń zaliczonych do klasy B są ostrzejsze niż dla klasy A.

Dopuszczalne poziomy zakłóceń przewodzonych wg CISPR 22 dla urządzeń klasy B

Zakłócenia przewodzone w liniach zasilania prądu przemiennego zwykle generowane są przez odbiorniki włączone do sieci. Dla prawidłowego pomiaru zakłóceń stosuje się tzw. „Sieć sztuczną” zwaną również liniowym stabilizatorem impedancji sieciowe)j, która współpracuje z analizatorem widma. Sieć sztuczna jest w zasadzie filtrem sieciowym. Przez filtr dolnoprzepustowy badane urządzenie dołączane jest do sieci zasilającej, co gwarantuje utrzymywanie stałych parametrów impedancji sieciowej. Dla badania zakłóceń sieć sztuczna zawiera filtr górno-przepustowy umożliwiający pomiar zakłóceń analizatorem widma w zakresie częstotliwości od 150kHz do 30MHz.

W ćwiczeniu stosowana jest sieć sztuczna typu HM6050-2 firmy Hameg do pomiaru zakłóceń przewodzonych asymetrycznych. Jest to sieć typu V umożliwiająca pomiar zakłóceń asymetrycznych za pomocą analizatora widma poprzez odpowiednie wyjście o impedancji 50Ω.

Pomiar 1 - obraz ogólny

Częstotliwość od 50 kHz do 20MHz

Pomiar 2 - obraz zapalarki „niebieska”

Częstotliwość od 150 kHz do 30 MHz

Pomiar 3 - obraz zapalarki „niebieska”

Częstotliwość od 150 kHz do 2.150 MHz

Pomiar 4 - obraz suszarki I - go zakresu

Częstotliwość od 150 kHz do 2.150 MHz

Pomiar 5 - obraz suszarki II - go zakresu

Częstotliwość od 150 kHz do 2.150 MHz

Pomiar 6 - obraz suszarki II - go zakresu

Częstotliwość od 150 kHz do 30 MHz

Pomiar 7 - obraz zapalarki „czerwona”

Częstotliwość od 150 kHz do 30 MHz

Pomiar 8 - obraz pieca wyłączonego

Częstotliwość od 150 kHz do 30 MHz

Pomiar 9 - obraz pieca wyłączonego

Częstotliwość od 100 kHz do 1.100 MHz

Pomiar 10 - obraz pieca włączonego

Częstotliwość od 100 kHz do 1.100 MHz

Spis przyrządów:

• zapalarka czerwona

• zapalarka niebieska

• suszarka CLATRONIK

• piecyk

• komputer

• analizator ESA LA HP

• stabilizator impedencji sieciowej

Wnioski:

Zakłócenia przewodzone w liniach zasilania prądu przemiennego zwykle generowane są przez odbiorniki włączone do sieci. Dla prawidłowego pomiaru zakłóceń stosuje się tzw. „Sieć sztuczną” zwaną również liniowym stabilizatorem impedancji sieciowe)j, która współpracuje z analizatorem widma.

W ćwiczeniu stosowana jest sieć sztuczna typu HM6050-2 firmy Hameg do pomiaru zakłóceń przewodzonych asymetrycznych. Jest to sieć typu V umożliwiająca pomiar zakłóceń asymetrycznych za pomocą analizatora widma poprzez odpowiednie wyjście o impedancji 50Ω.

Zaburzenia elektromagnetyczne stają się dokuczliwe wówczas, gdy w obszarze ich oddziaływania znajdują się czułe na ich obecność odbiorniki, czyli inne systemy i urządzenia, których poprawna praca może być w efekcie zakłócona. Zaburzenia te są zjawiskami fizycznymi i mogą być wartościowane poprzez pomiar odpowiednich wielkości elektrycznych, takich jak prąd, napięcie, moc sygnału lub natężenie pola magnetycznego lub elektrycznego.

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA 2008

AV

µV

8912,5

4467

1995

1000

0,15 0,5 5 30

f[MHz]

QP

U_z

[dB(µV)]

79

73

66

60

AV

QP

µV

1995

1000

631

316

199,5

0,15 0,5 5 30

f[MHz]

U_z

[dB(µV)]

66

60

56

50

46

Schemat zastępczy przenoszenia się zakłóceń w liniach zasilających

U₃

U₂

U₁

C_p

C_p

C_p

C_p

~

Z_l

Z_z

E_z

---