CEM - Curs 1 1

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA

- NOTIUNI INTRODUCTIVE -

CEM - Curs 1 2

Definitii

Interferenta electromagnetica 

actiunea unor fenomene electromagnetice asupra circuitelor electrice, aparatelor, sistemelor si fiintelor vii (VDE 0870).

Compatibilitatea electromagnetica

Capacitatea unui dispozitiv electric de a funcţiona satisfăcător în mediul sau electromagnetic fără ca acest mediu, care aparţine şi altor dispozitive, să fie inadmisibil perturbat.(VDE 0870).

Imunitatea electromagnetica

este aptitudinea unui aparat, echipament sau sistem de a functiona la parametrii proiectati in prezenta perturbatiilor electromagnetice.

CEM - Curs 1 3

- NIVELELE raporteaza marimile de sistem, de exemplu, tensiunile, la o valoare de referinta fixata, de exemplu U0=1V. Marimile de sistem raportate se denumesc atunci nivele de tensiuni.

- RAPOARTELE DE TRANSFER raporteaza marimile de intrare si de iesire ale unui sistem si servesc pentru caracterizarea proprietatilor de transfer ale sistemului. Aceste rapoarte reprezinta, de fapt, logaritmul valorilor inverse ale factorului de transfer.

Aprecierea cantitativa a CEM

V0

xdB dB

U

Ulg20u Nivel de tensiune Valoare de referinta

U0=1V

V

0

xNp Np

U

Uln20u

CEM - Curs 1 4

Interval de siguranta la perturbatii - Diferenta dintre nivelul pragului de perturbatii si nivelul de perturbatii.

[dB]

f

Nivelul semnalului util (Semnal util 100%) - Valoarea nominala raportata a semnalului util.

Nivelul limita de perturbatii - Valoarea minima raportata a semnalului util, care daca este depasita de nivelul de perturbatii, este perceputa la locul de receptie ca semnal perturbator.

Nivelul de perturbatii - Valoarea raportata a unei marimi perturbatoare.

Interval semnal – perturbatii - Diferenta dintre nivelul semnalului util si nivelul pragului de perturbatii.

Aprecierea cantitativa a CEM

CEM - Curs 1 5

SURSADE

PERTURBATII(EMITATOR)

CANALDE

TRANSMITERE

SISTEMPERTURBAT(RECEPTOR)

A asiguracompatibilitatea electromagnetica

a reduce perturbatiile sursei la valori admisibile

a dota aparatele, echipamentele si sistemele cu un grad de imunitate rezonabil

asigurand la instalarea aparatelor, echipamentelor si sistemelor, masurile necesare

Elementele unei probleme CEM

CEM - Curs 1 6

INTERFERENŢE INTRASISTEM, de origine internă

ELEMENTUL PERTURBATOR (EMIŢĂTORUL)

ELEMENTUL PERTURBAT

(RECEPTORUL)

•NIVELUL APARIŢIEI PERTURBAŢIEI ÎN : Clasificarea perturbatiilor electromagnetice

•fenomenele de reacţie parazită din amplificatoarele cu mai multe etaje;

•schimbul de semnale între liniile de date vecine la modulele electronice

•variaţiile de curent pe liniile de alimentare şi căderile de tensiune inductive determinate de acestea, etc.

CEM - Curs 1 7

INTERFERENŢE INTERSISTEM, de origine externă.

ELEMENTUL PERTURBATOR (EMIŢĂTORUL)

ELEMENTUL PERTURBAT

(RECEPTORUL)

Clasificarea perturbatiilor electromagnetice

•fenomenele de interferenta intre sistemele de tractiune electrica si echipamentele electrice din apropiere;

CEM - Curs 1 8

INTENSITATEA INTERFERENTEI

•interferente care produc reduceri de funcţionalitate, încă admisibile;•interferente care conduc la o funcţionare eronată, inadmisibilă.

INTERFERENTE IREVERSIBILE, precum distrugerile unor componente electronice de pe cablajele imprimate datorită încărcării electrostatice, sau ale distrugerilor provocate aparatelor sau circuitelor electrice datorate supratensiunilor determinate de trăznet.

INTERFERENTE REVERSIBILE, precum pierderea temporara a inteligibilităţii la convorbirile telefonice, pocniturile care apar la comutarea aparatelor electrocasnice; în practică, acestea se împart în:

Clasificarea perturbatiilor electromagnetice

CEM - Curs 1 9

SURSE DE INTERFERENTA

NATURALETERESTRE •Fulgere

•Radiatii•Descarcari in gaze in atmosfera

EXTRATERESTRE •Radiatia solara,•Zgomotul galactic•Raze cosmice

ARTIFICIALE

INTENTIONATE •Sisteme de telecomunicatii, sol-sol, sol-satelit•Sisteme de transmisiuni de date interconectate terestre si prin satelit•Sisteme de transmisiuni radio , TV, PTT•Sisteme de operare in domeniul militar

NEINTENTIONATE •Sistemele energetice de producere si transport energie electrica•Sistemele industriale electrotehnice•Sistemele de tractiune electrica•Aparatura electrocasnica

CEM - Curs 1 10

SISTEME PERTURBATE

sisteme de telecomunicatii, sol-sol, sol-satelit;

sisteme de transmisiuni de date interconectate terestre si prin satelit;

sisteme de transmisiuni radio , TV, PTT;

sisteme de operare in domeniul militar;

echipamente de tehnica medicala;

sisteme de semnalizare si control ale traficului feroviar, fluvial, maritim, aerian, etc.

CEM - Curs 1 11

CANALE DE TRANSMITERE

prin conductie

in camp apropiat

prin inductie electromagnetica

prin radiatie electromagnetica

prin radiatie

in camp indepartat

prin inductie electrostatica

CEM - Curs 1 12

CANALE DE TRANSMITERE A PERTURBATIILOR ELECTROMAGNETICE.

LeRe

Sursa deinterferenta

electromagnetica

A

B

C

CM

Interferenta in camp apropiat

Interferenta in camp indepartat

Interferenta conductiva datorata portiunilor comune de circuit

Transportul energiei prin spatiu are loc sub forma undelor electromagnetice

CEM - Curs 1 13

TEORIA MACROSCOPICA A ELECTROMAGNETISMULUIEste o teorie fenomenologică, independentă de orice model microscopic.

mărimi primitive (mărimi fizice care se definesc direct

pe cale experimentală)

mărimi derivate (mărimi fizice care

se pot defini cu ajutorul altora

presupuse cunoscute)

legi, generale şi de material

relaţii care exprimă raporturile obiective

existente între fenomenele electromagnetice

CEM - Curs 1 14

1. MARIMI DE STARE ELECTRICA SI MAGNETICA ALE CORPURILOR

-Sarcina electrica q

-Momentul electric p

-Intensitatea curentului electric i

-Momentul magnetic m

-Densitatea de sarcina v

-Densitatea de curent J-Polarizatia electrica P-Magnetizatia M

- caracterizeaza starea de incarcare electrica a corpurilor

- caracterizeaza starea de polarizare electrica a corpurilor

- caracterizeaza starea electrocinetica a corpurilor

- caracterizeaza starea de magnetizatie a corpurilor

CEM - Curs 1 15

-Intensitatea campului electric E

-Inductia electrica D

-Intensitatea campului magnetic H

-Inductia magnetica B

-

2. MARIMI DE STARE LOCALA ALE CAMPULUI ELECTROMAGNETIC

- caracterizeaza local aspectul electric al campului electromagnetic (campul electric)

- caracterizeaza local aspectul electric al campului electromagnetic (campul electric)

- caracterizeaza local aspectul magnetic al campului electromagnetic (campul magnetic)

- caracterizeaza local aspectul magnetic al campului electromagnetic (campul magnetic)

CEM - Curs 1 16

Tensiunea electrica

Fluxul electric

Tensiunea magnetica

Fluxul magnetic

C

dsEu

S

e dAD

C

m dsHu

S

m dAB

CEM - Curs 1 17

3. LEGILE GENERALE SI PRINCIPALELE LEGI DE MATERIAL

1. Legea inductiei electromagnetice

2. Legea fluxului electric

3. Legea legaturii dintre , si

4. Legea polarizatiei electrice temporare

dt

ddsE

qdAD

D E P PED 0

EP e0t

3.1. Legile care stabilesc toate conditiile producerii campului electric

CEM - Curs 1 18

3. LEGILE GENERALE SI PRINCIPALELE LEGI DE MATERIAL

3.2. Legile care stabilesc toate conditiile producerii campului magnetic

5. Legea circuitului magnetic

6. Legea fluxului magnetic

7. Legea legaturii dintre , si

8. Legea magnetizatiei temporare

dt

ddsH

0dAB

HM mt

B H M MHB 00

CEM - Curs 1 19

3. LEGILE GENERALE SI PRINCIPALELE LEGI DE MATERIAL

3.3. Legile care stabilesc proprietati ale curentului electric de conductie

9. Legea conservarii sarcinii electrice

10. Legea conductiei electrice

dt

dqi

JEE i 3.4. Legea care stabileste efectul energetic al procesului de conductie a curentului electric

11. Legea transformarii de energie in conductori JEp j

CEM - Curs 1 20

LEGATURI CAUZALE PE CARE LE IMPLICA SISTEMUL DE LEGI 1-10

p

q

i

m

E,D

H,B

Corpurile Campul electromagnetic

15

4

3

2

10-Ei

109

5

7

8

6

CEM - Curs 1 21

ECUATIILE LUI MAXWELL - ecuatii cu derivate partiale care reprezinta formele locale ale legilor generale ale campului electromagnetic in medii imobile si in domenii de continuitate a proprietatilor fizice locale.

t

DJHrot

t

BErot

vDdiv

0Bdiv

ED

HB

iEEJ

- Forma locala a legii circuitului magnetic

- Forma locala a legii inductiei electromagnetice

- Forma locala a legii fluxului magnetic

- Forma locala a legii fluxului electric

- Formele locale ale relatiilor de material

CEM - Curs 1 22

t

EJ

z

H

y

H xx

yz

t

EJ

x

H

z

H yy

zx

t

EJ

y

H

x

Hz

zxy

t

H

z

E

y

E xyz

t

H

x

E

z

E yzx

t

H

y

E

x

Ezxy

vzyx 1

z

E

y

E

x

E

0z

H

y

H

x

H zyx

Solutiile sunt univoc determinate daca se dau:

si - sursele v

- Jx, Jy, Jz -conditiile de frontiera pe frontiera domeniului-conditiile initiale

CEM - Curs 1 23

Campul electric Campul magnetic

Campuri variabile in timp

existenta campului electromagnetic ‘desprins’ de corpuri, sub forma de UNDE ELECTROMAGNETICE

- legea circuitului magnetic

- legea inductiei electromagnetice

t

DJHrot

t

BErot

CEM - Curs 1 24

UNDA ELECTROMAGNETICA PLANA – unda ale carei marimi de stare locala au aceeasi valoare in toate punctele unui plan perpendicular pe o directie privilegiata.

)t,x(HH;)t,x(EE

- unda electromagnetica plana este o unda transversala, adica nu are componente in directia de propagare : Ex=0 ; Hx=0 ; vectorii E si H sunt continuti in plane transversale fata de directia de propagare.

- avand in vedere independenta perechilor de marimi (Ey, Hz) si (Ez, Hy) rezulta ca orice unda electromagnetica plana provine din suprapunerea a doua unde cu polarizari liniare, dupa doua directii ortogonale, care sunt independente intre ele.

CEM - Curs 1 25

t

H

x

Et

E

x

H

zy

yz

0

t

H

x

H2

z2

2z

2

0t

E

x

E2

y2

2y

2

Solutia ecuatiei undelor

Unda directa

Unda inversa

ui

udz

ui

udy v

xtH

v

xtHH

v

xtE

v

xtEE

Forma (repartitia spatiala) a solutiei se deplaseaza in lungul avei x cu viteza vu numita viteza de faza a undei.

rr

0U

c1v

CEM - Curs 1 26

CONCLUZII

•In medii omogene, izotrope, liniare, neincarcate, izolante si extinse indefinit, solutiile ecuatiilor lui Maxwell care depind de o singura variabila spatiala, corespunzand, de exemplu, directiei axei Ox, sunt suprapuneri de unde plane elementare care se propaga cu viteza constanta vu de in lungul acestei axe.

•In fiecare unda elementara, vectorii E si H sunt perpendiculari intre ei si perpendiculari pe directia de propagare, astfel ca vectorii vu, E si H formeaza in aceasta ordine un triedru triortogonal drept, adica produsul vectorial dintre E si H are directia de propagare.

•Variatia in timp a marimilor E si H este arbitrara (si depinde de conditiile de producere a undei) ; in fiecare punct si in fiecare moment valorile E si H sunt proportionale, raportul lor fiind impedanta de unda a mediului.

377Z,ZZ0

00

r

r0

r0

r0

CEM - Curs 1 27

CONCEPTE DE BAZA IN COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA

CEM - Curs 1 28

PAMANTARE (PE):

punere la pamant pentru pentru protectia oamenilor, animalelor si bunurilor

conductorul de pamantare e parcurs de curent numai in caz de defect

MASA(N)

conductorul de referinta comun al circuitelor electrice

conductorul de referinta conduce curentul de lucru si reprezinta, cel mai adesea, conductorul comun de intoarcere la sursa.

CEM - Curs 1 29

CIRCUITE DE CURENTI TARI

R

S

TN, pământare

RB

RA

R

S

TNpământare

N

Statie de transformare

Sistem de conducte metalice ingropate

Priza de pământ de adancime

Consumator trifazat

Consumator monofazat

Bara de potentializare

Carcasa

N, pământare

CEM - Curs 1 30

U1

Masa comună

RV

Ri

U2

Ri

UB

Ra

Ri

U1

U2

Conductor de masă

CIRCUITE DE CURENTI SLABI

CEM - Curs 1 31

0V

0V

PUNCT DE MASA CENTRAL CU LEGATURI RADIALE

PUNCT DE MASA CENTRAL CU BARA COLECTOARE

CEM - Curs 1 32

CIRCUITE DE SEMNAL

ELECTRONICA DE PUTERE, RELEE

BLOCURI ELECTRONICE,

CELULE

PUNCT DE MASA CU GRUPAREA UNITATILOR FUNCTIONALE SIMILARE

CEM - Curs 1 33

SUBSISTEM I SUBSISTEM II SUBSISTEM III

PUNCT DE MASA SI MASA DISTRIBUITA

CEM - Curs 1 34

PERTURBATIILE DE MOD NORMAL :

apar intre conductoarele de ducere si de intoarcere ale circuitelor, respectiv intre bornele de intrare ale sistemelor perturbate

Curentii perturbatori de mod normal au, pe traseul de ducere si de intoarcere, aceeasi directie ca si curentii produsi de semnalul util.

Perturbatiile de mod normal apar, in majoritatea cazurilor, prin cuplaj magnetic.

ZR

I1

I2

Conductor activ 1

Conductor activ 2

UsursăZS

IMN

IMN

SR

RMNP ZZ

ZUU

CEM - Curs 1 35

ZS

Uutil~

UMN~

ZRUnesim

IMN

IMN

(b)

ZS

Uutil~

UMN~

ZR/2

ZR/2

Usim

IMN

IMN

(a)

Se manifesta ca :

•tensiuni simetrice (a) pentru circuite simetrice (scheme care lucreaza fara punere la pamant sau scheme care au punctul median pus la pamant);

•tensiuni nesimetrice (b) pentru circuite nesimetrice ( scheme cu un conductor pus la pamant).

CEM - Curs 1 36

PERTURBATIILE DE MOD COMUN :

isi au originea in sursele de perturbatii care apar pe fiecare din conductoarele de semnal fata de masa de referinta

ZR

I1

I2

Conductor activ 1

Conductor activ 2

UsursăZS

IMN

IMC2

Masă de referinţă

Z2masăZ1masă

IMC

U1masă

U2masă

CEM - Curs 1 37

Uutil~

UMC

~

IMC=0

IMC=0

(a)

Uutil

(b)

Uutil~

UMC

IMC=0

IMC=0

Uutil

~

In circuitele care functioneaza simetric (a), conductorii de ducere si de intoarcere au aceeasi tensiune fata de pamant, iar tensiunea de mod comun apare intre “mijlocul” electric al schemei si masa de referinta.

In circuitele care functioneaza nesimetric (b), apar tensiuni de mod comun intre fiecare conductor in parte si masa de referinta. Tensiunile nesimetrice ale conductoarelor de ducere si de intoarcere difera intre ele, ca marime, cu valoarea tensiunii utile.

CEM - Curs 1 38

Cu cresterea frecventei, se fac simtite efectele impedantei conductoarelor liniei ZL si cele ale capacitatilor parazite CP.

U (1)nesim

U (2)nesimZL2

ZL1

Uutil~

UMC

ICM2

ICM1

Uutil

~

CP2

CP1

+

)1(nesim

)2(nesimsim UUU

CEM - Curs 1 39

Impedante egale 0Usim Impedante inegale 0Usim

Tensiunea de mod comun se transforma total sau partial in tensiune de mod normal

CONVERSIE MOD COMUN/MOD NORMAL

)(U

)(UFCCN

CM

NM

Factor de conversie mod comun/mod normal