Compatibilitatea electromagnetica

CORBU EUGENAFCSMM I, 2010 - 2011

INTRODUCERE IN COMPATIBILITATEA ELECTROMAGNETICA

Compatibilitatea electromagnetica este un domeniu de mare actualitate, fiind impusa de dezvoltarea electronicii, a electrotehnicii neliniare, extinderea si diversificarea retelelor de comunicatii si transmisii de date, cresterea gradului de interconectare in cadrul retelelor energetice de alta natura.

Toate acestea au condus la cresterea gradului de poluare electromagnetica atat in mediul inconjurator, cat si in cadrul tuturor retelelor energetice, de comunicatii sau de alta natura.

Poluarea electromagnetica determina o serie de fenomene nedorite:- folosirea necorespunzatoare a spectrului de radio-frecvente;- disfunctionalitati pt echipamentele electrice, electronice si de radio;- efecte negative asupra tesuturilor umane;- aprinderea unor substante inflamabile.

Ideea de compatibilitate electromagnetica isi are originea in procesul de influentare sau interferenta din tehnica radio, in sensul ca daca un receptor radio, acordat pe frecventa unui emitator radio, receptioneaza si un alt emitator, se asista la un fenomen de interferenta.

Def.1: Compatibilitatea electromagnetica (CEM) reprezinta capacitatea echipamentelor electrice, electronice si de radio de a coexista, in sensul de a nu emite niveluri inacceptabile de perturbatii electromagnetice si de a nu reactiona imprevizibil la emisia altor sisteme din mediul lor ambiental in care lucreaza.

Def. 2: Compatibilitatea electromagnetica reprezinta capacitatea unui echipament electric sau electronic de a functiona normal intr-un mediu de campuri electromagnetice, fara a influenta acest mediu in care se afla si alte echipamente.

Un dispozitiv electric se considera compatibil daca in calitate de emitator produce emisii tolerabile, iar in calitate de receptor poseda imunitate, respectiv rezistenta la perturbatii suficienta.

Initial normativele de CEM urmareau cu precadere radioreceptiei, extinzandu-se apoi si in ceea ce priveste asigurarea imunitatii produselor.

Cursul de compatibilitate electromagnetica va fi axat pe urmatoarele teme: Procesele fizice prin care un semnal util este interferat de catre un semnal

perturbator (galvanic, inductiv, prin radiatie electromagnetica); Mijloacele tehnice prin care se realizeaza decuplarea semnalelor de interferenta

(filtre, ecrane metalice, transmisia opto-electrica); Tehnica de masurare a nivelului si formei semnalelor perturbatoare emise (baza

materiala necesara e foarte scumpa); Tehnica de testare a imunitatii unui echipament electric sau electronic la un nivel de

semnal perturbator in conformitate cu recomandarile din normativele internationale.

In cadrul transferului de semnal de la emitator la receptor sunt esentiale urmatoarele aspecte:

- producerea proceselor fizice prin care are loc influentarea semnalului util;- mijloacele tehnice de masurare a influentarii.

Influentarea sau interferenta se resimte la receptor, in sensul ca energia electromagnetica, provenind din alte emitatoare decat emitatorul pt care receptorul este pregatit, modifica sau interfereaza semnalul util.

Influentarea sau interferenta semnalului util se produce prin intermediul unor cuplaje:- galvanice

- inductive- capacitive- de radiatie electromagnetica.Din punct de vedere al compatibilitatii electromagnetice, exista emitatoare de

perturbatii electromagnetice si receptoare de perturbatii electromagnetice.Emitatoare se considera:

- lampile cu descarcari in gaze, in faza aprinderii;- sistemul “DELCO” de aprindere la autovehicule;- sistemele de emisie radio, TV, radar;- exploziile nucleare;- descarcarile atmosferice intre nori sau intre nor si pamant;- motoarele electrice cu colector.

Receptoare se considera:- sistemele de automatizare cu semiconductoare, care pot receptiona semnale false;- sistemele de receptie a informatiilor (telefonice, televizate, radar);- sistemele de masurare electrica a marimilor electrice si neelectrice (osciloscoape, etc.);- retelele de calculatoare;- microscopul electronic.

Nivelul de referinta al zgomotului electromagnetic se considera nivelul zgomotului galactic. Nivelul semnalului util se masoara in raport cu nivelul de referinta si in mod normal se situeaza deasupra nivelului interferentei functionale.

Fig. 1 Cuplaje de interferenta.

Obs: Unele echipamente pot fi considerate atat emitatoare cat si receptoare.

Un sistem format dintr-o sursa si un receptor poate suferi interferente cumulate (cuplaj galvanic, cuplaj inductiv, cuplaj capacitiv, etc.).

Semnalul de interferenta se mai poate numi “zgomot electromagnetic” deoarece prezenta lui deformeaza informatia utila transmisa de la sursa la receptor si o face mai putin clara. In absenta unor masuri tehnice adecvate, nivelul zgomotului in domeniul transmiterii informatiei poate atinge acelasi ordin de marime cu nivelul semnalului util.

Elementperturbator(emitator)

Mecanism de cuplaj

Elementperturbat(receptor)

Fig. 2 Model de interferenta.

Nivelul de prag al zgomotului corespunde situatiei in care nivelul interferentei functionale este identic cu nivelul semnalului util. O diminuare in continuare a semnalului util este perceputa la receptor ca zgomot.

Nivelurile de semnal util si de zgomot mentionate sunt valabile numai pt o banda ingusta de frecventa , in jurul unei frecvente centrale, fc si numai la un moment dat.

Masurarea nivelurilor de semnal util si de zgomot se poate face in mod absolut.Distanta dintre nivelul semnalului util si nivelul zgomotului functional se masoara in

decibeli (dB).

Interferente de mod diferential si de mod comun

In cazul in care semnalul util este transferat de la sursa la receptor prin intermediul conductoarelor electrice, pot aparea interferente sub forma unor curenti de conductie.

Functie de modul de intrare al acestor curenti prin bornele receptorului exista:- interferente de mod diferential;- interferente de mod comun.

Interferente de mod diferential- apar atunci cand curentul de interferenta intra printr-o borna a receptorului si iese prin borna cealalta.

Fig. 3 Masurarea unui curent intens cu ajutorul unui sunt.

Prezenta unui conductor parcurs de curentul i2 variabil in timp produce prin inductie electromagnetica o tensiune de interferenta, ce determina un curent care intra printr-o borna a receptorului si iese prin cealalta.

Curentul I2 are un continut propriu de armonice, deci si curentul de interferenta, care circula in bucla de masurare, are acelasi continut de armonice.

Armonica de ordin “n” a curentului de interferenta va fi:

,

unde: Udn – este armonica de ordin “n” a tensiunii de interferenta indusa; Rs,Rr – rezistenta electrica a suntului, respectiv a receptorului; Zdn – impedanta transformatorica raportata la secundar.

La bornele receptorului, intre bornele A si B, exista simultan atat tensiuni de semnal util cat si de interferenta.

Interferente de mod comunIn acest caz curentul de interferenta intra prin ambele borne ale receptorului si se inchide prin capacitati parazite.

Fig. 4 Alimentarea cu energie el a unui receptor electric sau electronic.

Sursa este un transformator cu neutrul conectat la pamant. Receptorul are carcasa metalica conectata la pamant.

In cordonul de alimentare al receptorului cele 2 conductoare electrice se afla practic in aceeasi pozitie si distanta fata de pamant.

Curentul variabil determina curenti de interferenta orientati in acelasi sens in cele 2 conductoare ale cordonului de alimentare a receptorului. Inchiderea curentilor de interferenta se face prin capacitatile parasite, prin pamant si prin neutrul transformatorului.

Interferenta este importanta daca valoarea curentului este mare, iar frecventa armonicelor este de ordin superior.

Neutralizarea efectului radiatiei electromagnetice se realizeaza cu ajutorul filtrelor, ecranelor si a spatiilor ecranate.

FILTRE ELECTRICE

Filtrele electrice au rolul de a atenua interferentele de conductie, care altfel ar fi introduse in echipamentul electric sau electronic prin conductoarele de legatura intre sursa si echipament, sau prin linia electrica de alimentare a echipamentului.

Din punct de vedere al rolului functional, in tehnica CEM filtrele se clasifica in: - filtre pentru semnalul util;- filtre de retea.Din punct de vedere al caracteristicii de frecventa, filtrele se clasifica in:- filtre trece-jos;- filtre trece-sus- filtre trece-banda- filtre cu banda de rejectie.

Fig. 5 Pozitia filtrului de semnal util si a celui de retea.

Criteriul de baza in clasificarea filtrelor dupa caracteristica de frecventa il constituie atenuarea de -3 dB.Obs: Parametrii specifici filtrelor electrice sunt atenuarea si defazajul.

Atenuarea este raportul intre marimea de intrare si marimea de iesire (puteri, tensiuni sau curenti).

Defazajul este unghiul dintre marimea de intrare si cea de iesire (tensiuni sau curenti sinusoidali).Atenuarea se poate exprima astfel:

;

;

;

Filtrele atenueaza transmiterea perturbatiilor prin conductie. Utilizarea lor fara probleme presupune ca, pe cat posibil, componentele spectrale ale semnalului util sunt separate de componentele spectrale ale perturbatiilor.

Printr-o alegere corespunzatoare a frecventelor de taiere si a pantei flancurilor functiilor de transfer ale filtrelor se obtine o atenuare selectiva a perturbatiilor, fara o infuenta importanta asupra semnalului util.

Componentele pasive ale filtrelor formeaza, impreuna cu impedantele surselor si ale receptoarelor, divizoare de tensiune al caror raport de divizare, dependent de frecventa, reprezinta “atenuarea reala a filtrului”.

Deoarece o impedanta interna redusa a sursei de pertubatii de inalta frecventa nu permite o divizare importanta a tensiunii, prin conectarea in serie a unor bobine acest raport de divizare se poate mari.

Componentele de baza ale filtrelor elementare sunt: - impedante longitudinale (bobine);- impedante transversale (condensatoare).

Fig. 6

Fig. 7

Se considera ca atenuarea filtrului este neglijabila in domeniul de frecventa al semnalului util.

In tehnica CEM un loc important il ocupa filtrele trece-jos, deoarece in general semnalul de interferenta are o frecventa mult mai mare decat semnalul util sau decat frecventa retelei.

Filtre electrice pasive pentru semnalul util

Din punct de vedere al CEM introducerea unui filtru intre sursa si receptor conduce la formarea unui divizor de tensiune, pe baza caruia se poate aprecia eficienta filtrului.

Calculul atenuarii unui filtru trece-jos (pasiv)

(a) (b) (c)

Fig. 8 Filtre electrice pasive pentru semnalul util

Filtru cu impedanta longitudinala (Fig. 8 a)

a=20log , dB

Filtru cu impedanta transversala (Fig. 8 b)

Filtru cu impedanta longitudinala si impedanta transversala (Fig. 8 c)

Zs si Zl sunt conectate in serie; Zq si Zr sunt conectate in paralel.

Concluzie: atenuarea depinde de frecventa semnalului perturbator dar si de impedanta sursei si a receptorului.

Fig. 9 Conexiunea standard pentru determinarea practica a atenuarii unui filtru electric

Determinarea practica a eficientei unui filtru se face astfel: se standardizeaza impedantele sursei si receptorului; Zs=Zr=50Ω se masoara tensiunea de interferenta Udr in absenta filtrului si in prezenta filtrului.

Atenuarea va fi:

Filtre de retea

Filtrul de retea se plaseaza intre reteaua electrica si aparatul electric sau electronic.

Fig. 10 Pozitia filtrului de retea.Din punct de vedere functional, filtrul de retea este un filtru “trece-jos”. Atenuarea

produsa la trecerea curentului de 50Hz prin filtru este nesemnificativa, in timp ce la frecvente superioare atenuarea este foarte mare.

Rolul functional al filtrului de retea este atat de a opri ca semnalele de interferenta sa patrunda din reteaua electrica de alimentare in aparatul electric sau electronic, cat si de a opri ca semnalele de interferenta produse de functionarea unui receptor sa fie transmise in retea.

Filtrul trebuie sa fie eficient atat pentru semnalele de interferenta de mod diferential, cat si pentru semnalele de interferenta in acelasi tact.

Fig. 11 Schema electrica a unui filtru de retea.

Functionarea filtrului la interferente contratact.

Fig. 12 Functionarea filtrului la interferente contratact

Pentru frecventa de exploatare (50 Hz) fluxurile magnetice produse de cele 2 bobine se anuleaza, cu exceptia unui mic flux de dispersie (Fig. 13). In acest caz efectul de filtrare este produs numai de condesatoarele C1 si C2, de capacitate mare.

Cand filtrul nu este in serviciu, descarcarea condensatoarelor C1 si C2 este asigurata de rezistenta R. In acest mod de functionare, condensatoarele C3 si C4 nu joaca un rol esential.

Fig. 13

Functionarea filtrului la interferente in acelasi tact

Fig. 14 Functionarea filtrului la interferente in acelasi tact.

Interferenta in acelasi tact se datoreaza cuplajului prin radiatie electromagnetica al liniei L si a conductorului neutru N. In acest caz atat conductorul L cat si conductorul neutru N primesc practic acelasi potential fata de pamant.

Acest tip de interferenta este de inalta frecventa (100 kHz…1GHz). La functionarea in acelasi tact, fluxurile magnetice generate de catre cele 2 bobine in

miezul de ferita sunt in acelasi sens (Fig. 15). Deci, bobinele functioneaza ca si reactante sumatoare (valoarea reactantei fiind proportionala cu frecventa curentului). In consecinta, semnalul de interferenta ajunge mult atenuat la receptor.

La frecvente mai ridicate (peste 10 MHz) permeabilitatea miezului de ferita dispare, iar functia de filtraj este preluata de condensatoarele C3 si C4.

Fig. 15

Filtre pentru retele trifazate

Invertorul static constituie una dintre cele mai suparatoare surse de perturbatii care se propaga pe linia de alimentare cu energie electrica si, ca urmare, poate produce efect de interferenta asupra altor receptoare conectate la linie.

Efectul perturbator se datoreaza armonicilor de inalta frecventa care apar in procesul de choppare cu front drept. Aceste armonici excita reteaua de inductivitati si capacitati parazite si provoaca astfel oscilatii pe frecvente proprii.

Fara nici o protectie impotriva acestor oscilatii de inalta frecventa are loc atat o propagare galvanica pe conductoarele retelei, cat si o radiatie electromagnetica directa in mediul ambiant.

Masuri pentru eliminarea acestor interferente: se introduce convertorul static intr-o cutie metalica conectata la pamant; linia de alimentare dintre convertor si consumator se ecraneaza prin introducerea conductoarelor intr-o teava metalica sau prin folosirea unui cablu ecranat cu manta din lita metalica; convertorul static se alimenteaza prin intermediul unui filtru trifazat trece-jos, filtru a carui carcasa metalica este in contact direct cu cutia metalica a convertorului.

Fig. 16 Masuri pentru eliminarea interferentelor cauzate de functionarea convertorului static.

Fig. 17 Filtru trifazat de retea (trece-jos)

Bobinele din structura filtrului trifazat de retea (3x5mH) sunt practicate pe acelasi miez de ferita. Bobinele sunt compensate, in sensul ca la functionarea normala fluxul magnetic produs de curentii de exploatare este nul in miezul de ferita.

Se urmareste suntarea semnalelor de inalta frecventa atat intre faze, cat si intre faze si pamant.

Conexiuni de incercare

Performantele filtrelor de retea se apreciaza pe baza unor conexiuni standardizate, in care impedanta de intrare in filtru si impedanta de iesire a filtrului sunt normalizate.

Conexiunea simetrica – cu aceasta conexiune se simuleaza producerea semnalelor la interferenta contratact.

Fig. 18

In Fig. 18 un generator de semnal cu banda larga, cu tensiunea U0 si impendanta interna de natura rezistiva excita filtrul prin intermediul unui transformator de izolare de raport 1:1. Sarcina filtrului se alimenteaza tot prin intermediul unui transformator de izolare cu raportul 1:1. Bornele filtrului sunt izolate fata de masa, iar carcasa metalica a filtrului este legata la pamant.

In absenta filtrului, uz=Uo/2 (deoarece impedanta interna a sursei si cea a receptorului sunt egale).

Atenuarea filtrului se determinba cu relatia:

Dezavantajul acestei conexiuni este legat de necesitatea utilizarii unor tranformatoare cu raportul 1:1 pana la frecvente foarte inalte.

Conexiunea nesimetricaIn aceasta conexiune se simuleaza tot interferente contratact; bornele filtrului nu mai

sunt izolate fata de masa.

Fig. 19

Conexiunea asimetricaAceasta conexiune simuleaza generarea semnalelor de interferenta in acelasi tact,

bornele de intrare ale filtrului sunt legate impreuna, la fel si bornele de iesire sunt legate impreuna.

Fig. 20

Filtre pentru hiperfrecvente

In domeniul producerii microundelor (cu magnetroane, klystroane, f=2450 MHz, 5800 MHz, 22125 MHz in Europa), pentru utilizari in tehnica radar si in transmitatoarele de microunde, filtrarea instalatiilor de frecventa joasa se realizeaza cu ajutorul filtrelor de absorbtie, in domeniul de frecventa 100 MHz … 100 GHz.

Uo

In domeniul microundelor, filtrele de absorbtie sunt mai avantajoase decat filtrele cu bobine pe miez de ferita (de ex: se elimina reflexiile, formarea de unde stationare, discontinuitatea de impendanta, conectarea la pamant).

Filtrele de absorbtie se construiesc in 2 variante:

(1). Varianta solenoidala Componenta esentiala a filtrului este masa absorbanta pe baza de rasina epoxidica

(rezistenta la temperature 175o C), optimizata d.p.d.v. magnetic, in care este inglobat solenoidul, parcurs de curentul intens (≤ 60 A), de frecventa joasa.

Fig. 21 Filtru de absorbtie, varianta solenoidala

Structura activa a filtrului (Fig. 21), protejata de invelisul izolant este inchisa cu capacele izolante, astfel incat spre exterior, conductorul se conecteaza prin lipitura sau insurubare la circuitul principal .

(2). Varianta flexibilaIn fig. 22 este prezentata varianta flexibila a unui filtru pentru hiperfrecvente, care se

compune din:1- conductorul central parcurs de curent de lucru intens (1…100 A) la tensiune relativ

mare (500 V... 15 kV); 2 - invelisul absorbant; 3 - izolatie; 4 – ecran din tresa metalica; 5 - invelisul izolant de protectie.

Atenuarea oferita de un astfel de filtru flexibil depinde de lungimea sa, care poate varia intre aproximativ 75 mm si 600 mm.

Fig. 22 Diagrama atenuării pentru filtrul de absorbţie din fig. 21

Fig. 22 Filtrul de absorbţie, variantaflexibilă

Cu cat lungimea este mai mare, cu atat atenuarea este mai mare. Spre exemplu la 1GHz, atenuarea 100dB se obtine pentru lungimea de 75mm. Aceeasi atenuare se regaseste la 200MHz la o lungime a filtrului de 600mm.

ECRANE ELECTROMAGNETICE

In cazul cuplajului prin radiatie, energia electromagnetica se transfera de la sursa perturbatoare spre receptor (“victima”) atat prin camp electric, cat si prin camp magnetic, ansamblul celor doua campuri propaganda-se in spatiu sub forma de unde electromagnetice.

Pentru protectia impotriva cuplajului electromagnetic se utilizeaza ecranarea electrica, ecranarea magnetica, respectiv ecranarea electromagnetica, in functie de natura campului perturbator. In acest scop se utilizeaza ecrane electrice, ecrane magnetice si ecrane electromagnetice.

Ecranul electromagnetic este o anvelopa conductoare care separa spatiul in doua regiuni, una care contine sursele de camp electromagnetic si alta, care nu contine astfel de surse. Deci, functia ecranului este sa izoleze cele doua regiuni una fata de cealalta, d.p.d.v. al campului electromagnetic perturbator.

Rolul ecranului este de a oferi o aceeasi referinta de potential atat pentru circuitele externe, cat si pentru circuitele interne, din interiorul anvelopei.

Problema ecranarii presupune 2 aspecte:(1). Proiectarea, constructia si determinarea efectelor ecranelor;(2). Modul de conectare al ecranului la masa.Practica demonstreaza ca un ecran bine construit, dar legat gresit la masa conduce la

aparitia unor perturbatii mai mari decat in lipsa ecranului.Efectul de ecranare este reciproc: este indiferent daca campul care trebuie cranat se

afla in interiorul sau in exteriorul anvelopei de ecranare.

O masura a ecranarii este factorul de ecranare Q, care stabileste legatura dintre intensitatea campului in interiorul unui ecran si intensitatea campului existenta in exterior, in absenta ecranului.

Fig. 23 Reciprocitatea efectului de ecranare:a) atenuarea radiaţiei perturbatoare a unei surse de pereturbaţii;b) protecţia unui receptor împotriva unei radiaţii perturbatoare;

Factorul de ecranare este de regula un numar complex. In practica se lucreaza deseori cu factorul de atenuare a ecranului, sau eficacitatea ecranului, care este logaritmul inversului raportului dintre intensitatea campului in interior si in exterior.

;

Deci:

Eficacitatea ecranului este o marime adimensionala si reprezinta efectul de reducere a perturbatiilor.

Atenuarea ecranelor se defineste atat pentru campul electric cat si pentru campul magnetic si pentru campul cuplat (electromagnetic):

In cazul in care are loc o atenuare a undei perturbatoare; situatia in care semnifica efectul de directivitate (un ecran se poate comporta la inalta frecventa ca si o antena directive, care concentreaza radiatia intr-o directie privilegiata).

O unda electromagnetica care soseste pe suprafata unei tole conductoare se reflecta pe aceasta:

Fig. 24 Reflexia ideala la suprafata unei tole de grosime “a” (unghiul de incidenta este egal cu unghiul de reflexie, ).

Se constata ca tola conductoare se comporta ca si un “aspirator” pentru campul electric si ca o suprafata “alunecoasa” pentru campul magnetic ( ); componentele normale ale undelor incidenta si reflectata ( ) se anuleaza reciproc.

In cazul ecranelor reale, peretii nu sunt conductori perfecti si suprafetele lor nu sunt perfect netede. In aceste conditii, reflexia nu este totala, ci o parte din unda incidenta este absorbita in peretii ecranului, unde sufera o degradare prin transformare in caldura.

Eficacitatea de absorbtie a ecranului se defineste astfel:

,

unde: a- este grosimea peretelui ecranului;δ – este adancimea de patrundere a campului electromagnetic;

Tolaconductoare

iHE ,

rHE ,

nE nE

tH

i

r

f[MHz] – frecventa;μr – permeabilitatea magnetica relative a materialului ecranului;σr – conductivitatea relativa a materialului ecranului, raportata la cupru.Materialele care produc cele mai mari pierderi prin absorbtie sunt cele bune

conductoare electric si cu o mare permeabilitatte magnetica (ex. otelul).La frecvente inalte, absorbtia intr-un ecran omogen devine foarte mare. Absorbtia

amortizeaza rezonantele si este independenta fata de impedanta de camp. Este eficace si in camp magnetic. Dar, in campuri puternice, in apropierea unor surse de campuri magnetice intretinute, absorbtia determina incalzirea tolelor. In aceste conditii, un ecran din cupru este preferabil unui ecran din otel.

Fig. 25 La inalta frecventa, fetele exterioara si interioara ale peretilor unui ecran sunt independente.

La inalta frecventa, fetele exterioara si interioara ale peretilor unui ecran care protejeaza in interiorul sau un receprtor sunt independente. Datorita efectului pelicular, campurile magnetice ale curentilor care circula pe fata exterioara a peretilor ecranului induc in interior tensiuni electromotoare foarte slabe, care determina curenti foarte mici pe fata interioara a ecranului. Fenomenul este reciproc.

Ecranarea campurilor statice

Campurile electrostatice

La introducerea unei sfere goale conductoare in camp electrostatic, asupra sarcinilor electrice din materialul ecranului actioneaza forta electrostatica F= qE, care provoaca o redistribuire a acestora ce se incheie cand componenta tangentiala a intensitatii campului electric la suprafata exterioara a ecranului devine nula si astfel nu mai exista nici un motiv de

Curenti care se deplaseaza pe fata exterioara a ecranului

Curenti slabi pe fata interioara a ecranului

RECEPTOR

deplasare a sarcinilor electrice pe suprafata ecranului.In mod logic liniile de camp electric vor fi atunci normale la suprafata ecranului.

Campul sarcinilor redistribuite si campul exterior perturbator se anuleaza reciproc in orice punct din interiorul ecranului. Se poate arata ca acest efect nu apare numai in cazul unei sfere goale, ci la orice corp conductor gol, indiferent de forma sa geometrica (Efectul custii Faraday).

Factorul de atenuare al unui ecran conductor lipsit de imbinari, fata de campuri electrostatice este infinit, ceea ce face inutila calcularea lui in fiecare caz in parte.

Cu ajutorul legii fluxului electric, se obtin componentele normale ale intensitatii campului electric in interiorul si in exteriorul ecranului:

,

unde ρs este densitatea superficiala a sarcinilor electrice. Pentru componentele tangentiale ale campului electric conform celor aratate mau sus, este valabila relatia:

In final, trebuie mentionat ca invelisurile dielectrice poseda un anumit efect de ecranare fata de campurile electrostatice. La fel cum un flux magnetic este condus printr-un circuit magnetic realizat dintr-un material cu permeabilitate ridicata, si fluxul electric ψ este condus printr-un dielectric cu permitivitate ridicata. Datorita refractiei liniilor de camp electric, la suprafata de frontiera dintre cele doua medii, fluxul electric va trece mai ales prin peretele sferei, in cazul unui raport mare intre grosimea peretelui d si diametrul sferei D (fig. 25).

Conditiile de frontiera se exprima astfel:

unde 1 reprezinta mediul din exteriorul ecranului, iar 2 reprezinta materialul ecranului.Factorul de atenuare al ecranului in Neperi va fi:

Campuri magnetostatice

Un efect de ecranare prin redistribuirea "sarcinilor" comparabil cu cel pentru campuri electrostatice nu exista in cazul campurilor magnetostatice.

De exemplu, ecranul de cupru al cablurilor coaxiale nu are efect de ecranare asupra

Fig. 26 Efectul de ecranare produs de o sferă goală dielectrică, cu peretele gros, de exemplu zidărie, ecranat din titanat de bariu.

campurilor magnetostatice. Totusi, in acelasi mod in care campurile electrostatice pot fi atenuate prin ecrane

dielectrice de mare permitivitate, si campurile magnetostatice pot fi ecranate prin invelisuri feromagnetice cu permeabilitate magnetica ridicata.

In cazul ecranelor cu pereti grosi si permeabilitate inalta, datorita refractiei liniilor de camp la suprafata de separatie dintre cele doua medii, fluxul magnetic circula cu precadere prin pereti.

Conditiile de frontiera se exprima astfel:

unde 1 reprezinta mediul din exteriorul ecranului, iar 2 reprezinta materialul ecranului.Atenuarea in Neperi oferita de ecran va fi:

Pentru ecrane se folosesc toate materialele care prezinta, pentru fluxul unui anumit tip de camp, o conductivitate suficient de mare sau care sunt in stare sa creeze campuri de reactie prin influenta sau inductie. Cel mai des se utilizeaza ecrane din materiale neferoase si din materiale feromagnetice.

Pentru ca un ecran electric sa fie activ, este necesar sa fie conectat la masa (la referinta, in general) printr-o impedanta cat mai mica posibil (nula, teoretic).

Regula 1:Ecranul electric se conecteaza la masa (punctual cu potential de referinta zero)

circuitului protejat, plasat in interiorul ecranului.

Regula 2:Ecranul electric trebuie sa fie legat la masa intr-un singur punct, pentru ca toti curentii

perturbatori sa circule spre punctul de potential minim.Daca ecranul s-ar conecta la masa in mai multe puncte, datorita impedantei proprii a

ecranului, curentii perturbatori care s-ar inchide prin ecran ar determina caderi de tensiune pe acea impedanta si curentii perturbatori s-ar inchide prin conductoarele de semnal.

Eficacitatea unei bune incinte ecranate va fi imediat redusa la zero daca un singur conductor patrunde nefiltrat din spatiul perturbat in spatiul ecranat, iar acolo actioneaza ca si o antena.

Un ecran poate sa-si indeplineasca rolul numai atunci cand toate conductoarele de alimentare cu energie, ca si cele de comanda care intra si ies din incinta ecranata, sunt prevazute cu filtre.

Pentru conductoarele de alimentare cu energie exista filtre de retea care, in majoritatea cazurilor, sunt formate din mai multe componente elementare, asamblate astfel incat sa aiba efect de filtrare in anumite domenii de frecventa.

Conductoarele pentru semnalul de masura trebuie ecranate (trebuie utilizate cabluri coaxiale).

Rigletele elastice de contact ale usilor, ferestrele fagure si filtrele de retea trebuie sa fie foarte bine corelate unele cu altele. Toate aceste filtre, legaturi de pamantare si conexiuni ale ecranelor cablurilor trebuie sa fie amplasate intr-o singura zona, foarte apropiate unele de altele, pentru eliminarea curentilor de egalizare in peretele ecranului, fig. 7.5.

Fig. 27 a) Dispunere corectă; b) Dispunere greşită a accesului cablurilor electrice într-o incintă ecranată

Pentru asigurarea unei legaturi de rezistenta mica a tuturor ecranelor cablurilor si a pamantarii incintei, se recomanda intarirea peretelui ecranului in zona comuna de patrundere, printr-o placa masiva de cupru. In cazul din fig. 27.b, eventualii curenti perturbatori din ecranele cablurilor si din sistemul de pamantare circula prin peretii metalici ai incintei ecranate si produc in interiorul acesteia un camp magnetic perturbator.

7.2 Incaperi ecranate (cabina de masurare)

Incaperile ecranate se utilizeaza fie pentru evitarea interferentelor electromagnetice exterioare in cazul masuratorilor sensibile, fie pentru limitarea in spatiu a emisiilor perturbatoare (in zona in care se produc); adesea ambele functiuni sunt combinate.

Din punct de vedere constructiv, incaperile ecranate sunt realizate prin placarea spatiilor respective cu fasii din folie de cupru lipite intre ele, prin constructii sudate autoportante din tabla de otel sau prin constructii modularizate obtinute din elemente prefabricate.

Cabina de masurare este o incinta cu dimensiuni relativ reduse (2×2×2 m3); este realizata din tola de otel zincat sau CuE, cu grosimea g=0,3 … 2mm (fig. 28).

Fig. 28 Cabina ecranata. Echipamentul cabinei ecranate.1 – transformator de separare; 2 – filtru de retea; 3 – constructie metalica; 4, 5, 6 – ferestre fagure;

7 – cablu coaxial; 8 – usa de acces; 9 – borna de pamantare.

1

220V50 Hz

2

3

4 8

9

7

6

5

Peretii incintei sunt autoportanti sau sustinuti de un schelet metalic de otel zincat sau inox. Este destinata unor masuratori de mare acuratete a marimilor de tip “u”(prin divizor de tensiune exterior) sau “i”(prin sunt coaxial exterior);

In interiorul cabinei se instaleaza osciloscopul (digital, cu stocare) calculatorul care conduce procesul secvential de incercari si alte periferice ale osciloscopului sau calculatorului.

Cablul coaxial, dublu ecranat este folosit pentru introducerea semnalului util in spatiu ecranat din interiorul cabinei.

Pentru a evita pericolul de electrocutare in cazul unei defectiuni de izolatie, carcasa metalica a cabinei este conectata da priza de pamant.

Cabina ecranata nu este prevazuta cu pereti absorbanti pentru radiatii electromagnetice. O radiatie electromagnetica generala in interiorul cabinei produce reflexii multiple pe peretii interiori si, ca urmare, cuantificarea radiatiei emise devine imposibila.

Incaperi ecranate fara reflexii - Camere anechoice

Undele electromagnetice produse in interiorul incaperilor ecranate sufera reflexii datorita peretilor acestora. Undele reflectate se suprapun peste undele incidente formand unde stationare cu noduri si ventre pronuntate.

Repartitia spatiala a campului devine astfel puternic neomogena si rezultatele masuratorilor de emisii perturbatoare sau de imunitate la perturbatii vor depinde, intr-o maniera neprevazuta, de frecventa, de dispunerea in spatiu a obiectelor de incercat si a antenelor.

Pentru evitarea influentei perturbatoare a reflexiilor astfel produse, incaperile ecranate pentru masurarea CEM sunt placate in interior cu elemente absorbante.

Elementele absorbante realizeaza o adaptare de impedanta continua si lipsita de reflexii intre impedanta de unda a interiorului incintei (Zo = 377Ω) si impedanta de unda a peretilor ecranului (Zl = 0). De aceea masuratorile in camere anechoice permit realizarea in interior a masuratorilor de camp efectuate pana acum numai in aer liber.

Elementele absorbante sunt realizate din dielectrici sau feromagnetici cu pierderi, in care o parte importanta din energia electromagnetica incidenta se transforma in caldura.

In majoritatea cazurilor se foloseste spuma poliuretanica impregnata cu vopsea conductoare pe baza de carbon. Uneori, placarea peretilor se realizeaza din placi de ferita.

Fig. 7.7 Cameră anechoică

Elementul absorbant din spuma poliuretanica are, in majoritatea cazurilor, forma de piramida astfel incat undele electromagnetice au ocazia sa intalneasca multiple suprafete absorbante si sa fie absorbite cvasitotal intre piramide.