Curs 5: Mecanisme de cuplaj si masuri de atenuareusers.utcluj.ro/~denisad/Compatibilitate Electromagnetica/CURS_5/C… · Cunoaştereatipurilor de cuplaje prin intermediul căroraperturbaţiile

Curs 5:

Mecanisme de cuplaj si masuri de atenuare

http://users.utcluj.ro/~denisad

Disciplina: COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICĂ

Titular curs: Conf. Dr. Ing. Denisa ȘTEȚ

CURS pentru anul IV IE, Specializările: ET, I&AD, IM

AN UNIVERSITAR: 2019-2030http://users.utcluj.ro/~lcmn

http://users.utcluj.ro/~lcmn

Cunoaşterea tipurilor de cuplaje prin intermediul cărora perturbaţiile

electromagnetice se propagă de la surse la receptoare;

Cunoașterea metodelor practice de atenuare a interferenţelor

electromagnetice

Obiectivele cursului 5:

2/50COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 4 2/40

5.1. Cuplajul prin conductie (galvanic)

5.2. Cuplajul capacitiv (electric)

5.3. Cuplajul inductiv (magnetic)

5.5. Cuplajul prin radiatie electromagnetica

Cuprinsul cursului 5:

http://www.google.ro/imgres?q=objective&um=1&hl=ro&sa=N&rlz=1T4ADRA_enRO404RO417&biw=1280&bih=822&tbm=isch&tbnid=fy3o_Br0jKkAjM:&imgrefurl=http://bownishi.com/home/our-obejctive/&docid=UOItTXQgrzSnuM&imgurl=http://bownishi.com/wp-content/uploads/2012/03/Objectives.png&w=291&h=221&ei=RvD2T_KdLIXXtAb1n83SBQ&zoom=1

Sursă de

perturbații

Receptor

(victimă)

I

U

Cuplaj prin câmp electromagnetic

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 4

5. Mecanisme de cuplaj si masuri de atenuare

Clasificarea generală a tipurilor de cuplaje

3/40

Cuplaj prin

conducţie


Surse

Câmpuri E&H

Cuplaj

capacitiv

Cuplaj

inductiv

Cuplaj prin

radiaţii

Cuplaj prin

conducţie

Curenţi şi tensiuni

induse

Câmpuri Conducţie

Modele la JF Modele la ÎF Modele la JF şi ÎF


4/40




Apare intotdeauna intre doua circuite care au o impedanta comuna:

- o portiune comuna de circuit conductor;

- o impedanta de transfer;

- un anumit tip de dipol.

I. CUPLAJ GALVANIC INTRE CIRCUITE FUNCTIONALE

II. CUPLAJ GALVANIC DATORITA LEGARII LA PAMANT AL ECHIPAMENTULUI (cuplaj prin bucla de pământare)

5/40

Reactia asupra retelei de alimentare creata de sursele in comutatie

si de convertoarele statice;

Variatiile de curent la comutarea circuitelor integrate numerice;

Variatiile de curent la actionarea bobinelor releelor;

Curentii in circuitele de alimentare ale motoarelor cu colector etc.

Daca două sau mai multe circuite au o impedanță comună, atunci trecerea

curentului prin impedanța comună este de natură să distorsioneze curenții

din toate circuitele cuplate galvanic.

I. Cuplajul prin conductie intre circuite funcționale



6/40



Mecanismul cuplajului galvanic

(Demonstratie pe tabla)

Neutralizarea cuplajului galvanic: masa

intr-un singur punct

7/40



Metode de reducere a perturbatiilor conductive intre circuite de alimentare

[1]

8/40


II. Cuplajul galvanic datorat legarii la pamant (realizat prin buclele de

pamantare)

Tensiune electromotoare intre doua

prize de pamant

Impedanta de transfer (cuplaj) a cablului coaxial

lI

UZ

P

Pt

)(

)(

IP()

IP()

UP()

l


9/40


Caracteristici ale impedantei de transfer

Descrie cazul cel mai defavorabil al unei bucle de pamantare cu o linie de semnal

coaxiala.

La frecvente inalte, datorita refularii curentului prin efect pelicular, curentul

perturbator circula practic numai pe partea exterioara a ecranului.

Cu cat impedanta de transfer a unui cablu coaxial este mai mica, cu atat este mai

mica tensiunea perturbatoare produsa si cu atat este mai buna calitatea ecranarii.


10/40


sR ZZ

Perturbatia de MC se regaseste in intregime ca perturbatie de mod

normal la receptorsR ZZ

Perturbatia de MC se regaseste ca perturbatie de mod normal la

receptor, numai jumatate din aceasta valoare

La ÎF curentul perturbator circula numai prin partea exterioara a ecranului;

tensiunea culeasa de conductorul central reprezinta caderea de tensiune longitudinala

pe partea interioara a ecranului, care poate sa prezinte o dependenta de frecventa

specifica.

SR

R

CM

p

ZZ

Z

U

UFCCN

)(

)(


[1]

11/40


L

LP

CM

CM

Z

ZZ

U

U

)(

)('

L

LP

R

RS

P

CM

Z

ZZ

Z

ZZ

U

U

)(

)(


[1]

12/40


Pentru circuitul oscilant serie format din inductivitatea L si

capacitatea parazita ajunge la rezonanta si in functie de amortizare, apar

curenti mari (rezonanta de curenti)

Pentru linii de semnal lungi si frecvente inalte trebuie sa se tina cont de

impedantele liniei de ducere si de intoarcere care sunt in serie cu impedanta

sursei si a receptorului

Pentru frecvente la care lungimea de unda este de acelasi ordin de

marime cu lungimea cablului de semnal sau mai mica, trebuie aplicata

teoria liniilor electrice lungi

Pentru linii de semnal coaxiale si la frecvente mari, datorita efectului

pelicular, curentul perturbator circula numai la suprafata exterioara e

ecranului cablului; conversia mod comun/mod normal are loc atunci prin

impedanta de transfer a liniei

CL /1


13/40

Măsuri antiperturbative în cazul cuplajului prin conducție

Decuplare cu transformator (izolare galvanica)

A. Transformatoare de separare pentru semnalul util

B. Transformatoare de neutralizare (simetrizare)

C. Transformatoare de retea

Optocuploare si linii din fibre optice (izolare galvanica)

Amplificatoare diferentiale si sisteme simetrice

Tehnica ecranului de protectie (gardare)



14/40

A. Transformatoare de separare pentru semnalul util (permit separarea

galvanică a circuitelor de curent alternativ, in JF si MF)

Asigură întreruperea buclelor de pământare realizând o foarte bună rejecţie de mod

comun.

La ÎF rejecţia de MC este mai redusă din cauza capacităţilor parazite dintre

înfăşurările primară şi secundară ale transformatorului.

Îmbunătăţirea rejecţiei în acest caz se poate obţine prin introducerea între cele două

înfăşurări a unui ecran pus la pământ.

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 7 15/41COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 4

5.1.Cuplajul prin conductie (galvanic)

Decuplare cu transformator (izolare galvanica)

15/40

Raportul de transformare trebuie

sa fie constant pentru toata latimea

de banda a semnalului.

Transformatorul de separare nu

transfera o eventuala componenta de

c.c a semnalului util.



www.loreelectro.ro

[1]

16/40

Transformatorul de neutralizare: doua infasurari bobinate pe miez de ferita. Sensul

de bobinaj al infasurarilor determina pentru semnalul :

- Contratact: flux magnetic practic nul in miezul de ferita (pentru semnalul util nu

ofera reactanta semnificativa)

- In acelasi tact (provenit fie dintr-o t.e.m. Ed, fie din cauza unui cuplaj inductiv);

bobinele functioneaza ca reactante sumatoare

B. Transformatoare de neutralizare


COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 4 17/40

C. Transformatoare de retea



[4]

18/40

Conexiunile ofera urmatoarele efecte benefice:

Neutralizarea efectului t.e.m. Ed (curentul se

inchide pe traseul punctat fara a influenta

infasurarile transformatorului T2). Valoarea

curentului este limitata de reactanta capacitiva a

capacitatii C1= 500….1000pF.

Capacitate minima intre infasurarile primara si

secundara



20/33

Optocuploare şi cabluri din fibră optică

Oferă o înaltă rejecţie de MC → sunt utilizate pentru întreruperea buclelor de

pământare, în special la intrările şi ieşirile automatelor programabile, respectiv la

interfeţele sistemelor de conducere a proceselor

O diodă luminiscenţă sau o diodă laser transformă

semnalul electric în semnal luminos, care se transmite

printr-un mediu electroizolant transparent optic şi este

transformat din nou în semnal electric printr-o fotodiodă sau

un fototranzistor.

Nivelele de izolaţie obişnuite ale optocuploarelor sunt

între 500 V şi 10 kV.

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – Curs 4


20/40

Optocuploarele sunt folosite mai ales în tehnica numerică, unde asigură o

transmitere foarte bună a semnalelor numerice. (Pentru transmiterea

semnalelor analogice, ele asigură, însă, numai o precizie satisfăcătoare)

Pentru semnalele de MC de ÎF, rejecţia de MC oferită de optocuploare

scade foarte mult din cauza capacităţilor parazite dintre intrare şi ieşire.

O rejecţie de mod comun oricât de mare, chiar şi la cele mai înalte frecvenţe se

poate obţine folosind o transmisie prin fibre optice

Cu cabluri din fibre optice pot fi asigurate orice diferente de potential

pana in domeniul MV.





Se manifesta intre conductoare, circuite aflate la potentiale diferite si

intre care exista cai de inchidere a curentilor produsi de catre diferenta de

potential.

C12, C’12 – capacitati de

cuplaj parazit

IP – curent perturbator →

produce tensiuni efective

perturbatoare la bornele

rezistentelor receptorului


22/40

[7]



Exemplu: Doua circuite (perturbator si perturbat) care au referinta (masa) comuna

Aparitia cuplajului capacitiv

(Demonstratie la tabla)

!!! Cuplajul capacitiv

este de mod comun.

23/40

[7]


Efectul ecranului electric asupra cuplajului capacitiv

Ecran electric = incinta din material bun conductor in care este plasat circuitul perturbat


Sursa Receptor

24/40

[7]

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 1COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 1COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 1COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 1COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 4

Ecranul nu este conectat la masa:

Ecranul este conectat la masa prin inductanta:

Ecranul este conectat la masa prin impedanta nula:

5. Cuplajul capacitiv (electric)

!!! Pentru ca ecranul electric sa fie

activ, este esential sa fie conectat la

masa prin impedanta nula.

25/40

Principii de ecranare la masa a ecranelor electrice

1. Ecranul electric trebuie conectat la punctul cu potential de referinta

zero (masa) circuitului protejat, plasat in interiorul ecranului;



26/40

[7]


2. Ecranul

electric trebuie

conectat la

punctul cu

potential de

referinta zero al

semnalului la

care este

conectata sursa

de semnal (masa

sursei de semnal)

astfel incat sa se

asigure circulatia

curentilor

perturbatori

prin ecran spre

punctul de masa

al sursei



[7]

[7]

5.3. Cuplajul inductiv (magnetic, transformatoric)


Apare intre doua sau

mai multe circuite

parcurse de curenti

-Inductanta proprie unei portiuni de

circuit

-Cuplaj magnetic (inductanta mutuala)

-Flux total

-Flux de dispersie (de scapari) →

inductanta de scapari


29/40

Intr-un circuit cu aria A, intersectat de fluxul variabil in timp Φ,

se induce o t.e.m.

- Daca inductia prezinta o variatie armonica, A=const

- Daca bucla este cuplata prin M cu un circuit parcurs de curentul I1



30/40

IP

-Cuplajul inductiv este de mod diferential

-Tensiunile perturbatoare nu se reduc prin reducerea rezistentei totale a circuitului

perturbat

-Tensiunile pe R si RS sunt in antifaza



31/40

Dependenţa geometrică a cuplajului inductiv



Inducţia câmpului magnetic al unui circuit egal încărcat pe liniile de

ducere şi întoarcere este cu două ordine de mărime mai mic şi reducerea este

mai rapidă faţă de linia simplă.

Acelaşi lucru este adevărat şi pentru inductivitatea de cuplaj.

32/40



33/40

„Reguli de aur" pentru conformitatea CEM a instalaţiilor electrice:

♦ menţineţi aria unei instalaţii electrice pe cât posibil mai redusă;

♦ maximizaţi distanţa faţă de o linie cu curent mare;

♦ separaţi circuitele de putere de cele de date;

♦ utilizaţi numai circuite de tipul TN-S.



T - masele instalatiei legate direct la pamant, independent de

eventuala legare la pamant a unui punct al alimentarii

N - legatura directa a maselor la nulul de lucru al retelei

S - nulul de lucru si cel de protectie sunt separati unul de celalalt

34/40


Masuri antiperturbative in cazul cuplajului inductiv (magnetic)

- Micsorarea lui M prin portiuni paralele ale conductoarelor, cat mai scurte

- Dispunerea perpendiculara a circuitelor

- Marirea distantei intre circuite

-Utilizarea unui conductor de reducere a cuplajului

- Micsorarea ariei circuitelor

- apropierea conductoarelor

- prin torsadare

- utilizand cabluri coaxiale

- Ecranarea sistemului perturbat

Conductorul de reducere formeaza o bucla in

scurtcircuit al carei camp magnetic poate

compensa partial campul magnetic perturbator.


35/40






Ecranarea cablurilor si a cuplajului parazit magnetic

I. Reducerea perturbatiilor prin cuplaj inductiv folosind ecranarea


38/40

II. Protectia cablurilor la perturbatii prin cuplaj magnetic, prin ecranare

• Frecventa de semnal este sub frecventa

de taiere → curentul se indchide prin

masa iar aria intersectata de campul

perturbator este maxima

• Frecventa de semnal este peste frecventa

de taiere (≈5fet)→ curentii prin ecran si

conductorul interior sunt egali (aria

circuitului este mult mai mica, deci

perturbatia indusa este mai redusa)

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 2 39/23COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA – curs 4


39/40


[8]



Reprezinta interferenta provocata de campurile electromagnetice variabile in timp ;

La mare distanta, campurile E si H apar intotdeauna impreuna si sunt legate

prin legea inductiei electromagnetice:

t

BErot

Unda electromagnetica

)(),( tvrnEtrE d

)(1

),(0

tvrnEnZ

trH d

r - vectorul de pozitie al undei in spatiul liber

N - versorul directiei de propagare (perpendicular pe planul E,H)

V - viteza undei

Z0≈ 377Ω impedanta caracteristica a undei


41/40


Unghiul de incidenta

in plan orizontal

Unghiul de incidenta

in plan vertical

Polarizare verticala = vectorul Ei este continut in planul de incidenta, vectorul Hi este paralel

cu interfata

Polarizare orizontala = vectorul Hi este in planul de incidenta, vectorul Ei este paralel cu

interfata


42/40

Masuri antiperturbative in cazul cuplajului prin radiatie se

realizeaza cu ajutorul:

Filtrelor

Ecranelor

A spatiilor (cabine) ecranate



Bibliografie

1. A.J. Schwab și W.W. Kȕrner, “Compatibilitate electromagnetică”, Editura Agir, București,

2013;

2. Prof. Dr. Wolfgang Langguth Hochschule, Legarea la pământ & CEM. Aspecte

fundamentale ale Compatibilităţii Electromagnetice (CEM), Ghid de Aplicare - Calitatea

Energiei Electrice, 2005, http://www.sier.ro/Articolul_5_1_2.pdf

3. F.D. Surianu, “Compatibilitate electromagnetica. Aplicatii in ingineria sistemelor

electroenergetice”, Editura Orizonturi Universitare, Timisoara, 2005

4. G. Hortopan, “Principii si tehnici de compatibilitate electromagnetica”, Editura Tehnica,

Bucuresti, 1998;

5. Alex. Sotir, T. Mosoiu, “Compatibilitate electromagnetica”, Ed. Militara, Bucuresti, 1997

6. Eugen Coca, Curs de CEM, Universitatea Ştefan cel Mare Suceava, Facultatea de

Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor

7. http://telecom.etc.tuiasi.ro/telecom/staff/vlcehan/discipline%20predate/cem/(2)%20CEM

-cuplaj%20capacitiv.pdf

8. Dan Pitica, Curs de CEM, Universitatea Tehnica din Cluj

Napoca, Facultatea de Automatica si Calculatoare

9. http://www.scribd.com/doc/90023548/CEM-5


http://www.sier.ro/Articolul_6_1_2.pdf


1. Cuplajul galvanic: definiţie, exemple, măsuri de atenuare

2. Cuplajul capacitiv: definiţie, exemple, măsuri de atenuare

3. Cuplajul inductiv: definiţie, exemple, măsuri de atenuare

4. Cuplajul prin radiatie electromagnetica: definiţie, exemple, măsuri de

atenuare

5. Cuplajul prin conductie intre circuite funcționale

6. Cuplaj galvanic datorita legarii la pamant

Documents

Curs 5: Mecanisme de cuplaj si masuri de atenuareusers.utcluj.ro/~denisad/Compatibilitate Electromagnetica/CURS_5/C… · Cunoaştereatipurilor de cuplaje prin intermediul căroraperturbaţiile