• 044 593-9818
  • (097) 439-6335; (067) 231-3570
  • Киев, ул.Автопарковая, 7 (М. Бориспольская)
04/20/2018
автор

Вы когда-нибудь задумывались, почему вас попросят отключить мобильные телефоны и электронные гаджеты в авиации или больнице, где есть другие электрические и электронные системы, от которых могут зависеть жизни многих людей?  Ваша любимая радиопередача прервана вмешательством или экран телевизора, покрыт «снегом», когда кто-то использует пылесос или электрическую дрель? Большинство старшего поколения все еще помнят такие проблемы, даже если сегодня (частично благодаря Международным стандартам МЭК) они в значительной степени преодолены. Сегодня помехи на вашем смартфоне могут даже включать устройства, перестающие работать вместе. Примеры, подобные этим, иллюстрируют то, что называется электромагнитной совместимостью (ЭМС)

 

20 апреля 2018 г Киев, Украина

Что такое ЭMC или основы электромагнитной совместимости

ЭМС продолжает приобретать все большее значение по мере увеличения количества беспроводных подключенных устройств. Определение того, что такое ЭМС и понимание концепций позволяет достичь электромагнитной совместимости с самого начала.

Электромагнитная совместимость ЭМС - концепция обеспечения возможности использования различных электронных устройств без взаимных помех – это электромагнитные помехи. Электромагнитные помехи - когда электрические приборы работают в непосредственной близости друг от друга.

Все электрические схемы имеют возможность излучать нежелательные электрические помехи, которые могут нарушить работу одного или другого компонента из расположенных в относительной близости цепей.

 

Что такое ЭМС - определение

Часто при работе с ЭМС необходимо спросить: что такое ЭМС и иметь определение.

Определение ЭМС:   ЭМС определяется как способность устройств и систем работать в их электромагнитной среде без ущерба для их функций и без ошибок, и наоборот. Электромагнитная совместимость обеспечивает, чтобы работа не влияла на электромагнитную среду в той мере, в которой недопустимо отрицательное влияние на функции других устройств и систем.

Повышение осведомленности ЭМС

В первые дни электроники использовались сравнительно немного элементов электронного оборудования. Однако сегодня количество предметов электроники в повседневной жизни значительно возросло. Некоторые из этих являются приборами передачи сигналов, в то время как многие другие являются чувствительными приемниками. Другие могут использовать цифровые электронные системы, в которых могут возникнуть ложные срабатывания, вызванные переходными сигналами. Это приводит к тому, что ЭМС становится ключевым элементом любого дизайна электроники, а не только промышленного или военного сектора.

В первые дни систем электроники, попса, шум и общий шум, получаемые радиоприемниками, воспринимались как «опыт» прослушивания радио. Даже, если они были созданы человеком из другого местного электрооборудования.

Некоторые из первых основных проблем влияния электрических помех на электронные системы возникли из-за военных применений. После Второй мировой войны, с ростом важности ядерного оружия, электронный импульс, вызванный взрывом и его воздействием на оборудование, вызвал беспокойство. Также вызывают обеспокоенность эффекты высоконадежных радиолокационных систем на оборудование.

Позднее стали видны риски для электронного оборудования, связанного с ОУР. Это не только повреждало электронику, но и вызывало ложные срабатывания в электрооборудовании.

В 1970-е годы использование логических схем быстро росло, и с этим скорость переключения увеличивалась. Открытие, что эти схемы влияют на EMI, вызвало растущее осознание необходимости принятия мер предосторожности в отношении ЭМС. Необходимости закладывать уже в проект продукта чтобы эти элементы удовлетворительно работали в реальном мире.

В результате этого растущего осознания многие страны стали воспринимать ЭМС как растущую проблему. Некоторые начали выдавать директивы производителям электронного оборудования, определяя стандарты.  Европейское сообщество было одним из первых, в котором соблюдались требования ЭМС. В то время, как многие страны были скептически настроены, внедрение стандартов ЭМС повысило стандарты и позволило большинству типов оборудования работать вместе друг с другом без помех. Теперь это особенно важно в связи с быстрым ростом использования мобильных телефонов.

Основы ЭМС

Цель применения мер для электромагнитной совместимости – это обеспечить, чтобы различные элементы электронного оборудования могли работать в непосредственной близости, не вызывая каких-либо чрезмерных помех.

Интерференция, которая приводит к ухудшению характеристик, известна как электромагнитная помеха EMI. Именно это вмешательство необходимо уменьшить, чтобы обеспечить совместимость различных элементов электрооборудования и дать возможность работать им в присутствии друг друга.

В ЭМС есть два основных элемента:

  • Выбросы:   выбросы ЭМИ относятся к генерации нежелательной электромагнитной энергии. Они должны быть уменьшены ниже определенных допустимых пределов, чтобы гарантировать, что они не будут вызывать сбоев в работе другого оборудования.
  • Восприимчивость и иммунитет: восприимчивость элемента электроники к EMI - это способ реагирования на нежелательную электромагнитную энергию. Целью схемы является обеспечение достаточно высокого уровня иммунитета к этим нежелательным сигналам.

Электромагнитные помехи

Электромагнитные помехи EMI - это имя, присвоенное нежелательному электромагнитному излучению, которое создает потенциальные помехи для других элементов электронного оборудования.

Существует множество способов, которыми электромагнитные помехи могут переноситься из одного предмета оборудования в другое. Понимание этих методов является ключом к смягчению влияния электромагнитных помех.

EMI можно разделить на две категории:

  • Непрерывные помехи: непрерывные помехи часто бывают в виде радиосигнала или колебаний, которые поддерживаются постоянно. Это может быть от неэкранированного осциллятора, или это может быть в виде широкополосного шума.
  • Импульсные помехи: эта форма помех состоит из короткого импульса. Это может быть вызвано электростатическим разрядом, молнией или переключаемой схемой.

Помимо понимания формы помех, необходимо также знать, как помехи перемещаются от передающего устройства к принимающему устройству. К сожалению, это не всегда легко обнаружить, поскольку многие из путей трудно определить. Однако хороший первоначальный дизайн устраняет многие проблемы.

Стандарты ЭМС

Учитывая растущую осведомленность и необходимость поддерживать высокие стандарты электромагнитной совместимости, многие стандарты были введены, чтобы помочь производителям соответствовать уровням, необходимым для поддержания полной электромагнитной совместимости.

Много лет назад уровни ЭМС были низкими, и часто возникали помехи. Такси, проезжавшие мимо дома, используя радиотелефон, с большой вероятностью нарушали работу телевизора. Работа микроволновки иди пылесоса в соседней квартире могли влиять на работу электроприборов или освещения. Было много и других случаев.

В результате возникла необходимость внедрения стандартов ЭМС для обеспечения необходимого уровня совместимости.

ЭМС теперь является неотъемлемой частью любого проекта проектирования электроники. В соответствии со стандартами, внедренными во всем мире, любой новый продукт должен быть протестирован и проверен, чтобы он соответствовал стандартам ЭМС. Хотя это создает дополнительную проблему для инженера-конструктора электроники, важно, чтобы были применены хорошие методы ЭМС и чтобы производительность ЭМС продукта была достаточной для обеспечения ее правильной работы в соответствии со всеми разумными сценариями.

Существует множество форм электромагнитных помех, которые могут влиять на цепи и препятствовать их работе в том виде, в каком это было предназначено. Эта электромагнитная или радиочастотная интерференция, RFI, как ее иногда называют, может возникать несколькими способами, хотя в идеальном мире она не должно присутствовать.

EMI - электромагнитные помехи могут возникнуть из многих источников, будь то вызванные человеком или естественного происхождения. Они также могут иметь различные характеристики, зависящие от их источника и характера механизма, вызывающего помехи.

По самому названию помехи, данное ему, EMI является нежелательным сигналом в приемнике сигнала и, в целом, методы проектирования и испытаний стремятся уменьшить уровень помех.

Типы электромагнитных помех

EMI - Электромагнитные помехи могут возникать во многих отношениях и из ряда источников. Различные типы EMI можно разделить на несколько категорий.

Один из способов категоризации типа EMI - это то, как он был создан:

  • Искусственные электромагнитные помехи: этот тип электромагнитных помех обычно возникает из других электронных и электрических систем (частотные модуляторы, генераторы, преобразователи, электрические двигатели и др.). Некоторые электромагнитные помехи могут возникать при переключении больших токов и т. д.
  • Естественно происходящие EMI: этот тип электромагнитных помех может возникнуть из многих источников – сюда вносят свой вклад как космический шум, так и молнии, другие атмосферные типы шума.

Другим методом категоризации типа EMI является его продолжительность:

  • Непрерывные помехи: этот тип EMI обычно возникает из источника, такого, как схема, которая излучает непрерывный сигнал. Однако фоновый шум, который является непрерывным, может быть создан несколькими способами, как искусственными, так и естественными.
  • Импульсный шум: опять же, этот тип EMI может быть искусственным или естественным. Молнии, ОУР и системы коммутации влияют на импульсный шум, который является формой EMI.

Также можно классифицировать различные типы EMI по их пропускной способности.

  • Узкополосная связь. Обычно эта форма EMI, вероятно, является единственным источником несущей - возможно, генерируемой осциллятором некоторой формы. Другой формой узкополосного EMI являются ложные сигналы, вызванные интермодуляцией и другими формами искажения в передатчике, например, мобильным телефоном маршрутизатора Wi-Fi. Эти ложные сигналы появляются в разных точках спектра и могут создавать помехи для другого пользователя радиочастотного спектра. Таким образом, эти ложные сигналы должны поддерживаться в жестких пределах.
  • Широкополосная связь. Существует множество форм широкополосного шума, которые могут возникнуть. Он может возникнуть из самых разных источников. Искусственные широкополосные помехи могут возникать из источников, таких как дуговые сварочные аппараты, где непрерывно генерируется искра. Естественно происходящий широкополосный шум может ощущаться от Солнца - он может вызывать солнечные лучи для систем спутникового телевидения, когда Солнце появляется за спутником, а шум может маскировать желаемый спутниковый сигнал. К счастью, эти эпизоды продолжаются всего несколько минут.

Механизмы связи EMI

Существует множество способов, которыми электромагнитные помехи могут быть связаны от источника к приемнику. Понимание того, какой метод связи создает помехи для приемника, является ключом к решению этой проблемы.

Механизмы электромагнитных помех

  • Излучаемый: этот тип связи EMI, вероятно, является наиболее очевидным. Это тип связи EMI, которая обычно возникает, когда источник и жертва разделены большим расстоянием - обычно больше, чем длина волны. Источник излучает сигнал, который может быть желательным или нежелательным, и жертва получает его таким образом, который нарушает его работу.
  • Проводимые: Проводимые выбросы происходят, как следует из названия, когда есть маршрут проводимости, по которому могут перемещаться сигналы. Это может быть по силовым кабелям или другим кабельным соединениям. Проводимость может быть в одном из двух режимов:
    • Общий режим: этот тип связи EMI возникает, когда шум появляется в той же фазе на двух проводниках, например, вне и обратно для сигналов, или + ve и -ve для силовых кабелей.
    • Дифференциальный режим: Это происходит, когда шум не соответствует фазе на двух проводниках.

Необходимые методы фильтрации будут варьироваться в зависимости от типа взаимодействия с EMI. Для линий общего режима фильтруются вместе. Для дифференциального режима их можно фильтровать вместе.

  • Взаимосвязано: то, что обычно называется связанным EMI, может быть одной из двух форм, а именно емкостной связи и магнитной индукции.
    • Емкостная связь: Это происходит, когда изменяющееся напряжение от источника емкостно передает заряд в схему жертвы.
    • Магнитная связь: этот тип связи электромагнитных помех, когда существует различное магнитное поле между источником и жертвой - обычно два проводника могут работать близко друг к другу. Это вызывает ток в схеме жертвы, тем самым передавая сигнал от источника к жертве. Поэтому всегда рекомендуется не прокладывать силовой кабель рядом с информационным кабелем.

Определяя форму связи, которая существует, и способ, которым она достигает жертвы, может оказаться, что наиболее эффективным методом сокращения EMI является принятие мер для уменьшения сцепления и снижения уровня помех до приемлемого уровня. Электромагнитные помехи присутствуют во всех областях электроники и электротехники. Понимая источник, методы связи и восприимчивость жертвы, уровень помех можно снизить до уровня, при котором EMI не вызывает чрезмерного ухудшения производительности.

Эволюция стандартов и законодательства ЭМС

Основная осведомленность о возможностях вмешательства между различными формами электронного оборудования существовала уже много лет. Однако относительно ограниченное использование электроники по сегодняшним стандартам означает, что мало что сделано в отношении законодательства, касающегося стандартов.

Некоторые из первых стандартов и законодательства ЭМС были введены в 1979 году. Федеральная комиссия по связи, FCC в США, установила юридические ограничения на электромагнитные излучения от всего цифрового оборудования. Эти ограничения были установлены в результате растущей доступности цифровых систем, включая небольшие калькуляторы и формы цифрового оборудования, которые мешали проводной и радио- системам вещания.

Для поддержки этого законодательства ЭМС был определен ряд методов испытаний.

Еще один важный шаг вперед был сделан в 1980-х годах Европейским сообществом. Они ввели то, что было названо новым подходом к стандартизации требований электромагнитной совместимости для обеспечения более свободного доступа к торговле электронным оборудованием.

Одним из основных элементов этого была Директива по электромагнитной совместимости - 89/336 / EC. Этот стандарт ЭМС применяется ко всему оборудованию, которое должно быть размещено на рынке, используемом в ЕС. Сфера охвата была широкой, и Директива по ЭМС охватывала все оборудование, которое «могло вызвать электромагнитное возмущение или на выполнение которого могут влиять такие нарушения».

Директива по ЭМС от ЕС была новаторской в ​​плане стандартов и законодательства по электромагнитной совместимости, поскольку в первый раз были установлены ограничения на иммунитет оборудования к помехам, а также его выбросам. Таким образом, в Директиве по электромагнитной совместимости признано, что оба элемента управляющего оборудования ЭМС гармонично связаны не только с уменьшением нежелательных излучений, поскольку требуемые выбросы также могут вызывать помехи.

Директива по электромагнитной совместимости продвинулась вперед и теперь является хорошо зарекомендовавшим себя стандартом ЭМС. Это было признано успешным, хотя с ним связаны значительные затраты. В результате своего успеха многие другие страны внедрили аналогичное законодательство по электромагнитной совместимости, часто используя те же стандарты электромагнитной совместимости, что и ЕС. Это дает гармоничные стандарты и цифры для удовлетворения во всем мире, что позволяет добиться эффектного масштаба.

Общие стандарты ЭМС

Существует несколько распространенных стандартов ЭМС, которые широко используются. Некоторые из этих стандартов также включают в себя другие элементы, помимо производительности ЭМС.

 

Общие стандарты ЭМС

Сфера

Стандарт

Описание

авиационно-космический

DO-160

Требования к электромагнитной совместимости воздушных судов

авиационно-космический

SAE ARP5412B

Окружающая среда для воздушных судов и связанные с ними тестовые сигналы

авиационно-космический

SAE ARP5416A

Методы испытаний молнии на самолете

автомобильный

SAEJ1113

Общая автомобильная ЭМС

коммерческий

ANSI C63.4

Методы измерения

коммерческий

CISPR 11

Оборудование ISM EN 55011

коммерческий

CISPR 16

Методы измерения

коммерческий

CISPR 22

Оборудование ITE EN 55022

коммерческий

FCC часть 15B

Оборудование ITE

коммерческий

IEC 61000-3-2

Гармоники

коммерческий

IEC 61000-3-3

мерцание

коммерческий

IEC 61000-4-2

Электростатический разряд, ОУР

коммерческий

IEC 61000-4-3

Излучаемый иммунитет

коммерческий

IEC 61000-4-4

Электрически быстрый переходный режим

коммерческий

IEC 61000-4-5

Вспышка (молния)

коммерческий

IEC 61000-4-6

Проводимый иммунитет

коммерческий

IEC 61000-4-8

Магнитный иммунитет

коммерческий

IEC 61000-4-11

Провалы напряжения, прерывания и вариации

медицинская

IEC 60601-1-2

Медицинские товары

военный

MIL STD 461F

Требования к тестированию ЭМС

 

Экранированный кабель

Экранированный кабель обеспечивает исключительную защиту от электромагнитных и радиочастотных помех (EMI / RFI). Используйте его для защиты чувствительных электронных схем от внешнего шума в таких приложениях, как связь, радар и передача данных. Но экранированный канал не только вмешивается; он также сохраняет выбросы, что жизненно важно для соответствия европейским стандартам CE - важная проблема для OEM-производителей. Кроме того, экранирующие кабели обеспечивают избыточную защиту EMI / RFI при использовании экранированных кабелей с экранированными экранами EMI / RFI.

Рынки и Сферы

Гибкий экранированный кабель Olflex Classic (Shield-Flex) идеально подходит для следующих сфер и рынков:

  1. авиационно-космический
  2. Оборудование для обработки воздуха (HVAC)
  3. Коммерческая (COTS) (Код CAGE: 09641)
  4. Центры обработки данных
  5. Оборона / Военные / Правительство
  6. Здоровье / Медицина
  7. Промышленные
  8. Радио широкополосная / антенна
  9. Строительство судов
  10. Солнечная энергия / энергия ветра
  11. Связь
  12. Испытательное и измерительное оборудование
  13. Силовые линии / Транзит
  14. Коммунальные услуги
  15. Приводы двигателей с переменной скоростью

Также, если использование экранированного кабеля не является обязательным для соответствия национальным и местным нормам, по-прежнему часто рекомендуется использовать экранированный кабель в качестве питающего или сигнального кабеля. Но одного экранированного кабеля недостаточно. Экранирование действует только тогда, когда используется правильный тип экранированного кабеля и когда кабель подключен правильно.

Соединение заземления

Для эффективности использования экранированного кабеля важно заземление щита. По этой причине зубчатые шайбы или раздельные шайбы должны быть установлены под винтами монтажного шкафа, а окрашенные поверхности должны быть очищены, чтобы получить контакт с низким полным сопротивлением. Например, анодированные алюминиевые корпуса обеспечивают неадекватное заземление, если под крепежными винтами используются простые шайбы. Провода заземления и заземления должны быть выполнены из проволоки с большим поперечным сечением или еще лучше из многожильного заземляющего провода. Если поперечные сечения проводов менее 10 мм² используются с двигателями с малой мощностью, из преобразователя в двигатель следует запускать отдельную линию PE с поперечным сечением не менее 10 мм², например: Провод H07V-K 1X10 желто-зеленый LappKabel

Кабель питания двигателя

Для соблюдения перераспределения  радиочастотных помех кабели между преобразователями частоты и двигателями должны быть экранированными - кабелями с экраном, соединенным с оборудованием на обоих концах.

Сигнальный кабель

Расстояние между кабелем двигателя и сигнальным кабелем должно составлять более 20 см, а сетевой кабель и кабель двигателя должны направляться отдельно, насколько это возможно. Эффекты помех значительно снижаются с увеличением расстояния. Дополнительные меры (например, разделительные полосы) необходимы при меньших расстояниях. В противном случае помехи могут быть связаны или переданы. 
Защитные экраны кабелей должны быть соединены с обоих концов так же, как экраны кабеля двигателя. На практике одностороннее заземление может рассматриваться в исключительных случаях. Однако это не рекомендуется.

Типы щитов

Производители частотных преобразователей рекомендуют использовать экранированный кабель для экранирования проводки между преобразователем частоты и двигателем. Для выбора важны два фактора: покрытие щита и тип экранирования.

Покрытие экрана, которое означает количество поверхности кабеля, покрытого экраном, должно составлять не менее 80%. Что касается типа щита, однослойный плетеный медный щит оказался чрезвычайно эффективным на практике. Здесь важно, чтобы щит был плетен. Напротив, защитный экран из медной проволоки (типа NYCWY) оставляет открытые участки с широкой щелевой формой, а компоненты HF могут легко проходить через эти промежутки. Площадь поверхности для токов утечки также значительно меньше.

Экранирование доступно навалом для дооснащения. Его можно потянуть за кабель, чтобы обеспечить требуемый эффект экранирования. Для коротких соединений в качестве альтернативы можно использовать металлические шланги или трубы. Кабельные каналы могут заменять экранирование только при определенных условиях (радиационный канал с хорошим контактом крышки и хорошее соединение между компонентами воздуховода и землей).

Кабели с двойной защитой дополнительно улучшают ослабление излучаемых и излучаемых помех. Внутренний экран соединен с одного конца, а внешний экран соединен с обоих концов. Скрученные проводники уменьшают магнитные поля.

Экранированные кабели с витыми проводниками могут использоваться для сигнальных линий. Затухание магнитного поля увеличивается примерно с 30 дБ с помощью одного экрана до 60 дБ с двойным экраном и примерно до 75 дБ, если проводники также скручены.

Комментарии

Сообщения не найдены

Новое сообщение