Elektromagnetická kompatibilita (EMC)

1. Elektromagnetická kompatibilita (EMC) Vznik: • 60. léta – USA • jako samostatná disciplína • zkoumá slučitelnost provozu jednotlivých el. systémů • H. M. Schlike: „systém nemůže být spolehlivý, pokud není elektromagneticky kompatibilní“ Důvody vzniku: • rostoucí složitost zařízení – klesající spolehlivost • mP řízení – rychlé signály s malou amplitudou • rozvoj telekomunikací – mnoho úzkých kanálů • spotřebiče s nelineární charakteristikou • spojování výkonových a řídicích obvodů EMC dnes: • VP měniče – harmonické, účiník, rušení po vedení • spínané zdroje – rušení analogových obvodů • řídicí systémy – odolnost, ztížené prac. podmínky • telekomunikace – intermodulace a šum (kanály 15 kHz) • digitální vysílání – WiFi, DVB – TV • rozhranní PC – IrDA, Bluetooth, SATA • hlavně spolehlivost všeho (automobily, letadla, topení)

2. Základní pojmy Elektromagnetická kompatibilita/slučitelnost (compatibility) • Schopnost zařízení pracovat odpovídajícím způsobem v daném elektromagnetickém prostředí a současně nepřípustně neovlivňovat okolní zařízení. (tj. nerušit a současně nebýt rušen) Elektromagnetické prostředí (environment) • souhrn elmag. jevů v daném místě Elektromagnetické rušení (disturbance) • jakýkoliv elmag. jev (U, I, B, E), který může zhoršit činnost zařízení nebo negativně ovlivnit živou hmotu EMI – elektromagnetická interference (interference) • rušení, které zhoršuje / již zhoršilo provoz zařízení. (tj. děj je již dokonán) rušení  interference • překlady CZ/EN = zmatek, neboť: • EMS – citlivost na elmag. rušení (susceptibility) • neschopnost zařízení pracovat bez zhoršení funkce v prostředí s elmag. rušením

3. Elektromagnetická odolnost (immunity) • schopnost zařízení být v provozu bez zhoršení činnosti za přítomnosti elmag. rušení Úroveň (level) • střední, špičková, kvazišpičková hodnota časově proměnné veličiny • časté jednotky: dB, dBm, dB/mV, dB/mV Další pojmy • vysokofrekvenční (radio frequency - RF) • emise – čs. uvolňování (emission) • vyzařování – čs. šíření ve formě vln (radiation) • impuls, skupina impulsů (pulse, burst) • mez rušení / odolnosti (limit of…) • úroveň rušení / odolnosti (level of…)

5. EMC biologických systémů • vliv přirozeného pozadí a umělých signálů na živé organismy • vznik po II. svět. válce: • radary, indukční / dielektrické ohřevy, mikrovlnná technika, radiokomunikace • účinky: • tepelné (kůže, orgány) – poměr velikosti orgánů a vlnové délky l • netepelné (CNS, srdce) – induk. proudy • krátkodobé / dlouhodobé tj. zaměstnanci / ostatní • určování: modely (fantomy), simulace, dobrovolníci • hygienické limity pro: • měrný absorbovaný výkon (SAR) [W/kg] • měrná absorbovaná energie (SA) [J/kg] • hustota dopadajícího toku (S) [W/m2] • proud. indukovaná hustota (J) [A/m2] • dáno normami: • WHO, ANSI - 60. / 70. léta • Nařízení vlády NV č.480/2000 Sb., - dnes • v rozsahu 0 Hz do 1000 PHz (počátek UV záření) • max. 4 W/kg tkáně oteplení 1°C po 6 min. • limity: mezní / referenční

6. bezpečnostní faktory • snižování mezních limitů • např. 4 W/kg  0,4 W/kg • vliv elmag. pole na tkáň • ohřev tkáně (S) od 1 MHz do 100 GHz • indukované proudy od 0 Hz do 10 MHz • hloubka vniku:

9. EMC technických systémů • EMI • nežádoucí zhoršení funkce vlivem elmag. rušení • zkoumání zdrojů a přijímačů • dělení kmitočtového spektra • základní řetězec EMC:

10. Obr. Dělení EMI dle frekvenčního spektra. • nízkofrekvenční rušení: • pomalé změny napájecího napětí – velké odběry • energetické rušení – nelin. odběr do 50. řádu (2,5 kHz) • flikr – kolísání svítivosti světel. zdrojů • stejnosměrné zvlnění napájecího napětí • krátkodobé poklesy a přerušení napájecího napětí • napěťová nesymetrie • vysokofrekvenční rušení: • vf. rušení v oblasti 9 kHz až 150 kHz • vf rušení nad 150 kHz

11. Vazby pro šíření elektromagnetického rušení Základní typy šíření: • po vedení (rušivé proudy/napětí) – průmyslové VPM • vyzařováním (elmag. vlny) – přírodní zdroje Vazba - injektování rušení do vedení: • galvanická (společné vedení) • induktivní (blízkost vodičů) • kapacitní (blízkost vodičů) Pojem: symetrické x nesymetrické (impedance sítí, zdrojů, spotřebičů, napětí aj.)

12. Galvanická vazba Princip: • společná impedance ZS mezi zdrojem a přijímačem • průtok proudu impedancí ZSúbytek napětí URUŠ. • impedance ZS = RL obvod • typy zapojení ZS: Pozor! Frekvenční charakteristiky ZS většinou nejsou známy.

13. Induktivní vazba Princip: • elmag. indukce mezi dvěma (i více) protékanými vodiči • nutná vzájemná indukčnost M • aplikace Faradayova indukčního zákona a Ampérova zákona: Popis: • výrazný projev v nízkoimpedančních systémech • vliv krytů, stínění, pláště – transformátory • velké di/dt = nebezpečí (např. blesk) Potlačování: • minimalizace rozpylových toků • zmenšování plochy smyček protékaných proudem

14. Kapacitní vazba Princip: • existence parazitních kapacit • dva (a více) blízkých vodičů s různým el. potenciálem (souběžná vedení, motivy na DPS) Popis: • projev ve vysoko-impedančních systémech • vliv země / stínicí desky • Potlačování zemních kapacit:

15. Vazba vyzařováním Podmínka: • rozměry srovnatelné s vlnovou délkou l • zdroj / anténa = vodič protékaný vf. proudem Popis: • velké vzdálenosti zdroj – přijímač Symetrické / nesymetrické