- Stahuj zápisky z přednášek a ostatní studijní materiály
- Zapisuj si jen kvalitní vyučující (obsáhlá databáze referencí)
- Nastav si své předměty a buď stále v obraze
- Zapoj se svojí aktivitou do soutěže o ceny
- Založ si svůj profil, aby tě tví spolužáci mohli najít
- Najdi své přátele podle místa kde bydlíš nebo školy kterou studuješ
- Diskutuj ve skupinách o tématech, které tě zajímají
Studijní materiály
Zjednodušená ukázka:
Stáhnout celý tento materiál1.1 Definujte pojem a předmět elektromagnetické kompatibility EMC. Specifikujte základní
členění EMC.
EMC je definována jako schopnost zařízení, systému či přístroje vykazovat správnou činnost i v prostředí, v němž působí jiné zdroje elektromagnetických signálů (přírodní či umělé), a naopak svou vlastní „elektromagnetickou činností“nepřípustně neovlivňovat své okolí, tj. nevyzařovat signály, jež by byly rušivé pro jiná zařízení.EMC vyjadřuje schopnost současné správné
funkce, tj. koexistence zařízení nebo systémů nacházejících se ve společném elektromagnetickém
prostředí bez závažného ovlivňování jejich normálních funkcí.Problematiku EMC lze členit podle mnoha různých hledisek. Celkově lze otázky EMC
rozdělit na dvě hlavní oblasti:a) EMC biologických systémů - zabývá se celkovým „elektromagnetickým pozadím“ našeho
životního prostředí a přípustnými úrovněmi rušivých i užitečných elektromagnetických signálů
s ohledem na jejich vlivy na živé organismy. b) EMC technických systémů a zařízení- zabývá vzájemným
působením a koexistencí technických prostředků, zejména elektrotechnických a elektronických
přístrojů a zařízení
1.2 Vysvětlete vzájemný vztah spolehlivosti a EMC.Zařízení a systémy (technické i biologické) musí být odolné vůči působení jiných zařízení
a nesmí přitom samy nepříznivě ovlivňovat jejich normální funkci. Přitom každý systém nebo
zařízení, nebo jejich určitá část, může být současně vysílačem (zdrojem) i přijímačem (tj. obětí)
rušení. Elektromagnetická kompatibilita je tedy vyšší pojem než prostá spolehlivost daného
zařízení .Systém sám o sobě může být dokonale spolehlivý , bude však prakticky bezcenný v provozu, pokud současně nebude elektromagneticky kompatibilní. Spolehlivost a elektromagnetická kompatibilita jsou neoddělitelné požadavky na systém, který má fungovat v každé době a za všech okolností.
1.3 Pojednejte o ekonomických aspektech a souvislostech EMC. Co jsou a jak se přibližně určí optimální náklady na EMC vyvíjeného, příp. vyráběného zařízení.Rezervy v návrhu zařízení z hlediska EMI a EMS nejsou předepsány a jejich
míra je výlučnou záležitostí výrobce daného zařízení. Jsou-li tyto rezervy zvoleny příliš velké,
vede to ke zbytečnému zvýšení nákladů na odrušení, na parametry odrušovacích prostředků, na
stínění apod. Vývoj i cena daného zařízení se tím zvyšuje. Naopak jsou-li rezervy návrhu příliš
malé, vzniká riziko, že hotové zařízení nevyhoví zkouškám EMC a musí být dodatečně odrušováno,což je ještě nákladnější. Dodatečné náklady na udržení standardního provozu zařízení rostou se zvyšující se hustotou jeho poruch. Naopak pravděpodobnost poruch vlivem nedodržení zásad EMC je nepřímo úměrná velikosti investic preventivně vložených do zabezpečení EMC zařízení.1.4 Popište předmět zájmu EMC biologických systémů. Jaké jsou hlavní mechanismy působení
elmag. vln, polí a signálů na živé organismy ? Jaké jsou jeho základní účinky a projevy ?
EMC biologických systémů - zabývá se celkovým „elektromagnetickým pozadím“ našeho
životního prostředí a přípustnými úrovněmi rušivých i užitečných elektromagnetických signálů
s ohledem na jejich vlivy na živé organismy.Každý člověk reaguje na působení elektromagnetického pole jinak, protože jeho adaptační,
kompenzační a regenerační možnosti a schopnosti jsou individuální. Proto je velmi obtížné
analyzovat změny v organismu a na základě statistických výsledků dojít k obecně platným
závěrům.
U vysokofrekvenčních a mikrovlnných polí jsou relativně nejvíce objasněny tzv.
tepelné účinky, tj. účinky, které se objeví jako výsledek ohřevu tkání vystavených vysokým
úrovním polí. Účinky elektromagnetického pole na centrální nervový systém, srdečně cévní,
krvetvorný a imunitní systémy se přisuzují tzv. netepelným účinkům, tj. déle trvajícím expozicím polí s relativně nízkou výkonovou úrovní. Ani tyto, ani genetické či karcinogenní účinky však zatím nebyly jednoznačně prokázány.→ hygienické normy 1.5 Co jsou tzv. hygienické normy EMC ? Vysvětlete základní termíny a pojmy Vyhlášky
ministerstva zdravotnictví č. 480/2000 Sb. Hygienických normách jsou předpisy , které přesně definují přípustné hodnoty elmg. Záření. Normy jsou celosvětově velmi odlišné. V České republice se této problematiky týká nově vydaná Vyhláška ministerstva zdravotnictví č. 480/2000 Sb, která stanovuje požadavky pro práci
a pobyt osob v elektromagnetickém poli v kmitočtovém rozsahu 0 Hz až 300 GHz, příp. pro
optické a laserové záření i do vyšších kmitočtů. Vyhláška požaduje, aby expozice osob
elektrickým či magnetickým polem a elektromagnetickým zářením v uvedeném rozsahu kmitočtů
byla omezena tak, aby proudová hustota indukovaná v těle, měrný výkon absorbovaný v těle ani
hustota zářivého toku elektromagnetické vlny dopadající na tělo nebo na jeho část nepřekročily
stanovené nejvyšší hodnoty. Vyhláška přitom rozlišuje největší přípustné velikosti ozáření u tzv.
„zaměstnanců“ (tj. pracovníků, kteří profesionálně pracují v blízkosti zdrojů elektromagnetického
záření) a u tzv. „ostatních osob“, tj. u běžného obyvatelstva.
1.6 Popište tzv. základní řetězec EMC a vyložte význam jeho jednotlivých částí. Uveďte
praktické příklady.
Tento řetězec rozlišuje hlavní tři složky:a) zdroje elektromagnetického rušení -zahrnuje zkoumání otázek vzniku rušení,
jeho charakteru a intenzity. Patří sem jednak tzv. přírodní (přirozené) zdroje rušivých signálů
(Slunce, kosmos, elektrické procesy v atmosféře apod.), jednak tzv. umělé zdroje rušení, tj.
zdroje vytvořené lidskou činností („man made noise“), k nimž patří nejrůznější technická zařízení
– zapalovací systémy, elektrické motory, výroba, přenos a distribuce elektrické energie, elektronická zařízení, elektronické sdělovací prostředky, tepelné a světelné spotřebiče apod.
b) elektromagnetické přenosové prostředí a vazby-způsob a cesty, kterými se energie ze zdroje dostává do objektů – přijímačů rušení.c) objekty či přijímačů rušení -zabývající se klasifikací typů a podrobnou specifikací rušivých účinků na základě analýzy konstrukčních a technologických parametrů zařízení a z toho plynoucí jejich elektromagnetickou odolností.
Každý systém či zařízení, nebo jeho určitá část, může být současně jak vysílačem (zdrojem),
tak i přijímačem elektromagnetického rušení. Přesto můžeme v praxi většinou označit
element méně citlivý na rušení a generující větší úroveň rušení jako zdroj rušicího signálu a naopak,citlivější element s menší úrovní generovaného rušení za přijímač rušivých signálů. V obou směrech jsou přitom zdroj a přijímač vázány mezi sebou parazitní elektromagnetickou vazbou.
1.7 Jak lze metodicky využít základní řetězec EMC při zkoumání kompatibility určitého
zařízení či systému ?Ve skutečném řetězci EMC se rovněž nikdy nejedná o působení jediného zdroje rušení
a jediného přijímače, ale řeší se vždy vzájemné vztahy více systémů vzájemně se všestranně
ovlivňujících. Přesto obvykle postupujeme tak, že jeden systém považujeme nejprve za systém
ovlivňující (zdroj rušení) a všechny ostatní za systémy ovlivňované (přijímače rušení). Pak tento
vybraný systém naopak považujeme za ovlivňovaný a hodnotíme důsledky jeho možných ovlivnění všemi ostatními systémy, které tvoří tzv. obklopující elektromagnetické prostředí. Souhrn jejich rušivého působení se ve zkoumaném systému může projevovat různými způsoby, počínaje zhoršením kvality systémových parametrů přes částečné nebo úplné omezení systémové funkce až k havarijním technologickým či bezpečnostním stavům.
Zkoumáme-li např. PC, musíme jej považovat za systém, jehož funkci mohou rušivě ovlivnit sousední systémy( za sítě, rádio) a zároveň za potenciální zdroj rušivých signálů pro jeho sousední systémy (rušení radia,rušení do sítě)
1.8 Objasněte členění EMC na dvě oblasti: EMI a EMS. Vysvětlete tyto pojmy, jejich obsah a
vzájemné souvislosti.
a) Elektromagnetická interference (EMI) -elektromagnetické
rušení je proces, při kterém se signál generovaný zdrojem rušení přenáší prostřednictvím
elektromagnetické vazby do rušených systémů. EMI se tedy zabývá především identifikací
zdrojů rušení, popisem a měřením rušivých signálů a identifikací parazitních přenosových
cest. Kompatibility celého systému se dosahuje technickými opatřeními především na straně zdrojů rušení a jejich přenosových cest. EMI se tak týká hlavně příčin rušení a jejich odstraňování.
b) Elektromagnetická susceptibilita či imunita (EMS) - neboli elektromagnetická citlivost (na rušení) či odolnost (vůči rušení) vyjadřuje schopnost zařízení a systému pracovat bez poruch nebo s přesně definovaným přípustným vlivem v prostředí, v němž se vyskytuje elektromagnetické rušení. EMS se tedy zabývá především technickými opatřeními, které zvyšují u objektu (přijímače rušení) jeho elektromagnetickou imunitu, tedy jeho odolnost proti vlivu rušivých signálů. EMS se tak týká spíše odstraňování důsledků rušení, bez odstraňování jejich příčin.
Obě tyto základní oblasti EMC v sobě zahrnují celou řadu společných kroků a nezbytných
postupů. Velmi důležitou oblastí je měření elektromagnetické interference, především měření
rušivých signálů a jejich identifikace. Kromě měření rušení se v současné době rychle rozvíjí i oblast testování elektromagnetické odolnosti objektů pomocí tzv. simulátorů rušení (EMC simulátory). Stále rozsáhlejší je i oblast počítačové simulace a modelování EMS i EMI, využívající rozsáhlých softwarových produktů mnoha firem.
1.9 Vysvětlete obsah a význam některých základních pojmů EMC: úroveň a mez vyzařování,
úroveň a mez odolnosti, rezerva návrhu zařízení, rezerva EMC, kompatibilní úroveň. Jejich
vzájemné vztahy objasněte náčrtkem.Úroveň vyzařování je rušení generované samotným konkrétním spotřebičem či zařízením,
měřené předepsaným způsobem a vyjádřené např. v [dBm] v závislosti na kmitočtu.
Mez vyzařování je maximální přípustná (tj. normou povolená) úroveň vyzařování daného zařízení.Rozdíl těchto úrovní vyjadřuje tzv. rezervu návrhu daného zařízení z hlediska EMI.
Úroveň odolnosti je maximální úroveň rušení působícího na dané zařízení, při němž ještě
nedojde ke zhoršení jeho provozu, a mez odolnosti je nejnižší normou požadovaná úroveň odolnosti zařízení. Rozdíl těchto úrovní udává rezervu návrhu zařízení z hlediska jeho odolnosti.Rozdíl mezí odolnosti a vyzařování
určuje tzv. rezervu EMC daného zařízení. Norma zavádí rovněž pojem tzv.kompatibilní úrovně ,jako maximální předepsané úrovně celkového rušení, o němž se
předpokládá, že bude ovlivňovat přístroje či zařízení provozované v určitých podmínkách. Rozdíly mezí vyzařování a odolnosti vůči této kompatibilní úrovni určují rezervu (rozpětí) vyzařování a rezervu (rozpětí) odolnosti.
2.1 Popište základní zdroje rušivých signálů a jejich členění podle různých hledisek. Definujte
a charakterizujte jednotlivé skupiny těchto zdrojů. Uveďte příklady jednotlivých kategorií a
jejich typické představitele.
Interferenční zdroje:1) a) přírodní (přirozené) b) umělé (technické)-zdroje vzniklé lidskou technickou činností.
2) a)funkční -Takové interferenční zdroje, které jsou základem funkce jednoho systému (např. sdělovací signály vysílačů) a přitom mohou ovlivnit základní funkce jiného systému a být tedy vůči němu rušivé.
b)nefunkční (parazitní)- Zdroje,které při svém provozu produkují parazitní (nežádoucí) rušivá napětí či pole3) a) impulsní-má charakter časové posloupnosti jednotlivých impulzů nebo přechodných jevů.
b)spojité-nemůže být považováno za posloupnost oddělených jevů a působí kontinuálně (nepřetržitě) na rušené zařízení. c)kvazi-impulzní
4) a)úzkopásmové-představují zejména „užitečné“ signály rozhlasových a televizních vysílačů, charakter
b)širokopásmové-většina tzv. průmyslových rušivých signálů, ať již mají časový průběh spojitý, impulzní či kvazi-impulzní. Rovněž všechna přírodní rušení jsou svou podstatou širokopásmová. 5) a)nízkofrekvenční energetické-působí na napájecí energetickou soustavu v pásmu kmitočtů od nuly do 2 kHz a způsobuje hlavně zkreslení (deformaci) napájecího napětí a odebíraného proudu energetických sítí. Zdrojem energetického rušení je obecně každá nelineární zátěž napájecí sítě způsobující deformaci odebíraného proudu. b)nízkofrekvenční akustické- působí v pásmu do 10 kHz, kde negativně ovlivňuje funkci přenosových informačních systémů jako jsou telefony, rozhlas, měřicí a řídicí zařízení, komunikační a informační soustavy apod. Toto rušení generují prakticky všechny energetickézdroje, dále systémy číslicového přenosu dat, radary apod.
c), vysokofrekvenční (rádiové)- pásmu od 10 kHz do 400 GHz. Ke zdrojům rádiového rušení patří prakticky všechny existující interferenční zdroje, neboť jejich rušivé signály sahají prakticky vždy až do těchto kmitočtových oblastí.
6) Z obecného hlediska se z každého interferenčního zdroje šíří rušivý signál jak vyzařováním (prostorem), tak i po napájecích či sdělovacích vedeních. U různých zdrojů rušení však obvyklejeden z těchto způsobů šíření převažuje.a)zdroje rušení vedenímb)zdroje rušení vyzařováním2.2 Definujte základní charakteristiky mžikových (impulzních) poruch, definujte základní
vzájemné rozlišení spojitých a nespojitých poruch z hlediska EMC. Nakreslete
charakteristické časové průběhy a uveďte jejich základní kvantitativní parametry.Impulsní porucha má dobou trvání ne delší než 200 ms, která je oddělena od následující mžikové poruchy nejméně o 200 ms. Porucha může skládat z nepřerušené řady impulzů (obr. 2.2.a) nebo být tvořena seskupením jednotlivých impulzů kratších než 200 ms s celkovou dobou od počátku prvního do konce posledního impulzu kratší než 200 ms (obr. 2.2.b). 200 ms .
200 ms .
Rušivé elektromagnetické signály, jejich zdroje a měřicí jednotky
2.3 Charakterizujte průmyslové zdroje rušení a uveďte jejich typické příklady a průběhy rušivých signálů v síťovém napájecím napětí.
Jsou zdroje, které generují rušivé signály, jejichž spektrum má charakter širokopásmového rušení, ať již mají časový průběh spojitý, impulzní či kvazi-impulzní.
Harmonické složky, které vytváří generátor síťového napětí vyvolávají na nelineárních impedancích sítě (např. na transformátorech s nelineární magnetickou charakteristikou) vznik dalších harmonických (rušivých) složek.
Největšími průmyslovými zdroji tohoto rušení jsou řízené polovodičové měniče velkých výkonů, které produkují v napájecí síti harmonické kmitočty až do 30 MHz.
2.4 Popište časové průběhy rušivého napětí a mechanismy jeho vzniku při rozpínání a spínání obvodů s ndukčností. Jak lze tato rušivá napětí odstranit, příp. omezit ?
V napájecích energetických sítích se vyskytuje řada přechodových jevů (a tím i rušivých napětí) spojených se spínacími nebo rozpínacími pochody mechanických či elektrických spínačů. V sítích vysokého a velmi vysokého napětí dochází k vysokofrekvenčním oscilacím při zapínání vlivem kapacity a indukčnosti spínaných vedení. Tlumené oscilace s kmitočtem do několika MHz dosahují velikosti několika tisíc V a trvají obvykle pět- až desetinásobek doby své periody. Pro svůj vysoký kmitočet se tyto oscilace kapacitními vazbami snadno šíří až do sítí nízkého napětí.
Další typ rušení vzniká v napájecích sítích nízkého napětí při činnosti stykačů a jističů, případně mechanických relé. Při přechodovém jevu rozpojování obvodu obsahujícího indukčnost dochází v okamžiku rozpojení kontaktů k rychlé změně (přerušení) proudu di/dt a tím vzniku vysokého rušivého napětí u = – L · di / dt , které leží prakticky celé mezi oběma kontakty spínače. Mezi kontakty tak vznikne obloukový výboj a napětí na kontaktech klesne skokem k nule. Tím výboj zhasne a mezi kontakty opět začíná narůstat napětí. Pokud jeho velikost opět překročí průraznou pevnost vzduchu mezi vzdalujícími se kontakty spínače (to záleží na velikosti rozpojovaného napětí, na rychlosti vzdalování se kontaktů spínače i na velikosti indukčnosti obvodu), oblouk mezi kontakty se opět zapálí a celý děj se může několikrát opakovat. Na rozpojovaných kontaktech tak vznikají velmi strmé impulzy s krátkou náběžnou hranou jen několika ns, ale s napětím až několika kV. Vznikající pilovitý průběh napětí, uvedený na dvou oscilogramech na obr. 2.5, se opakuje s kmitočtem několika kHz, až při dostatečně otevřených kontaktech spínače se ustálí na provozní hodnotě odpojovaného napětí v obvodu.
Podobné procesy vznikají rovněž při spínání obvodů obsahujících indukčnost. Opět zde dochází k opakovanému vzniku obloukového výboje mezi přibližujícími se kontakty spínače a tím ke vzniku přepěťového přechodného jevu pilovitého průběhu. Vzhledem k odlišným počátečním podmínkám je však velikost vznikajících impulzů menší. Pro rychle po sobě jdoucí ostré impulzní poruchy generované ve skupinách po větších časových intervalech (např. při každém rozpojení a spojení stykače) se v angličtině používá výstižný název „burst“.
Přepěťové impulzy lze odstranit, zajistíme-li pomalejší nárůst napětí mezi kontakty spínače, aby jeho velikost nepřesáhla ani při ne zcela rozevřených kontaktech průraznou pevnost vzduchu. Toho lze dosáhnout např. překlenutím kontaktů sériovým obvodem RC. Tato kombinace má však pro střídavý proud konečnou impedanci, takže odpojení zařízení od sítě není dokonalé. To bývá na závadu z bezpečnostních důvodů. Uvedené rušení se dá rovněž omezit použitím standardních přepěťových ochran – diod a varistorů (kap. 4), příp. užitím bezkontaktních elektronických spínačů, např. tyristorů či triaků – avšak za cenu vzniku jiných rušivých jevů.
2.5 Charakterizujte mechanismy vzniku výbojů na energetických vedeních. Popište vzájemné
rozdíly charakteristik koronových a kapacitních výbojů a popište možnosti jejich omezení.
Další typ rušení, které souvisí se spínacími pochody, vzniká v usměrňovačích diodového typu a zejména v systémech tyristorového řízení výkonových průmyslových zařízení, např. tramvají, trolejbusů, lokomotiv, ale i při tyristorové regulaci otáček velkých motorů, např. u výtahů a podobných zařízení. Při činnosti těchto obvodů a zařízení jsou opakovaně spínány velké proudy, takže zde vzanikají rušivá napětí v podobě periodicky se pakujících impulzů, které značně deformují průběh napájecího napětí a jejichž kmitočtové spektrum sahá do desítek MHz. Jsou-li tyto usměrňovače a tyristorové spínače, regulátory či měniče připojeny k energetické napájecí síti přímo bez patřičné filtrace, příp. bez přepěťových ochran, deformují svými výstupními průběhy síťové napětí do té míry, že mohou způsobit celoplošné výpadky energetické sítě. Oscilogramy některých těchto deformací jsou na obr. 2.6.
Dalším zdrojem poruch mohou být tzv. spínané síťové zdroje, u nichž se síťové napětí 50 Hz transformuje na požadované (obvykle nižší) stejnosměrné napětí prostřednictvím pomocného harmonického napětí s kmitočtem řádu až stovek kHz. Tím se výrazně zmenší rozměry potřebných transformátorů a zvýší se účinnost celého zdroje, což je ovšem zaplaceno výrazným vyzařováním širokého spektra rušivých kmitočtů, které se navíc mění se změnami odběru v důsledku regulace výstupního napětí pulzní šířkovou modulací. Tyto napájecí zdroje se používají hlavně pro napájení počítačů, ale i řady dalších zařízení spotřební elektroniky.
Značně silné rušicí účinky vykazují venkovní energetická vedení vn a vvn. Patří k těm zdrojům rušení, která se obtížně vyhledávají a ještě obtížněji odstraňují. Produkované rušivé spektrum sahá od několika kHz až k 1000 MHz, takže může negativně ovlivnit provoz prakticky jakékoli radiokomunikační služby. Zdrojem rušivých signálů
Vloženo: 28.05.2009
Velikost: 28,20 MB
Komentáře
Tento materiál neobsahuje žádné komentáře.
Copyright 2024 unium.cz