Přednášky- prezentace

cky nevznikne. * Mnohonásobné odrazy na stěnách stíněné komory tj.sm = 12 dB. Praktické experi-menty ukazují, že skutečné hod-noty sm obvykle nepřesahují ve-likost cca 20 dB. Rušivé vyzařování se od zkoušeného objektu šíří všemi směry, tak-že vlnění přichází k měřicí anténě po mnoha odrazech od stěn komory po různých dráhách, a tedy s různými fázovými posuvy. Jejich vekto-rovým součtem vzniká v místě antény výsledné pole. Tímto mnoho-cestným šířením vlivem odrazů uvnitř komory vzniká neurčitost měře-ní daná podílem největší a nej- menší možné velikosti výsled- ného pole v místě měřicí antény: * Bezodrazové (absorpční) stíněné prostory představují ideální prostorové řešení pro anténní měření EMC. Bezodrazový (absorpční) prostor je elektromagneticky stíněný prostor potřebných rozměrů (půdorysně je opět třeba zajistit eliptickou měřicí plochu pro měřicí vzdálenost D = 3, 10 nebo 30 m), jehož vnitřní stěny (včetně stropu a mnohdy i podlahy) jsou navíc obloženy elektromagneticky absorpčním (pohlcujícím) mate-riálem, který značně omezuje vnitřní odrazy v komoře v širokém pásmu kmitočtů. Komora tedy musí být
elektromagneticky stíněná pro účinné potlačení (zeslabení) vnějších rušivých signálů,
bezodrazová pro zajištění měřicích podmínek stejných jako ve volném prostoru, tedy pro zamezení vzniku vnitřních odrazů elektromagnetických vln a vlastní rezonanci stíněného prostoru. * Bezodrazová stěna z materiálu o impedanci volného prostoru    Salisburyho stínění NEVHODNÉ  NELZE POUŽÍT * Realizace bezodrazové stěny ze ztrátového vedení nakrátko Podélně nehomogenní vedení: na počátku vedení (x = 0) je Z0V » Z0 a a » 0
na konci vedení (x = l ) je Z0Vmin » 0 a amax * Absorpční materiály pro obložení stěn bezodrazových komor mění energii dopadající vlny na teplo s využitím buď dielektrických nebo magnetických ztrát. Většinou se dává přednost dielektrickým ztrátovým materiálům, neboť magnetické materiály jsou příliš těžké a také drahé. Použitá ztrátová dielektrika mají nízké hodnoty relativní permitivity er , aby se svými dielektrickými (nikoli ztrátovými !) vlastnostmi blížila vlastnostem vzduchu. Používají se proto různé tvrzené pěnové mate-riály z polystyrénu, polypropylénu či polyuretanu, které se sytí elektro-vodivými či grafitovými plnidly. Stupněm tohoto sycení lze účinně regulovat ztrátové parametry výsledného materiálu.
Dalšími výhodami těchto materiálů je nízká hmotnost, snadná me-chanická opracovatelnost a snadné spojování lepením. Materiály lze obvykle použít do poměrně vysokých teplot (90 ÷ 160 °C), a tím pro po-hlcování vysokých intenzit elektrického pole (až 200 V/m), příp. vysokých hustot výkonu (až 100 W/m2). Materiály jsou většinou nevznětlivé, tj. v případě požáru jen doutnají, ale nehoří plamenem. dielektrické materiály vrs- tev mají nízké hodnoty permitivity e 1 < e 2 < e 3
ztrátové činitele vrstev ma-jí poměrně vysoké hodnoty tg d1 < tg d2 < tg d3 * Absorbér s plochou vrstevnatou strukturou vrstvy 1 a 2 realizují impedanční přizpůsobení celého absorbéru k impe-danci volného prostoru Z0 , ve vrstvě 3 zakončené vodivou stěnou se absorbuje většina energie dopadající elektromagnetické vlny
desky se vyrábějí jako čtvercové panely s rozměrem 610 x 610 mm, počet dielektrických vrstev bývá 3 až 5, celková tloušťka obkladu závisí na nejnižším kmitočtu, od něhož má působit: pro GHz kmitočtová pásma postačí tloušťka jednotek cm, pro kmitočty od cca 150 MHz musí být celý obklad tlustý aspoň 50 cm. Stejně se realizují i absorbéry využívající magnetických ztrát. Vrstvy jsou zhotoveny z feritu, který představuje pro vf. elektromagnetické pole vysoce ztrátový materiál. Relativní permitivita feritu je poměrně vysoká (10 ÷ 20), díky vysoké permeabilitě může být charakteristická impedance feritového prostředí Z0V = (m/e)1/2 srovnatelná s impedancí volného prostoru Z0V = 377 Ω. Feritové absorpční vrstvy mohou proto mít pod-statně menší tloušťku, než „klasické“ dielektrické absorbéry. Nevý-hodami feritových absorpčních desek je vysoká hmotnost a velmi vysoká cena, která činí až 1200 dolarů za 1 m2. * Pyramidální absorbéry Obkladové absorpční prvky mají tvar jehlanů či kuželů zhotovených z poly-styrenu či polyuretanu s grafitovou impregnací. Dnes nejpoužívanější. Výška jehlanů má být minimálně l/4 na nejnižším pracovním kmitočtu. Pro kmitočet 30 MHz tento požadavek znamená výšku 2,5 m, pro mini-mální kmitočet 100 MHz je potřebná výška jehlanů stále značná 75 cm. Rozšiřující se průřez jehlanů realizuje impedanční transformátor, který pře-vádí impedanci vzduchu na „špičkách“ jehlanů na nízkou impedanci prostoru zaplněného absorbérem v zadní části jehlanů. Rovněž se postupně zvyšují ztráty absorpčního obkladu, takže nej-větší pohlcení energie dopadající vlny nastává až v zadní části absorbéru. * Útlum odrazem RL [dB] (Return Loss) kvantitativně charakteri-zuje bezodrazovost absorbéru (ať již plošného či pyramidálního). RL je někdy označován jako reflektivita. Konstrukce, rozměry a absorpční vlastnosti širokopásmového
pyramidálního absorbéru pro kmitočtové pásmo 80 MHz až 40 GHz * Vlna odražená od povrchu absorbérů se vrací zpět do vnitřního prostoru komory až po několika dalších částečných odrazech. Protože při každém odrazu se část energie vlny absorbuje a jen část se odrazí, je celková energie odražené vlny po vícenásobném odrazu výrazně menší. Počet dílčích odrazů závisí na vrcholovém úhlu jehlanů, který se obvykle pohybuje kolem 25°. Tímto mechanismem se tak dále zlepšují bezodrazové vlastnosti celého absorbéru. Interiér částečně bezodrazové komory Částečně bezodrazová hala (Semi-anechoic Room) je taková, v níž jsou absorpčním materiálem obloženy všechny stěny a strop, nikoli však podlaha. Hala tak simu-luje volné měřicí prostranství včetně odrazů od zemní roviny.
Plně bezodrazová hala (Ane-choic Room) je absorpčním mate-riálem obložena úplně, tj. jsou oblo-ženy všechny stěny, strop i podlaha. Hala tak simuluje volný, nijak ne-omezený prostor. * Bezodrazové absorpční komory (haly) Nevýhody absorpčních hal: Interiér částečně bezodrazové komory ve VTÚPV ve Vyškově Velmi vysoká cena daná zejména pořizovací cenou absorpčních obkla-dů: cena 1 m2 širokopásmového py-ramidálního obkladového absorpční-ho materiálu činí 30 ÷ 350 dolarů podle velikosti jehlanů.
Velký potřebný objem (velké roz-měry) ve srovnání s objemem „pou-hých“ stíněných komor či volných prostranství. To je dáno především potřebnou výškou absorpčních jehla-nů pro požadované kmitočtové pás-mo měření v komoře. Interiér plně bezodrazové komory Elliott Labs (UK) * Přístroje pro měření rušení Měřič rušení (měřicí přijímač, RFI Meter) je koncipován jako spe-ciální selektivní mikrovoltmetr pracující na superheterodynním principu. Jeho základní vlastnosti jsou určeny normou ČSN CISPR 16-1:
možnost spojitého přelaďování v širokém kmitočtovém rozsahu minimál-ně 9 kHz až 1000 MHz, s budoucím výhledem k vyšším pásmům;
vysoká citlivost a nízký vlastní šum pro možnost měřit i nízké úrovně rušivých napětí;
velký dynamický rozsah (větší než 40 dB) a vysoká přebuditelnost umožňující v lineárním režimu měřit i vysoké úrovně rušivých napětí;
různé typy detektorů pro různé způsoby vyhodnocení rušivých napětí v souladu s normami EMC;
výstupy, příp. obvody pro zvukovou a obrazovou analýzu a monitorování měřených signálů;
kvalitní elmag. stínění celého měřiče i jeho dílčích bloků pro dosažení jeho vysoké elmag. odolnosti vůči vlastnímu i vnějšímu rušení. * Blokové schéma moderního měřiče rušení Avf. dělič napětí (atenuátor)F1 vf. preselektor
SMsměšovačMO místní oscilátor
F2mf. pásmový filtr Z vícestupňový mf. zesilovač
DAM/FM demodulátorI indikátor (μV-metr)
Gkalibrační generátor * Druhy měřičů rušení 
kombinace obou spektrální analyzátor vybave-ný vstupním vf. preselektorem pro práci na diskrétních kmi-točtech s parametry plnohod-notného měřicího přijímače. Speciální měřicí přijímače
Spektrální analyzátory měřicí přijímač s rozmítáním kmitočtu a přesným zobraze-ním kmitočtového spektra, * Úzkopásmové a širokopásmové rušivé signály Šířka pásma měřičů rušení předepsaná normou ČSN-CISPR 16-1 jsou vymezeny vůči šířce mezifrekvenčního propustného pásma měřiče rušení. * Měřicí přijímače EMI nemají zavedeno automatické vyrovnávání citlivosti (AVC), neboť by tím byla narušena linearita měření. Přitom přebuditelnost přijímače v lineárním režimu musí být vysoká (větší než 40 dB), aby bylo možné měřit signály v širokém rozmezí jejich velikostí. Tuto vysokou přebuditelnost lze dosáhnout pouze s použitím vstupního laděného preselektoru F1 , příp. vstupního laděného předzesilovače. B1 a B2 jsou šířky propustných pásem vf. preselektoru F1 a mf. pásmo-vého filtru F2 . Pro dosažení (indikování) určité velikosti výstupního napětí U2 musí být napětí U1 vyšší aspoň o tuto hodnotu ΔU. Při Bsign > BF je velikost napětí na výstupu filtru úměrná šířce jeho pásma propustnosti Uvýst ~ BF . Vzájemný odstup napětí U1 na výstupu preselektoru F1 a napětí U2 na výstupu mezifrekvenčního pásmového filtru F2 je Detektory měřicích přijímačů EMI * špičkový detektor (detektor vrcholové hodnoty)
kvazi-špičkový detektor
detektor střední hodnoty (průměrující detektor)
detektor efektivní hodnoty (RMS detektor) Špičkový detektor P (detektor vrcholové hodnoty, Peak detector): výstupní napětí je rovno maximální velikosti vstupního napětí (maximální hodnotě obálky napětí na mezifrekvenčním výstupu měřiče rušení). Špičkový detektor má velmi krátkou (nulovou) nabíjecí časovou konstantu a velmi dlouhou (nekonečnou) vybíjecí konstantu. Detektor reaguje rychle na růst velikosti obálky mf. signálu a udržuje na výstupu její maximální dosaženou hodnotu. Výstupní napětí špičkového detektoru závisí jen na velikosti vstupního napětí a není ovlivněno opakovacím kmitočtem ruši-vých impulzů. Měření se špičkovým detektorem se používá jako rychlé počáteční přehledové měření rušivých signálů v pásmu kmitočtů. * Kvazi-špičkový detektor QP (Quasi-Peak detector): výstupní napětí je úměrné napěťově-časové ploše obálky vstupního signálu a je určeno jak velikostí, tak i opakovacím kmitočtem vstupních impulzů rušivého napětí. Hodnota kvazi-špičkově detekovaného napětí simuluje vnímání lidským sluchem akustických efektů při impulzním rušení např. rozhlasového přijí-mače. Velikost výstupního napětí UQP kvazi-špičkového detektoru je vždy menší než špičková (vrcholová) hodnota UP a měření s QP detektorem je „pomalejší“ (musí trvat delší dobu) než měření se špičkovým detektorem. * Časové konstanty kvazi-špičkového detektoru dle ČSN CISPR 16 * Detektor střední hodnoty AV (průměrující detektor, Average detector): výstupní napětí je rovno aritmetické střední hodnotě obálky vstupního (rušivého) mezifrekvenčního napětí umf ( t ). Napětí na kondenzátoru C1 sleduje velikost obálky vstupního signálu. Toto napětí je dále „vyhlazeno“ filtračním členem R2C2 a výstupní napětí detektoru na kondenzátoru C2 se ustálí na aritmetické střední hodnotě obálky vstupního signálu. Detektor střední hodnoty se užívá především k měření úzkopásmových rušivých signálů a není příliš vhodný pro měření impulzního širokopásmového rušení. Detektor efektivní hodnoty (RMS detektor, Root-Mean-Square detector) nemá v měřicí technice EMC velký význam. Přestože norma ČSN CISPR 16 specifikuje parametry měřicího přijímače s tímto detektorem a některé měřiče rušení jej skutečně obsahují, prakticky žádná z norem EMC nevyjadřuje povolené meze vyzařování v efektivních hodnotách rušivých signálů. RMS detektor využívá detekční prvky s kvadratickou charakteristikou a jeho výstupní napětí je úměrné výkonu měřeného signálu. * * Výstupní odezvy různých druhů detektorů na rušivé signály s impulzní obdélníkovou obálkou o různé opakovací frekvenci Odezva P detektoru je na opakovacím kmitočtu nezávislá a je určena vý-hradně velikostí impulzní obálky rušivého signálu. Odezva AV detektoru roste lineárně s rostoucí opakovací frekvencí impulzů. Odezva QP detektoru neroste lineárně s rostoucím opakovacím kmitočtem, ale podle tzv. váhové funkce QP detektoru, tj. podle „nastavení“ jeho nabí-jecích a vybíjecích časových konstant v souladu s příslušnou normou. * Civilní normy EMC předepisují meze vyzařování, příp. rušení v kvazi-špičkových nebo středních hodnotách rušivých signálů. Měření se špič-kovým detektorem používají zejména vojenské normy EMC , které se snaží zachytit absolutně nejvyšší hodnoty vyzařovaných rušivých signálů. Vzhledem k tomu, že UP > UQP > UAV a že odezva špičkového detektoru je vždy časově nejrychlejší, doporučuje se i při měření podle civilních norem EMC provést první měření s detektorem vrcholové hodnoty. Jsou-li změřené hodnoty UP menší než povolené meze vyzařování (udané v kvazi-špičkových či středních hodnotách), není nutno měření s dalšími typy detektorů již provádět. Naměřené hodnoty UQP , příp. UAV by těmto mezím totiž rovněž určitě vyhověly.
Přesáhnou-li na některých kmitočtech naměřené hodnoty UP povolené kvazi-špičkové či střední meze vyzařování, je nutno použít kvazi-špičkový detek-tor, příp. detektor střední hodnoty k posouzení, zda hodnoty UQP , příp. UAV rušivého signálu vyhoví těmto mezím. Tato měření jsou však časově ná-ročná a jejich provedení může trvat až několik desítek minut.
* ELEKTROMAGNETICKÁ ODOLNOST
A JEJÍ TESTOVÁNÍ Celková elektromagnetická odolnost interní EM odolnost externí EM odolnost odolnost systému vůči rušivým zdrojům nacházejícím se uvnitř vlastního systému odolnost systému vůči vnějším zdrojům elektromagnetického rušení Rozlehlé (distribuované) systémy – jednotlivé části systému jsou od sebe navzájem geograficky vzdálené.
Lokální (místní) systémy – jednotlivé části systému jsou dislokovány v rámci jednoho místního areálu, budovy či místnosti.
Systémy přístrojového typu – individuální kompaktní celky. * Externí elektromagnetická odolnost (imunita): Interní elektromagnetická odolnost přístroje závisí na:
obvodovém řešení a rozložení elektronických prvků;
návrhu desek plošných spojů, uspořádání spojů a kabeláži;
typu napájení, rozložení napájecích a signálových bloků přístroje;
návrhu a provedení vnitřního stínění a zemnění;
volbě a konstrukci stykových prvků k vnějším systémům. velké množství potenciálně možných zdrojů rušení,
uvažují se jen nejpravděpodobnější a potenciálně nejnebezpečnější zdroje rušení,
mez externí odolnosti se stanovuje pro každý vybraný typ rušení zvlášť. * Celková elektromagnetická odolnost externí   interní Interní elektromagnetická odolnost systému je závislá na interní odolnosti jeho dílčích subsystémů.
Výsledná interní elektromagnetická odolnost systému je urče-na elektromagnetickou odolností jeho „nejslabšího článku“, tj. subsystému s nejnižší vlastní elektromagnetickou odolností.
Výsledná externí elektromagnetická odolnost systému může záviset na jeho interní elektromagnetické odolnosti, neboť zde může docházet k negativnímu skládání různých rušivých vlivů, a tím ke snižování celkové odolnosti systému. * Kritéria elektromagnetické odolnosti Kvantitativní mez odolnosti – dosažení určité hodnoty (určitých hodnot) vybrané měřené veličiny (veličin).
Kvalitativní (funkční) kritérium EM odolnosti – posou-zení změny provozního stavu či ovlivnění funkčnosti zařízení. jakožto definované meze narušení funkcí technického zařízení či systému. * Tři základní funkční kritéria: Funkční kritérium A–není dovoleno žádné zhoršení čin-nosti zařízení či ztráta jeho funkce během zkoušky ani po ukončení zkoušky.
Funkční kritérium B–je dovoleno zhoršení činnosti zaří-zení během zkoušky, ne však změna provozního stavu zaří-zení ani změna dat v paměti. Po skončení zkoušky není do-voleno žádné zhoršení činnosti zařízení či ztráta jeho funkce.
Funkční kritérium C–je dovolena dočasná ztráta funkce zařízení, pokud se po skončení zkoušky odolnosti obnoví sama nebo může být obnovena řídicím systémem či zásahem operátora dle návodu k použití zařízení. * Metodika zkoušek elektromagnetické odolnosti Stanovení rušivých elektromagnetických vlivů, které mohou vy-šetřované zařízení v daných pracovních podmínkách ovlivňovat.
Určení možných bran vstupu rušivých signálů do zařízení.
Stanovení kategorie požadované odolnosti zkoušeného zařízení.
Definice přípustných rušivých účinků pro zkoušené zařízení.

Simulace rušivých signálů, vazba do zkoušenému objektu.
Provedení vlastních zkoušek a testů dle specifikace.
Dílčí vyhodnocení po každé zkoušce.
Vypracování dokumentace o provedených zkouškách. * Základní druhy rušivých elmag. vlivů nízkofrekvenční rušení v napájecí rozvodné síti nízkého napětí,
přechodné (transientní) jevy a vysokofrekvenční rušení,
elektrostatické výboje (nízkoenergetické a vysokoenergetické),
magnetická rušení,
rušení vyzařovaným elektromagnetickým polem. jsou odvozeny ze skutečných elektromagnetických jevů v prostředí, v němž je dané zařízení provozováno * Vstupy rušivých signálů do zkoušeného zařízení ZAŘÍZENÍ ZKOUŠENÉ I I kryt přístroje I I zemnicí svorky _ _ _ svorky střídavé sítě _ _ _ svorky stejnosměrné sítě _ _ _ signálové svorky _ _ _ řídicí svorky Zkoušky jsou předepsány pro každý zjištěný vstup zařízení;
Zkoušky se provádějí na těch vstupech, které jsou během nor-mální činnosti zařízení přístupné;
Zkoušky na jednotlivých vstupech se provádějí v libovolném po-řadí a vždy jako samostatné. * Kategorie požadované odolnosti Úroveň odolnosti 1:běžné prostředí s nízkou úrovní rušení, příp. dobře chráněné prostředí, v němž lze užívat citlivé přístroje;
Úroveň odolnosti 2:prostředí s mírnou úrovní rušení, příp. částečně chráněné prostředí (domácnosti, obchody, kanceláře);
Úroveň odolnosti 3:náročné prostředí s vysokou úrovní rušení, tj. typické průmyslové prostředí;
Úroveň odolnosti 4:speciální prostředí s velmi vysokou úrovní rušení, příp. nechráněné průmyslové prostředí (těžký průmysl, elektrárny, rozvody). jsou mezinárodně standardizovány normami řady IEC 1000-4, příp. ČSN EN 61000-4 pro typická elektrotechnická prostředí: * Zkušební signály pro zkoušky elektromagnetické odolnosti Úzkopásmový periodický
zkušební signál * Širokopásmový periodický
zkušební signál * Úzkopásmový neperiodický
zkušební signál * Širokopásmový neperiodický
zkušební signál * Přehled zkoušek elektromagnetické odolnosti Zkušební signál
podle normy Principiální zapojení Časový průběh zkušebního signálu Parametry zkušebního signálu
Harmonické a meziharmonické síťového napětí energetické sítě
 
ČSN EN 61000-4-7 f1 = 1/T1 = 50 Hz
kmitočet sítě
 
fn = 1/Tn
kmitočet n-té
harmonické složky
n = 2, 3, 4, …, 40 1 * Zkušební signál
podle normy Principiální zapojení Časový průběh zkušebního signálu Parametry zkušebního signálu
Krátkodobé poklesy, krátká přerušení síťového napětí
ČSN EN 61000-4-11 Pokles napětí
ΔU = 30 %, 60 %.UN
ΔU = 100 %.UN
Doba trvání (počet period)
0,5, 1, 5, 10, 25, 50 2
Rázový impulz napětí / proudu 100 / 1300 μs
IEC 1000-4 Tr = 100 μs
τ = 1300 μs
ΔU = 1,3.Um
3 * Zkušební signál
podle normy Principiální zapojení Časový průběh zkušebního signálu Parametry zkušebního signálu
Vysokoenergetický rázový impulz napětí 1,2 / 50 μs a proudu 8 / 20 μs
ČSN EN 61000-4-5
Um = 0,25 …. 4 kV
Tr = 1,2 μs
τ = 50 μs
I