Az elektromágneses összeférhetőség vagy az EMC (angolul: elektromágneses összeférhetőség vagy EMC ) egy elektromos vagy elektronikus eszköz vagy rendszer azon képessége , hogy rendeltetésszerűen működjön abban az elektromágneses környezetben , amelyre az eszközt tervezték, anélkül, hogy elviselhetetlen elektromágneses zavarokat okozna.
A jó elektromágneses kompatibilitás a "jó elektromágneses szomszédság" állapotát írja le:
A különféle előírások előírják az elektromágneses kompatibilitás szintjének betartását ( európai irányelvek , az Egyesült Államok FCC- je stb.). Ezen előírások alátámasztására a szabványok kidolgozták a zavarok értékelésének módszereit, valamint a zavar szintjének határértékeit , amelyeket az adott környezetben nem szabad túllépni vagy tolerálni.
Az elektromágneses összeférhetőség nem érinti az elektromágneses mezők biológiai és környezeti hatásait .
Elektromágneses jelenség, amely funkcionális zavarokat okozhat egy eszközben, készülékben vagy rendszerben, vagy hátrányosan befolyásolhatja az élő vagy inert anyagokat. Az elektromágneses zavar lehet zaj, nem kívánt jel vagy maga a terjedési közeg módosítása.
A legtöbb elektromos és elektronikus berendezés elektromágneses tereket generál , amelyek érzékelhetőek a környezetükben; ezek a területek valódi szennyezést okoznak, ami néha megzavarja más berendezések működését.
Mivel az kompatibilitást mindkét irányban biztosítani kell, kétféle jelenség meghatározására késztetjük:
Elektromágneses összeférhetetlenség esetén ezt a három elemet kell figyelembe venni:
Ha ezen elemek közül legalább egy hiányzik, a CEM visszaáll.
A "forrás / csatolás / áldozat" modell konfigurációja attól függ, hogy milyen skálán nézik:
Ez a fajta bomlás nem határozatlan: mindig végső forrásokhoz (funkcionális jelekhez, természeti vagy szándékos jelenségekhez) jutunk. Ugyanez az áldozatoknak.
Az eszköz viselkedésének a többitől független jellemzése érdekében a tengelykapcsolókat szükségszerűen két részcsatolásra bontják: forrás / környezet és környezet / áldozat, ezért a szabványok különböző típusú környezeteket hívnak fel. Lakossági, könnyű kereskedelmi vagy ipari a legtöbb esetben a civil szektorban.
A tengelykapcsolókat két kategóriába sorolják:
A kettő közötti határnak önkényes eleme van, bizonyos szabványok bizonyos tengelykapcsolókat elektromos vagy mágneses tér alapján osztályoznak (de nem mindet ...) a „vezetés” mezőben.
Sőt, a sugárzással történő kapcsolások esetében a szabványok megkülönböztetik a közeli és a távoli mezőket is: Az elektromágneses zavarok forrása kezdetben gyakran elektromos teret vagy mágneses teret hoz létre. De ettől a forrástól egy bizonyos távolságban a megfigyelt hullám "sík" elektromágneses hullám lesz (más néven "távoli"), egy H mező és egy E mező kombinációja, az E / H arány = 120 π (≈377 Ω). Ez a távolság a hullámhossz nagyságrendjében van. Így magas frekvenciák esetén mindig lesz síkhullámunk, amint egy kicsit eltávolodunk a forrástól.
A szabvány megkövetelheti az E mező, a H mező vagy a síkhullám (vagy távoli mező) érzékenységi tesztjét. A szabványok síkhullám-teszteket követelnek meg a legmagasabb frekvenciákon, mivel a magas frekvenciák esetében a gyakorlatban mindig lesz egy "sík" hullámunk.
Ezek a zavarok főleg a következőkből származnak:
Általánosságban, a szabályozásokban az eszköz immunitásának elegendőnek kell lennie ahhoz, hogy az ilyen típusú zavarnak való kitettség során elkerülhető legyen a specifikáción felüli funkcióromlás.
Átmeneti zavarokEzek elsősorban a következőkből eredő zavarok:
A szabályozásban általánosan elfogadott tény, hogy az eszköz érzékenysége lehetővé teszi a funkció ideiglenes romlását, de ennek a funkciónak a helyreállításával, miután a zavar már elmúlt (felhasználói beavatkozás nélkül).
A párosítás az a folyamat, amelynek során a rendbontó energiája eljut az áldozatig. Amikor áramról, feszültségről vagy térről beszélünk, nem felejtjük el, hogy ezek elektromos mennyiségek, amelyek idővel változnak.
Közös impedancia csatolásEbben az esetben a zavaró elektromos áramkörének közös impedanciája van az áldozat elektromos áramkörével. Ennek a közös impedanciának a kapcsainál a feszültséget a zavaró áramkörben áramló áram adja. Mivel ez az impedancia az áldozat áramkörében is jelen van, ez az áldozat tapasztalja ezt a parazita feszültséget. Példa: két eszköz csatlakozik a 230 V-os hálózathoz : egy megszakító, amely parazita feszültségeket generál a hálózati feszültségen, és egy áldozat, aki használja a hálózati feszültséget, és ezzel egyidejűleg helyreállítja ezt a parazita feszültséget.
Kapacitív tengelykapcsolóEbben az esetben egy zavaró áramkör feszültsége van, amely zavarokat okozhat. Ezen zavaró áramkör és egy másik áramkör között is van kapacitás, amely az áldozat lesz. Ezzel a kapacitással a zavaró elektromos energia eljut az áldozat áramkörébe.
Példa: a kapacitív áthallás jelensége . A zavaró áramkörhöz tartozó vezető ugyanabban a kábelben van, mint az áldozati áramkör vezetője. Ez a két vezető közel van, és közöttük van egy kapacitás, amely felelős a kapcsolásért. Minél nagyobb az áldozati áramkör impedanciája, annál nagyobb lesz a tengelykapcsoló a kapacitásból álló feszültségosztó híd és az áldozat impedanciája miatt.
Induktív kapcsolásEbben az esetben a zavaró áramkörben áram van, amely zavarokat képes előidézni. Az áramkör közelében található egy áldozati áramkör. A zavaró áramkör vezetőjének áramával mágneses mező keletkezik körülötte. Ez a mágneses mező áramot indukál az áldozat áramkörében.
Példa: Induktív áthallás . A zavaró áramkör vezetője ugyanabban a kábelben van, mint az áldozati áramkör vezetője, és ez utóbbiban parazita feszültséget indukál. Minél alacsonyabb az áldozati áramkör impedanciája, annál inkább ez a feszültség indukál jelentős zavaró energiát az áldozat áramkörében.
Kapcsolódás elektromos mezővelEzt a tengelykapcsolót mező-vezeték kapcsolásnak is nevezik.
Ez egy beeső elektromos mező, amely zavart okoz az áldozat áramkörében. Azonnal vegyük észre, hogy a fent említett kapacitív kapcsolás ugyanolyan természetű, mivel a kapcsolási kapacitás térvonalakat hoz az áldozathoz. A különbség itt az, hogy a megszakító távolabb van: ahelyett, hogy azonosítaná magát a megszakítót, azonosítjuk a belőle származó elektromos teret.
Példa: a motor gyújtógyertyájából származó impulzus elektromos tér eléri az autórádió vevő antennáját.
Mágneses mező kapcsolásaEzt a kapcsolást mező-hurok kapcsolásnak is nevezik.
Ez egy zavarból származó mágneses mező, amely keresztezi az áldozat áramkörét, és ezért parazita feszültséget indukál ebben az áramkörben. Ez az indukció . Itt is jegyezzük meg, hogy ez a kapcsolás ugyanolyan természetű, mint a fent idézett induktív csatolás ... Ahelyett, hogy azonosítanánk a zavarót, azonosítjuk az általa generált mágneses teret.
Példa: mennydörgés az áldozat közelében (és nem fent). A villám egy elektrosztatikus kisülés, amelyet több tízezer amper áramerőssége és mikroszekundum nagyságrendű emelkedési idő jellemez. A hurokban indukált feszültség ezért magas az áram intenzitásának nagy változása miatt, de ezen áram emelkedésének gyorsasága miatt is.
Csatolás elektromágneses mezővelGyakran előfordul, hogy a zavaró elektromos energiát (feszültség miatt) és mágneses teret (áram miatt) bocsát ki; E két mező kombinációja éri el az áldozatot. Még akkor is, ha egy megzavaró ember kezdetben csak elektromos teret bocsát ki, Maxwell-egyenletek azt mutatják, hogy ettől a forrástól egy bizonyos távolságban mágneses mező is megjelenik, hogy elektromágneses síkhullámot képezzen (lásd: elektromágneses hullám ). Ugyanez akkor, ha a zavaró csak mágneses teret bocsát ki az elején. Ez az átalakulás olyan távolságon megy végbe, amely megfelel a hullámhossz nem jelentéktelen hányadának. Ezért alacsony az alacsony frekvenciáknál, de rövid a magas frekvenciáknál. Ez az egyik oka annak, hogy az EMC mérések nem azonosak alacsony és magas frekvenciák esetén. Magas frekvenciák esetén szinte mindig elektromágneses síkhullámmal lesz dolgunk.
Gyakran hallani a két terjedési módról: a differenciál módról és a közös módról. Ez a két meghatározás bekerülhetett volna a kapcsolási módokba, de e két kifejezés fontosságát, különös tekintettel a közös módra, megérdemli, hogy pontosan meghatározzuk.
Szaporítás differenciális módbanVegyünk két elektromos vagy elektronikus eszközhöz csatlakoztatott vezetőt. A feszültséget szimmetrikus (vagy differenciális) üzemmódban alkalmazzák erre az eszközre, ha feszültség van a két vezető között. Például a hálózati tápfeszültséget differenciál üzemmódban alkalmazzák. Vagy akár egy telefonvezetékpár feszültsége.
Ha figyelembe vesszük a két vezetőből álló kábelt, akkor a kábel áramainak algebrai összege nulla, mivel az első vezetőben „kifelé” áram és ugyanolyan intenzitású „visszatérő” áram van, hanem szemben, a második vezetőben.
Az EMC-problémák elkerülése érdekében elegendő, ha a két vezető megfelelően közel van egymáshoz.
Közös módú terjedésA közös üzemmódbeli zavar terjedését a legtöbb EMC mérnök az EMC fő problémájának tekinti.
Vagy egy több vezetőből álló kábel, amely elektromos vagy elektronikus eszközhöz van csatlakoztatva. Tegyük fel, hogy a külső elektromágneses mezők parazita áramot indukálnak ennek a kábelnek az összes vezetőjében. Ez az áram ezen a kábelen keresztül jut be az áldozat eszközébe. Ne feledje, hogy a differenciál üzemmódban a kábelben van egy vezető a "kifelé" áramhoz és egy vezető a "visszatérő" áramhoz. Itt nem erről van szó: az elektromágneses tér fázisban áramot indukált a kábel összes vezetőjében. Mivel ebben a kábelben nincs visszatérő vezetője ennek az áramnak, fel kell tenni a kérdést, hogy a közös üzemmódú áram melyik úton záródik le, mivel elvileg egy áram zárt áramkörön halad.
Mivel ez az áram "belépett" az eszközbe, szükségszerűen kijön az eszközből:
Ez az áram ezen a három lehetséges úton keresztül végül "a földre" tér vissza. Ezután kering a földben, és visszatér az áramkör befejezéséhez, elvileg a kérdéses kábel másik végébe. A kábel vége lesz az az eszköz, ahonnan a kábel származott, például az áramellátása stb. Az áramkör így zárt.
Ez az áram állítólag „közös mód”. Áramköre nagyon nagy lehet:
Tehát ennek az áramkörnek a felülete nagy lehet, abból adódik:
Ennek eredményeként a külső zavarok nagy áramokat hozhatnak létre ebben az áramkörben, és megzavarhatják a készüléket (áldozati eszköz). Ez a zavaró áram, amely bejut a készülékbe, ha nem történik semmi, áthalad az elektronikus kártyán és megzavarja az általa alkotott elektronikus áramköröket.
Eddig a készüléket áldozatnak tekintettük. Képzeljük el, hogy maga az eszköz okoz zavart ebben az áramkörben, például azáltal, hogy RF-áramot generál a kábelén. Ez az áram a fent említett közös módú áramkörben fog áramlani. Mivel ez az áramkör nagyon nagy, az antenna szerepét tölti be, és messze zavarokat okoz. A készülék jelentős zavaró lesz.
E közös üzemmódbeli zavarok hatásainak csökkentése érdekében, függetlenül attól, hogy az eszköz áldozat vagy zavaró-e, a készüléket a bemeneti csatlakozásoknál megfelelő kezeléssel kell ellátni, megfelelő EMC-védelmi technikákkal. Például azoknak az áramoknak, amelyek a kábel egyes vezetőin keresztül jutnak be, szükségük lesz arra, hogy közvetlenül a készülék földjére menjenek, és így elkerüljék a kártya funkcióinak áthaladását. Célszerű továbbá az eszköz tömegét a talajhoz vagy az alapsíkhoz csatlakoztatni (lásd alább). Vagy megpróbáljuk megakadályozni, hogy ezek az áramok bejussanak a készülékbe azzal, hogy a „közös módú szuppresszornak” nevezett ferritmagot átfűzzük a kábelen. Ezenkívül árnyékolhatja a kábel összes vezetőjét, és az árnyékolást csatlakoztathatja a készülék földeléséhez, a kábel bemeneténél. A közös módú áram, amely csak az árnyékolás külső felületén halad át, így a földre terelődik, és már nem halad át az elektronikus kártyán. Lásd tovább az EMC megszerzéséről, a közös üzemmódú áramok eltávolításáról)
Mostanáig úgy gondoltuk, hogy a közös üzemmódú áram visszatérését a „föld” hajtotta végre. A bonyolult rendszerekben gyakran van egy, a különböző eszközök (laboratóriumi mérőpadok, járművek stb.) Közös földsík. Nyilvánvalóan ez az a sík, amely a „föld” helyét foglalja el. Ebben az esetben a közös üzemmódbeli zavarokat csökkenteni lehet, ha a bemeneti kábeleket a lehető legközelebb tartjuk a rendszer alapsíkjához, a közös módú hurok felületének csökkentése érdekében.
Az áramok figyelembevételével foglalkoztunk a közös mód problémájával. A szakirodalomban néha nem az áramokat, hanem a közös üzemmód feszültségeit vesszük figyelembe. Ezek a feszültségek a kábel vezetői és a "föld" között vannak. Ez nyilvánvalóan kettős nézőpont.
A gyakori mód problémái még több száz megahertzes frekvenciák esetén is felmerülnek. Még azt is mondhatjuk, hogy ezek a problémák szaporodtak meg a legjobban a rádióelektromos kibocsátások elterjedése óta. Ezeken a magas frekvenciákon egyszerűen észrevehet egy különbséget a közös módú hurok tekintetében: Mivel ez a hurok nagyobb méretű, mint a hullámhossz, már nem a hurok felületét kell figyelembe venni, hanem mindent egyszerűen figyelembe kell venni. hogy a készülékbe belépő kábel egy antenna, amely összegyűjti a zavaró sugárzást. Az áldozat közös módú védelme mindig abban áll, hogy megakadályozza ezen áramok bejutását az elektronikus kártyába. Ha az eszközt zavarónak tekintik, akkor megakadályozzuk, hogy a belső áramok elhagyják a kártyát, tudva, hogy a szűrés ugyanaz lesz.
Az EMC vizsgálati laboratóriumban gyakran megkülönböztetik a hullámot annak pusztító jellege szerint, vagy sem. Vagyis az elektronikával (vagy általánosabban a vizsgált eszközzel) járó kockázatok szerint. Bizonyos hullámok annyira energikusak, hogy képesek "megtörni" a hullám "útjában" elhelyezkedő komponenseket. Például egy feszültséghullám (több kV) megtörheti a szigetelést és "megtörheti" az érzékeny alkatrészeket (DES vagy EFT esetek).
Romboló hullámA lökéshullám, egy gyors elektromos tranziens (TERS vagy EFT angolul) vagy egy elektrosztatikus kisülés (ESD) a hullám jellegéből adódóan (több kV vagy kA) megváltoztathatja (kimerítheti) a viselkedést, vagy akár tönkreteheti a termék. Valójában ezeket a teszteket általában a tesztkampány végén indítják el annak megakadályozása érdekében, hogy ezek a jelenségek megváltoztassák az eszköz viselkedését és az ítéletet (megfelelőség). Bizonyos laboratóriumoknak (a tervező vagy a gyártó kérésére) időnként el kell végezni ezeket a vizsgálatokat (ez a teszt és a termék életciklusának reprezentativitásának vitája).
Ezek a jelenségek általában átmenetiek és / vagy véletlenszerűek.
megjegyzés: a mágneses hullámokat nem tekintjük rombolónak. Másrészt képesek törölni bizonyos alkatrészek (ROM, RAM) memóriáját, ezért működésképtelenné teszik a terméket (pl. Törlik a PLC firmware-jét). A termék azonban nem pusztul el (még akkor sem, ha az eredmény ugyanaz lehet, ha a gyártás leáll egy automatizált vonalon).
Roncsolásmentes hullámSzemben a pusztító hullámokkal. Minden hullám, amely nem rombol le egy alkatrészt, vagy nem befolyásolja tartósan az EST (tesztelendő berendezés) viselkedését.
Általában akkor, amikor a roncsolásmentes hullám befolyásolja a termék viselkedését. Ha ez a zavar megszűnik, a termék azonnal visszatér a várt viselkedéshez. Néha szükség van a berendezés újraindítására. Ez a viselkedésbeli vagy műveleti változás nem végleges.
Természetes parazitforrás, valószínűleg a legelterjedtebb.
A mechanizmus a következő:
Az "emberi eredetű elektrosztatikus kisülés" jelenséget a szabványosítás során a következők modellezik:
A villám , nem hagyjuk terén triboelectricity, egyszerűen változtatni skála.
Például cumulonimbusban néhány tíz perc elteltével a kumulatív elektromos töltések mennyisége hatalmas. Ezeket a töltéseket véletlenszerűen osztják el pozitív vagy negatív zónákban, egy megavolt nagyságrendű potenciális különbségeket hozva létre. Ez súlyosan károsíthatja a készüléket.
Ha elektrosztatikus töltések halmozódnak fel egy izolált tárgyon, akkor elektrosztatikus kisülés léphet fel, amint ennek a tárgynak a potenciálja eléri egy bizonyos értéket: kisülés lesz e tárgy és a környezetében lévő másik tárgy között. Maga a levegő töltéseket tartalmaz: A könnyű ionokból álló kis töltések a gázmolekuláknak a nap UV-sugárzása által történő ionizációjának köszönhetők. Nagyobb terheléseknél feltöltött por vagy feltöltött vízcseppek vannak. Így a levegőben mozgó tárgy visszanyerheti ezeket a töltéseket, ami növeli elektrosztatikus potenciálját a környezetéhez viszonyítva. Még egy álló, de elszigetelt tárgy is képes lesz felvenni a töltéseket, ha a levegő mozog. Mindezen okok miatt gyakran előfordul, hogy egy elszigetelten maradt tárgy közvetlen környezetével (szigetelők stb.) Elektrosztatikus kisülést generálhat. Ha a tárgy egy elektronikus eszköz része, akkor a kisülés egy szigetelő kondenzátoron keresztül történhet, és ez utóbbit megsemmisítheti. Ezért a távközlési rendszerek antennáit soha nem különítik el tökéletesen folyamatosan, és az EMC teszteket a rádió terminálok antennáira is alkalmazzák.
A rádióberendezéseket, amelyek a sugárzott elektromágneses mezők fő forrása, a 2014/53 / EU európai irányelv ( RE-D) szabályozza .
Ha rájuk vonatkoznak az EMC-irányelvtől való eltérések, különösen a maximális kibocsátási szint vonatkozásában (funkcióik ellátása érdekében), az elektromágneses összeférhetőség tekintetében ugyanolyan garanciákat kell nyújtaniuk, mint más eszközöknek (3. cikk, 1b. Alapvető követelmény) a RE-D irányelv ).
Az elektromágneses mezőkkel szembeni immunitás alapvető szabványa (IEC / EN 61000-4-3) 6 GHz- ig terjedő tesztek lehetőségét írja elő az adó magasabb frekvenciájának figyelembevétele érdekében (Wifi a 802.11a-ban, WIMAX. .. ). Hosszú távú fejlődéssel tervezik az alapszabvány fejlesztését 18 GHz-ig . Az e szabvány által általában alkalmazott moduláció (AM 80% 1 kHz ) azonban nem reprezentatív a szélessávú berendezésekre, még akkor sem, ha az egyszerű AM modulációt ismerik el a berendezéset leginkább zavarónak.
A polgári és az orvosi területek immunitásának határait a jelenlegi eseteknek megfelelően "tipikus" környezetben határozzák meg. A szükséges immunitás szintje 1 V / m (védett környezetben), 3 V / m (lakóhelyiség), 10 V / m (ipari) és 30 V / m (kivételes). Gépjárműipar, repülés vagy katonai területeken bizonyos előírások megkövetelik az immunitás kV / m-ben kifejezett szintjét.
Ezek a berendezés immunitási szintjei lehetővé teszik a berendezés rendeltetésszerű működését a közelében lévő adó jelenlétében. A rendeletek a termékszabványok révén előírják a készülékek egy kategóriájának (háztartási készülékek, TV, ipari, telefon stb.) "Tipikus" környezetben (lakossági, ipari stb.) Történő használatát. A "tipikus" immunitási szintek azonban nem teszik lehetővé az eszköz immunitásának biztosítását minden olyan körülmények között, amelyekben kivételesen elhelyezhető.
A polgári szabványokban ajánlott berendezések immunitási határértékei alacsonyabbak, mint az emberi expozíciós határértékek. Így lehetséges, hogy egy kibocsátó közvetlen közelében (miközben ez minden szempontból megfelel az előírásoknak), egy berendezés (amely megfelel az előírásoknak is) megzavarható. Ez problémákat okozhat az elektronikus biztonsági vagy életmentő berendezésekben.
Példaként képzeljük el:
1500 km azonban megfelel egy 50 Hz-es jel negyed hullámhosszának (λ / 4) . Karbantartási okokból a két vezeték közül csak az egyik van nyitva az erőmű közelében. Végül egy előremenő és egy visszatérő vonal jön létre, amelyek hasonlóak a λ / 2-re hangolt áramkörhöz: az erőmű által előállított feszültség a 3000 km-es vezeték végén fázisban áll szemben a közvetlenül a az erőmű. Könnyedén 800 000 volt effektív értéket kaphat, csak egy nyitott kapcsolóval elválasztva.
Amikor a kapcsoló zárva van, a fázisban lévő feszültségeket a vezérlő egység rövidzárlattá asszimilálja.
Amíg egy új egyensúly létre nem jön (legalább 10 ms az aperiodikus résznél), addig a vezérlőegység által termelt 5 GW-ot (a zárás pillanatában teljes egészében) elfogyasztja a dinamikus rövidzárlat.
A hálós és teljesen összekapcsolt európai villamosenergia-hálózatban ezt a fajta manővert naponta többször hajtják végre. Mivel azonban a rezonancia soha nem pontos, a terhelések és más források elosztott jellege csillapítást biztosít. Mindennek ellenére a nagy hurkok mindegyik lezárásakor az egész európai hálózat néhány másodpercig erősen kiegyensúlyozatlan. A "vonal végén lévő" országok különösen a reflektor szerepét töltik be (tehát a feszültséget, még akkor is, ha egyetlen állóhullámnak sincs ideje megalapozni magát).
Ez a fajta jelenség, bár a lehetőségekhez mérten enyhül, nyomokat hagy a végfelhasználóig. Ezen maradványokhoz hozzá kell adni mindazokat a hasonló jelenségeket (bár kisebb léptékben), amelyek a különböző hálózatokat érintik, a felhasználóig egyre alacsonyabb feszültséggel.
Az ilyen típusú archetípus a mindenütt jelenlévő "kapcsoló tápegység".
A legtöbb modern elektronikus kártya gyors logikai áramköröket használ. Ezek az integrált áramkörök és az azokat összekötő kapcsolatok meredek elülső áramokkal rendelkeznek, amelyek széles spektrumon képesek elektromágneses hullámokat sugározni. Bár meglehetősen alacsony szinten van, ez a sugárzás különösen megzavarhatja a közelben elhelyezett rádióvevőket.
Ennek meggyőződéséhez elegendő egy rádióvevőt a számítógép közelében elhelyezni ... E rendszerek tervezőinek tiszteletben kell tartaniuk az elektromágneses összeférhetőségről szóló irányelveket a készülékek sugárzására és az eszközön esetlegesen levezetett kibocsátásokra vonatkozóan. ezen eszközök kábelei.
Ezt az igazságot meg kell tennünk minden ország hadseregével szemben: mióta Archimédész és tüzes tükrei állítólag felgyújtották a római flottát Siracusa előtt, nagylelkűen finanszírozták a "Halálsugár" ötleteit , változó eredménnyel ( és néha teljesen váratlanul, mint a Radar , ha el akarjuk hinni Nikola Tesla életrajzát ).
Ezen a területen a komoly vagy őrült ötletek sokasága közül 3 van, különös tekintettel a CEM-re:
1946-ban az Egyesült Államok kormánya két bizonyosságot szerzett:
Az amerikai hadsereg ezért hatalmas nukleáris fegyverek kipróbálási programját indította el. Az Új-Mexikó , ahol az első vizsgálatokat végeztünk, a népsűrűség túl magas ahhoz, hogy továbbra is a besugárzás és Japán lett egy szövetségese, ezeket a vizsgálatokat végeztünk az atoll Bikini . Ezek a tesztkampányok különböző típusú tűzeket tartalmaztak: földszinten, víz alatt, a levegőben, repülőgép-bombák, tüzérségi lövedékek vagy aknák, köztük két egymást követő lövés a légkör felső részén .
Mindegyik felvétel után áramkimaradás történt a több mint 2000 km-re fekvő Hawaii-szigeten, amelyet egy hatalmas elektromágneses impulzus okozott, amely az áramvezetékekkel párosulva megszakította az összes megszakítót. Az amerikai katonai tisztviselők tehát fegyverként használták fel az óriási elektromágneses impulzus lehetőségeit.
Elektronikai hadviselésSzándékos elektromágneses támadásokat alkalmaznak az elektronikus hadviselés során az ellenfél kommunikációjának elzárása vagy a berendezés hibás működésének előidézése érdekében.
Elektromágneses fegyverek (MFP)Nem egy (lehetetlen) kimerítő listát próbálunk létrehozni, hanem csak néhány példát hozunk.
Bármely nagy alakú tényezővel ellátott jel (például impulzusjel), függetlenül attól, hogy modulál-e vivőt, a "logikai" áramkör állapotváltozását okozhatja . Ha ez az áramkör részt vesz egy szekvenciális automatában (például egy számítógépben), akkor a belső állapot módosulhat.
Ez rendkívül alattomos változata az előző esetnek. Nem szabad elfelejteni, hogy a "logikai áramkör" fogalma tisztán mesterséges. Ezek valójában nemlineáris átbocsátású analóg áramkörök. Zavar következtében a kimenet „½” állapotba kerülhet („valahol 0 és 1 között”) egy ideig, amely milliszekundumig terjedhet.
Ezt a jelenséget segítő „Moore-törvény”, amelyet kiemeltek az első CMOS logikai áramkörökkel, most kockázatot jelent az összes integrált áramkör-technológiára, amelyek fordított kereszteződés-elkülönítést alkalmaznak. Az integrált áramkör gyártása során az ember többszörös PNPN struktúrákat hoz létre, amelyek megfelelő erősítéssel rendelkeznek tirisztor létrehozásához . Elég, ha egy impulzusjelenség (elektromos jel vagy foton vagy ionizáló részecske) beindítja ezen tirisztorok egyikét, hogy az utóbbi rövidzárlatba hozza az áramellátást. Innentől kezdve több dolog történhet:
Az elektromágneses kompatibilitás definíció szerint csak a berendezésekre gyakorolt hatásokat érinti, az embereket vagy más biológiai entitásokat nem.
Számos elektromágneses jelenséget kell azonban figyelembe venni:
A kompatibilitás megszerzése vagy javítása érdekében a „forrás / csatolás / áldozat” hármas 3 feltételével játszhatunk:
Ez gyakran abból áll, hogy a kérdéses eszköz elektronikus kártyáinak környezetét kezeljük, legyen az áldozat vagy szennyező. Az áldozatok és a források elkülönítésére 6 módszer létezik:
Az elektromágneses árnyékolás az, hogy a teret külön elektromágneses mezőkre osztja fel, némelyik "tiszta", más "piszkos", anélkül, hogy bármilyen kommunikáció lenne közöttük. A gyakorlatban egy elektronikus kártyát helyeznek egy fém tokba, amely megvédi a külső sugárzástól.
Az árnyékolás elméletileg nagyon hatékony, amint az érintett frekvenciák meghaladják az egy megahertzet. A gyakorlatban egészen más, mert az elektronikus kártya általában elektromos kábelekkel van kapcsolatban a külsejével, már csak a tápellátása is. Ezután megfigyelhető, hogy az árnyékolás hatékonysága semmire sem csökken, ha a „közös módú” áramokat a kábelbemenet szintjén nem blokkolják.
A meghatározást lásd a "közös mód" részben. A közös üzemmódú jelek elleni védelem abból áll, hogy az áldozat eszköze megakadályozza a kábeleken kiváltott áramok bejutását az elektronikus kártyába, és megzavarja azok funkcióit. Zavaró készülékek esetében ez a védelem abból áll, hogy megakadályozza a parazita áramok elhagyását a kártyán és a külső kábeleken való keringést. A közös módú védelemnek tehát ugyanazok a céljai vannak, mint az árnyékolásnak, és ez utóbbit gyakran eredményessé teszi. Valójában, mint láttuk, nincs értelme árnyékolni egy eszközt, ha a zavarok áthaladnak az árnyékolásba bekerülő csatlakozásokon.
Íme néhány, a közös módú jelekkel szembeni védelem szabálya, amely mind a források, mind az áldozatok esetében érvényes.
Ha az érintett eszköznek van egy fém háza, és ha a kártyának van egy földrétege, akkor a védelem könnyebben megszerezhető: ha lehetséges, a kártyába belépő kábeleket árnyékolni kell a vezeték csatlakoztatásával. Árnyékolás a kártya földjével és felül mindezt a fém burkolatig, ahol a burkolatba kerül. Így a csak a pajzs felületén áramló közös üzemmódú áramot a ház külső felületére terelik, anélkül, hogy belépne.
De a bemeneti kábelt nem mindig lehet árnyékolni. Szükség lesz tehát a közös módú áramok szűrésére. Természetesen a közös módú jeleket csak akkor lehet szűrni, blokkolni vagy leválasztani, ha a vezető által szállított hasznos jelek alacsonyabb frekvenciájúak (ez a frekvenciaszűrés, lásd alább). Ha a kívánt jelek ugyanabban a sávban vannak, mint a közös módú jelek, akkor a kábel árnyékolása megoldhatja a problémát.
Hogy blokkolja a közös módusú jeleket, egy közös módusú elnyomása ferrit mag lehet helyezni a kábel körül, amely az összes vezeték. Megoldás egy komplett eszköz és kábeleinek kezelése az eszköz módosítása nélkül.
Ellenkező esetben a nagyobb hatékonyság érdekében a kábel minden vezetőjét úgy kezeljük , hogy a vezető által érkező nagyfrekvenciás áramokat a lehető legrövidebb úton elzárjuk, vagy a kártya földjére és a fém házra tereljük.
A fenti rajz például a közös módú áram útját mutatja egy fém házban lévő kártya esetén, az egyes vezetékek kondenzátorral történő leválasztásával: A külső módból származó közös módú áram útja a következő: Belép A kábel egyes vezetőin keresztül a vezetőtől a tábláig (1) halad át, majd a leválasztó kondenzátoron (2) átmegy, majd a talajrétegbe jut, majd a tokot a földelőoszlopon (3) keresztül összekapcsolja, majd tovább kering a ház belső felülete, és végül a kábel lyukán keresztül jön ki a házból. Nem szabad megfeledkeznünk arról, hogy az áram csak a fém felületén kering, és soha nem fog áthaladni a tok falán! A közös üzemmódú áram tehát a ház belsejében lévő hurkon keresztül halad .
Tehát, ha a leválasztást a kártyán végzik, akkor a lehető legnagyobb mértékben csökkenteni kell azt a hurkot, amelyen keresztül a közös módú áram a doboz belsejében halad, hogy elkerülhető legyen a doboz belsejében lévő sugárzás. Ehhez szüksége lesz:
Nagyon magas frekvenciák esetén a leválasztó kondenzátor impedanciája soha nem lesz teljesen nulla, és a leválasztó kondenzátor nem lesz elég hatékony ahhoz, hogy a közös üzemmódú áramot a földre terelje. Emiatt célszerű egy nagyfrekvenciás leállítási impedanciát sorban elhelyezni a vezetővel, amint megérkezik a táblára.
Ha az eszköznek nincs fém háza , akkor a védelem nehezebben lesz elérhető: Szűrést helyezünk el az egyes vezetőkön, és az összes kábel bemenetet a kártya ugyanazon oldalán csoportosítjuk: valójában a közös üzemmód áramát , amely egyik csatlakozóból a másikba halad át a kártya tömegén, így a lehető legrövidebb utat járja be, és nem fogja keresztezni az egész kártyát. Még a kábel egyetlen bemeneténél is, a közös üzemmódú áram hajlamos kapacitív kapcsolással áthaladni a kártya és a környezet alkatrészei közötti kapacitáson. Azáltal, hogy a közös üzemmódú áramot a kezdetektől a kártya földje felé sodorják, a többi alkatrészen áthaladó áram csökken. Ha az eszközt már megtervezték, akkor a második legjobb megoldás az, ha egy megfelelő módú impedanciájú közös üzemmódú csillapító ferritet a kábelbe menetes.
Ha a készülékkártyának nincs alapsíkja , akkor a védelmet nagyon nehéz megszerezni. Egyetlen kábelbevezetést kell bevezetni annak érdekében, hogy minimalizálják a kártyán keresztüli közös módú áramokat.
A „hasznos” frekvenciák tartománya el van választva a „szennyezett” frekvenciáktól; azzal a feltétellel, hogy természetesen nem egyformák, mert nem minden jel "szűrhető". Láthattuk például a közös mód eltávolítását a bekezdésben, hogy kondenzátorral bizonyos kapcsolatokat "leválaszthatunk". Ezek általában alacsony frekvenciájú jelek vagy akár egyenáramú kapcsolatok. Ez a "leválasztás" nem más, mint aluláteresztő szűrés.
A szűrés megvalósítható szimmetrikus vagy közös módra.
Sajnos a modern technikák egyre gyorsabb hasznos jeleket használnak, és gyakran szembesülünk azzal a ténnyel, hogy a hasznos jelek és a zavaró jelek elfoglalják a közös frekvenciasávokat.
Ha a szennyező jel nincs állandóan jelen (és jelenléte kellő előrejelzéssel megjósolható), akkor rossz időjárás esetén elegendő az áldozatot menedékre adni. Például :
Általánosságban elmondható, hogy ezt feszültségvágásnak nevezzük .
Ha a zavaró jel nagy amplitúdójú, az áldozat felszerelése visszafordíthatatlan károkat szenvedhet; a vágás a zavaró jel amplitúdójának korlátozásából áll, az elektronikus alkatrészek védelme érdekében.
Erre a célra úgynevezett „korlátozók” találhatók, amelyek párhuzamosan helyezkednek el a csatlakozásokon (közös módban vagy differenciál módban). Általánosan elfogadott, hogy az eszköz működése megszakad a zavar idején (ez attól függ, hogy az érintett berendezés milyen funkciókkal bír a rendszeren belül, amelybe be van szerelve; egy repülőgépbe szerelt fedélzeti számítógép villámcsapás során semmilyen esetben sem mutathat legkisebb meghibásodást), a nyírókomponens mindenekelőtt „túlélési” funkcióval rendelkezik. Valójában nem lehet megkülönböztetni a hasznos jelet és a zavaró jelet a nyírás idején. Többféle komponenst fognak használni, a következő kritériumoknak megfelelően:
Általában a felhasznált alkatrészek nemlineáris komponensek: diódák, tirisztorok, nemlineáris ellenállás (varisztorok), szikraközök stb.
Ez általában magában foglalja az analóg jel védelmét a maszkoló hatás számításával (a zajt csak akkor veszik észre, ha a hasznos jel gyenge vagy hiányzik. Például:
Egy új termék EMC-jének tanulmányozása során elengedhetetlen annak megismerése, hogy milyen környezetben kívánják használni a terméket. Az EMC-irányelv meghatározza az „alapvető követelményeket”, amelyek az eredmény kötelezettségei. Lényegében a terméket nem zavarhatja és nem zavarhatja az a környezet, amelyben felhasználásra szánják.
Az irányelvben meghatározott értékelési eljárás szerint a termék gyártójának el kell kezdenie termékének EMC-értékelését. A gyártónak ezért meg kell határoznia azt a környezetet, amelyben termékének használatát tervezik (lakossági, ipari, autóipari stb.), Meg kell határoznia, hogy terméke melyik családnak felel meg a termék rendeltetésszerű használatának (például multimédia eszköz, háztartási elektromos, világítás), és ennek alapján állapítsa meg, hogy a harmonizált szabványok (vagy más szabványok vagy műszaki előírások) elegendőek-e annak igazolására, hogy terméke megfelel az irányelv alapvető követelményeinek.
A szabvány alkalmazása nem kötelező. A CENELEC és az ETSI által közzétett szabványok azonban megalapozzák a korszerű tudomány szintjét, amelyet minden érdekelt fél világszerte elismert. Az EMC irányelv megteremti a kapcsolatot a harmonizált szabványok és az EMC korszerűsége között, meghatározva az alapvető követelményeknek való megfelelést. Ezenkívül egy eszköznek az Európai Unió Hivatalos Lapjában idézett harmonizált szabványoknak való megfelelősége Európában garantálja az irányelv alapvető követelményeinek való megfelelés vélelmét.
A gyártó EMC-értékelése azonban a következő elemeket is figyelembe veheti, amelyek igazolják a termékére vonatkozó műszaki előírást, amely garantálja az irányelv alapvető követelményeinek való megfelelést a közzétett szabványon túl:
Anélkül, hogy kötelező lenne, a gyártó hivatkozhat egy bejelentett szervezetre is, amely lehetővé teszi a teljes EMC műszaki dokumentáció validálását és a megfelelőség vélelmét kínáló EU-típusvizsgálati tanúsítvány megszerzését.
Különböző formális kötelezettségekre is szükség van a megfelelés érdekében (CE-jelölés, modellszám, a gyártó és az importőr címe a terméken, megfelelőségi nyilatkozat, a terméket kísérő EMC-utasítások a befogadó termék nyelvén.).
Két fő megközelítés létezik:
Bármi legyen is a megközelítés, az optimális megoldást meg kell találni az ellentmondó követelmények között:
Kétféle technika létezik:
Bármilyen elektromos vagy elektronikus berendezés, eltekintve annak alapvető működését, gyári nélkül tudásunk váltakozó áram vagy impulzus, amelynek spektruma a frekvencia nagyon nagy lehet (néhány hertz több gigahertz). Ezek az áramok a készülék különféle kábeleiben vagy nyomtatott áramköreiben keringenek, és ezért amikor ezek a vezetők hosszuk szerint többé-kevésbé jó antennák, elektromágneses térkibocsátás lép fel.
Az emissziót vagy a vezetett (meglehetősen alacsony frekvenciájú jelenségek), vagy a kisugárzott (meglehetősen nagy frekvenciás jelenségek) mérésére a vizsgált eszközzel a legzavaróbb üzemmódban végzik.
A készülék kialakításának megváltoztatásával a kibocsátott szint jelentősen csökkenthető. A CEM szempontjából rossz tervezés azonban messzemenő módosításokat tehet szükségessé, többek között az útválasztás szempontjából is. Alapvető fontosságú, hogy az EMC kérdését a tervezés kezdetétől kezdve figyelembe vegyék.
Az elfogadható szinteket általában szabványosítják. Így a polgári repülőgépek elektromos berendezéseit az RTCA / DO160F szabvány (legújabb verzió, DO160G vázlatos változatban), az európai fogyasztói berendezéseket európai szabványok (a CISPR és az IEC kiadványok kvázi megfelelő másolatai) kezelik és CE-jelöléssel látják el. .
A fogékonysággal foglalkozó technikák TerminológiaAz eszköz érzékenységi szintje az a zavarszint, amelynél az eszköz meghibásodik.
Az immunitás szintje az a szint, amelynek az eszköz alá kerültek a vizsgálatok során, és amelynek normálisan kell működnie.
A képzettségi szint (vagy teljesítmény kritérium ) az a szint a paraméterek megfigyelt a terméket úgy, hogy a várható a termék működésének. (Példák: a motor fordulatszám-változása nem változtatható több mint 5% -kal az alapértékhez képest, a rendszer jel-zaj arányának jobbnak kell maradnia 50 dB-nél , a fényerőnél stb.). A legtöbb termékszabvány (pl. EN 55014-2, EN 55035) az eszközök fő funkcióinak képességszintjét határozza meg. A nem szabványos funkciók esetében azonban csak a termék tervezője tudja meghatározni az immunitás tesztek során figyelembe veendő készségszinteket és funkciókat. Ezeket a paramétereket tükrözheti a terméket a végfelhasználóhoz kísérő dokumentációban.
TábornokBizonyos, erősen szennyezett környezetben használt eszközök immunitása sokkal magasabb, például a gépkocsik burkolata alatt.
Vannak technikák az eszköz tervezésének módosítására, hogy az megfeleljen a szabványnak.
El lehet képzelni, hogy számos eszköz együttélése egy repülőgépen vagy egy autóban azt jelenti, hogy mindez a berendezés nincs beépítve a járműbe anélkül, hogy komoly teszteket végeznének.
A CEM meghatározza: a kábelek közötti réseket, a kábelek összetételét, a berendezésre telepítendő szűrőket, a berendezést körülvevő mechanikus szerkezetet stb.
A szabványok által előírt tesztek lehetővé teszik az immunitás tiszteletben tartásának ellenőrzését, de ha a teszt megfelel (nincs hibás működés), nem teszik lehetővé az eszköz érzékenységének szintjét.
Képesítési kritériumokA teszt során szimulált jelenségtől függően meghatározzák, hogy a berendezés:
Egyéb elektronikus berendezések és szándékos adók elektromágneses tereket hoznak létre. A vizsgált berendezésnek normálisan kell működnie, ha ezeknek az elektromágneses mezőknek van kitéve.
A legvalószínűbb működési módban konfigurált tesztelt eszközt egy visszhangmentes kamrába (vagy visszhangzó üzemmódú keverőkamrába (CRBM)) helyezik. Ebben a ketrecben egy adóerősítő van csatlakoztatva egy erősítőhöz, amelyet maga is rádiófrekvenciás jelgenerátor szolgáltat. Ezután a teljes szükséges spektrum frekvenciát söpör a szükséges mezőszinttel és modulációval.
A túlnyomó többsége az elektronikus eszközök jelenleg az európai fogyasztói piacon van egy bizonyos fokú védettséget Sugárzott elektromágneses tér 3 V / m frekvencia 80 MHz és 2,7 GHz .
10 V / m immunitási szint szükséges az ipari környezetben való használatra szánt készülékek és az elektrorvosi életfenntartó eszközök esetében (amelyek meghibásodása azonnal megölhet).
Számos jelenséget tesztelnek:
A vizsgálati protokoll általában abból áll, hogy egy összekapcsolt / leválasztó hálózaton keresztül dedikált zavargenerátort csatlakoztatnak a vizsgált berendezéshez.
Az összes aktív elektronikát tartalmazó berendezést érintik az EMC-irányelvek és -szabályozások kötelezettségei. Az európai piacon forgalomba hozott eszközöknek (függetlenül attól, hogy értékesítik-e, adományozzák-e, kölcsönadják-e stb.) CE-jelölést kell kapniuk , igazolva, hogy megfelelnek az összes alkalmazandó európai irányelv és rendelet, beleértve az EMC-irányelvet is .
Az elektromágneses összeférhetőségről szóló irányelv szempontjából a helyhez kötött telepítéseknek, amelyek nem tartoznak a CE-jelölés hatálya alá, a jó mérnöki gyakorlat alkalmazásának köszönhetően ugyanolyan garanciákat kell nyújtaniuk, mint az alá tartozó készülékek.
Ezen kívül vannak további jelölések:
A repülőgépekre szerelt anyagok világszerte tanúsítottak (FAR / JAR), valamint a repülőgépgyártók speciális követelményei, amelyeket ellenőrzésük alatt ellenőriztek (elvégre ők azok, akiknek a nevüket a baj esetén).
A tanúsítás felváltja a CE jelölést.
Másrészt a földön maradt repüléstechnikai berendezések CE-jelöléssel rendelkeznek, mint a „hétköznapi” ipari berendezések.
Különleges követelmények az űrhajókra és a katonai felszerelésekre is. Ha az előbbi státusza egyértelmű, az utóbbi mentessége (a legtöbb európai országban) a Római Szerződés egyik pontjából származik, amely felhatalmazza a kormányt arra, hogy ne alkalmazzon közösségi határozatot a katonai felszerelésekre. Franciaországban ezt a határozatot, amely csak a „régi modell” EMC-irányelvre vonatkozik (2007-ben elavult), egy minisztériumközi körlevél valósítja meg, amelyet úgy tűnik, soha nem közöltek az Európai Bizottsággal.