evaluarea imunităţii electromagnetice a …old.unitbv.ro/portals/31/sustineri de...

Investeşte în oameni!

FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013 Axa prioritară 1 „Educaţie şi formare profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere” Domeniul major de intervenţie 1.5. „Programe doctorale şi post-doctorale în sprijinul cercetării” Titlul proiectului: Burse doctorale si postdoctorale pentru cercetare de excelenta Numărul de identificare al contractului: POSDRU/159/1.5/S/134378 Beneficiar: Universitatea Transilvania din Braşov Partener:

Universitatea Transilvania din Brașov

Școala Doctorală Interdisciplinară

Departament: Inginerie Electrică și Fizică Aplicată

Ing. Corneliu URSACHI

Evaluarea imunităţii electromagnetice a echipamentelor electrice şi electronice la perturbaţii

conduse

Electromagnetic immunity assessment of electric and electronic equipment to conducted disturbances

Conducător ştiinţific

Prof. dr.ing. Elena HELEREA

BRASOV, 2014

Rezumatul tezei de doctorat

MINISTERUL EDUCAŢIEI NAŢIONALE

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-

410525 RECTORAT

D-lui (D-nei) ..............................................................................................................

COMPONENŢA

Comisiei de doctorat Numită prin ordinul Rectorului Universităţii „Transilvania” din Braşov

Nr. 6884 din 30.09.2014

PREŞEDINTE: Prof. univ. dr. ing. Carmen GERIGAN DECAN-Fac. de Inginerie Electrică şi Ştiinţa Calculatoarelor, Universitatea ”Transilvania” din Braşov

CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: Prof. univ. dr.ing. Elena HELEREA

Universitatea ”Transilvania” din Braşov

REFERENŢI: Prof. univ. dr.ing. Octavian BALTAG

Universitatea ”Alexandru Ioan Cuza” din Iaşi

Prof. univ. dr.ing. Călin MUNTEANU

Universitatea Tehnică din Cluj

Conf. univ. dr. ing. Lia ACIU Universitatea ”Transilvania” din Braşov

Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: 30 Ianuarie 2015, ora 11, sala N I1. Corpul N, Facultatea IESC, Str. Politehnicii Nr. 2. Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să le transmiteţi în timp util, pe adresa:[email protected] Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de doctorat. Vă mulţumim.

Evaluarea imunității electromagnetice a echipamentelor electrice și electronice la perturbații conduse

1

CUPRINS Pagina

LISTA DE NOTAŢII LISTA DE ABREVIERI INTRODUCERE 5 5 1. IMUNITATEA ELECTROMAGNETICĂ 9 10

1.1. Perturbaţii şi imunitate electromagnetică 9 10 1.2. Concepte fundamentale în studiul imunităţii electromagnetice 12 11

1.2.1. Concentrare şi transfer de energie 12 11 1.2.2. Interacţiunea echipament - mediu electromagnetic 23 13 1.2.3. Mod comun şi mod diferenţial de raportare a perturbaţiei

conduse 32 14

1.2.4. Pământ, pământare, masă 35 16 1.2.5. Câmp apropiat şi câmp îndepărtat 37 18

1.3. Mediul electromagnetic 41 19 1.3.1. Cercetări actuale 45 19 1.3.2. Investigarea perturbaţiilor electromagnetice în zone urbane 46 20

1.4. Concluzii 50 21 2. IMUNITATEA ELECTROMAGNETICĂ LA PERTURBAŢII CONDUSE

CONTINUE 51 22

2.1. Perturbaţii electromagnetice induse de câmpuri electromagnetice de radiofrecvenţă

51 22

2.1.1. Caracteristicile perturbaţiilor de RF 51 22 2.1.2. Cerinţele standardului de imunitate la RF 60 27 2.1.3. Stand pentru testarea imunităţii la radiofrecvenţă 65 27 2.1.4. Evaluarea imunităţii la perturbaţii RF pentru surse de alimentare

în comutaţie de tip PC 68 29

2.2. Perturbaţii electromagnetice generate de variaţii şi întreruperi de tensiune

77 33

2.2.1. Caracteristicile perturbaţiilor 78 33 2.2.2. Cerinţele standardului de imunitate 78 34 2.2.3. Stand pentru testarea imunităţii la goluri de tensiune 82 34 2.2.4. Evaluarea imunității surselor în comutație la goluri de tensiune 84 35 2.2.5. Evaluarea imunității contactoarelor electromagnetice la goluri de

tensiune 88 36

2.3. Concluzii privind cercetările efectuate 97 39 3. IMUNITATEA ELECTROMAGNETICĂ LA PERTURBAŢII CONDUSE

TRANZITORII 101 41

3.1. Caracteristicile perturbaţiilor tranzitorii 101 41 3.1.1. Unde de șoc de curent sau de tensiune 101 41 3.1.2. Descărcări electrostatice 103 42 3.1.3. Trenuri de impulsuri rapide de tensiune 106 44

3.2. Cerinţele standardului EN 61000-4 108 45


2

3.2.1. Nivelurile tensiunilor de testare la perturbaţii tranzitorii 108 45 3.2.2. Forma de undă a impulsurilor tranzitorii 110 46

3.3. Standuri de testare a imunității electromagnetice la perturbații tranzitorii

112 46

3.3.1. Stand de testare la ESD 114 46 3.3.2. Stand de testare la unde de șoc de curent sau de tensiune 116 49 3.3.3. Stand de testare la trenuri de impulsuri rapide de tensiune 119 50

3.4. Evaluarea nivelului perturbațiilor generate de fenomene de comutaţie 121 51 3.5. Concluzii 128 54

4. IMPULSUL ELECTROMAGNETIC ÎN TESTELE DE IMUNITATE 128 55 4.1 Impulsul electromagnetic generat de trăsnet 131 55

4.1.1 Descrierea fenomenului fizic 131 55 4.1.2 Semnificaţia fizică a punctului de inflexiune 133 57

4.2. Evaluarea schemelor electrice simplificate ale generatoarelor de perturbaţii

135 58

4.2.1. Generatorul de perturbații sub formă de trenuri de impulsuri rapide de tensiune

135 58

4.2.2. Generatorul de perturbații sub formă de unde de șoc de curent sau tensiune

140 60

4.3. Funcţii matematice care descriu impulsul electromagnetic 143 62 4.3.1 Funcţia dublu exponenţială 143 62 4.3.2. Funcţia Heidler 144 63

4.4. Relevanţa standardelor de imunitate 149 64 4.5. Concluzii 152 67

5. CONCLUZII FINALE 155 68 5.1. Rezumat și concluzii 155 68 5.2. Originalitate, noutate şi perspective 159 71

BIBLIOGRAFIE 160 73


3

TABLE OF CONTENTS Pg.

teza

Pg.

rezumat

NOTATIONS LIST

ABREVIATIONS LIST

INTRODUCTION 5 5 1 ELECTROMAGNETIC IMMUNITY 9 10

1.1. Disturbances and electromagnetic immunity 9 10 1.2. Fundamental concepts in electromagnetic immunity study 12 11

1.2.1. Concentration and transfer of energy 12 11 1.2.2. Equipment-electromagnetic environment interaction 23 13

1.2.3. Common mode and differential mode of conducted disturbances 32 14 1.2.4. Earth, Grounding, Reference 35 16 1.2.5. Near field and far field 37 18

1.3. Electromagnetic environment 41 19 1.3.1. Current research 45 19 1.3.2. Electromagnetic disturbances assessment in urban areas 46 20

1.4. Conclusions 50 21 2 ELECTROMAGNETIC IMMUNITY TO CONTINUOUS CONDUCTED DISTURBANCES

51 22

2.1. Electromagnetic disturbances induced by radiofrequency electromagnetic fields

51 22

2.1.1. RF disturbances characteristics 51 22 2.1.2. RF immunity standard requirements 60 27 2.1.3. RF immunity test bench 65 27

2.1.4. Immunity assessment on RF disturbances for PC switch mode power supply

68 29

2.2. Electromagnetic disturbances generated by voltage variations and interruptions

77 33

2.2.1. Disturbances characteristics 78 33 2.2.2. Immunity standard requirements 78 34 2.2.3. Dips test bench 82 34 2.2.4. Switch mode power supplies immunity assessment on dips 84 35 2.2.5. Electromagnetic contactors immunity assessment on dips 88 36

2.3. Conclusions 97 39 3 ELECTROMAGNETIC IMMUNITY TO TRANSIENT DISTURBANCES 101 41

3.1. Transient disturbances characteristics 101 41 3.1.1. Current or voltage surge 101 41 3.1.2. Electrostatic Discharges 103 42


4

3.1.3. Voltage fast transient 106 44 3.2. EN 61000-4 standard requirements 108 45

3.2.1. Voltage test levels of transient disturbances 108 45 3.2.2. Transient pulses wave shape 110 46

3.3. Electromagnetic immunity test benches for transient disturbances 112 46 3.3.1. ESD test bench 114 46 3.3.2. Current or voltage surge test bench 116 49 3.3.3. Voltage fast transient test bench 119 50

3.4. Level assessment of electromagnetic disturbances generated by switching phenomena

121 51

3.5. Conclusions 128 54 4 ELECTROMAGNETIC PULSE IN IMMUNITY TESTS 128 55

4.1 Lightning electromagnetic pulse 131 55 4.1.1 Physical phenomena description 131 55 4.1.2 Inflexion point physical semnificance 133 57

4.2. Simplified electric scheme of disturbances generators assessment 135 58 4.2.1. Voltage fast transient disturbances generator 135 58 4.2.2. Current or voltage surge generator 140 60

4.3. Mathematical functions for electromagnetic pulse 143 62 4.3.1 Double exponential function 143 62 4.3.2. Heidler function 144 63

4.4. Immunity standards relevance 149 64 4.5. Conclusions 152 67

5. FINAL CONCLUSIONS 155 68 5.1. Summary and conclusions 155 68 5.2. Originality novelty and perspectives 159 71

REFERENCES 160 73


5

INTRODUCERE

Actualitatea şi necesitatea temei Interacţiunea echipament electric sau electronic - mediu electromagnetic este o dinamică realitate și permanență. Există o evoluţie continuă a acestei interacțiuni. Noile tehnologii creează la nivelul echipamentelor vulnerabilităţi inexistente în trecut şi în acelaşi timp modifică structura mediului electromagnetic. Imunitatea electromagnetică a echipamentele electrice şi electronice trebuie să ţină permanent pasul cu tehnologia, să facă faţă dinamismului și evoluţiei interacţiunii echipament-mediu.

Pe de altă parte, cerinţele pe care trebuie să le îndeplinească echipamentele electrice şi electronice din punct de vedere al imunității și emisiei electromagnetice, pentru a putea fi comercializate, au fost reglementate de organismele naţionale şi internaţionale. Reglementările au stabilit caracteristicile obligatorii ale standurilor şi echipamentelor de încercare în ideea de reproduce cât mai fidel realitatea. Dar un studiu mai atent al standardelor de imunitate identifică limite lor în a oglindii o realitate mult mai nuanțată. Identifică de asemenea inconsistențe și posibilități de unificare a evaluării unor fenomene asemănătoare. Pentru precizie și repetabilitate, trebuie să se utilizeze corect metodele şi tehnicile de testare standardizate actuale. În același timp trebuie să fie dezvoltate unele noi.

Prezenta teză de doctorat urmăreşte evaluarea imunității electromagnetice a echipamentelor electrice și electronice la fenomene perturbative în contextul marii lor diversități și a dinamismul interacțiunii echipament mediu.

Problema propusă spre rezolvare Problema evaluării imunităţii electromagnetice pentru clase largi de echipamente ridică întrebări legate de natura investigației dar și de alegerea unor echipamente reprezentative. A avea imunitate înseamnă a nu avea vulnerabilitate. Cercetările actuale definesc conceptele şi oferă instrumente pentru evaluarea comportării echipamentelor electrice şi electronice la perturbaţii electromagnetice. Totuşi, sunt încă întrebări la care nu s-a răspuns decât parţial sau încă neelaborat:

- în ce constă vulnerabilitatea echipamentelor electrice și electronice ? - care sunt şi de unde vin amenințările și care este mecanismul lor de acțiune ? - echipamentul concret ales pentru a fi evaluat este suficient de reprezentativ pentru

larga clasă a echipamentelor electrice și electronice? De asemenea, metodele și instrumente actuale de evaluare a imunității electromagnetice a echipamentelor electrice şi electronice la perturbaţii conduse nu sunt suficient de structurate și consistente.


6

Obiectivele tezei Obiectivul general al tezei este dezvoltarea de metode şi instrumente de evaluare a imunității electromagnetice a echipamentelor electrice şi electronice la perturbaţii conduse. Atingerea acestui obiectiv general s-a realizat prin îndeplinirea obiectivelor specifice de sinteză şi a unor obiective experimental aplicative specifice. Obiective de sinteză:

1. Identificarea conceptelor fundamentale pe baza cărora să fie evaluată imunitatea electromagnetică a echipamentelor electrice și electronice la orice tip de perturbații.

2. Înțelegerea fenomenelor fizice care guvernează mecanismul de cuplare a perturbațiilor electromagnetice și descrierea modelului lor matematic.

3. Studiul impulsului electromagnetic tranzitoriu ca bază a oricărui fenomen perturbativ, fenomenele continue fiind doar impulsuri repetate sau periodice.

Obiective experimentale specifice: 1. Evaluarea imunității electromagnetice a echipamentelor electrice și electronice la

perturbații conduse continue generate de câmpuri electromagnetice de radiofrecvență și de variații și întreruperi de scurtă durată ale tensiunii de alimentare de la rețea.

2. Evaluarea imunității electromagnetice a echipamentelor electrice și electronice la perturbații conduse tranzitorii sub forma descărcărilor electrostatice, a trenurilor de impulsuri rapide de tensiune, a undelor de șoc de tensiune și curent.

Obiectivele de sinteză legate de înțelegerea fenomenului fizic care guvernează mecanismul de cuplare și identificarea conceptelor fundamentale pe baza cărora să fie evaluată imunitatea electromagnetică fac obiectul capitolelor întâi şi doi. Obiectivele experimentale şi cel de sinteză legat de Studiul impulsului electromagnetic tranzitoriu ca bază a oricărui fenomen perturbativ fac obiectul capitolelor doi - patru.

Metodologia cercetărilor doctorale Prezenta lucrare se individualizează prin ceea ce abordează dar şi prin ceea ce lasă deoparte. Problematica imunităţii cuprinde multitudinea perturbaţiilor electromagnetice cu sursele şi căile lor de cuplare, cu marea diversitate a echipamentelor electrice şi electronice, a procedurilor de testare, metodelor de măsurare, a metodelor şi tehnicilor de diminuare a efectelor perturbaţiilor electromagnetice asupra materiei vii sau moarte.

Sunt evaluate, pe baza unui set de concepte fundamentale, perturbațiile conduse continue și tranzitorii la nivelul interacțiunii echipament-mediu electromagnetic, procedurile de testare reglementate de standardele de imunitate.

Teza nu tratează probleme legate de emisii perturbative şi cele legate de metodele şi tehnicile de diminuare la nivelul echipamentului (caracteristicile componentelor electronice, mecanismele de distrugere). De asemenea abordează doar tangenţial perturbaţiile de joasă frecvenţă şi cele referitoare la armonici şi flicker.

Interacțiunea perturbație - echipament electric sau electronic presupune o sursă a perturbației, o cale de cuplare și un echipament victimă. Investigația prezentei cercetări se concentrează la nivelul căii de cuplare. Pe calea de cuplare putem interveni, la nivelul sursei - în cele mai multe cazuri nu. Dar cunoscând mecanismele de acumulare și concentrare a energiei la


7

nivelul sursei, putem prevedea, supraveghea. Odată identificate mecanismele de cuplare a perturbației, putem interveni și la nivelul echipamentului trecând doar limita parte - sistem.

Tema prezentei lucrări Evaluarea imunităţii electromagnetice a echipamentelor electrice şi electronice la perturbaţii conduse deschide cercetării în domeniul CEM o perspectivă largă, datorată atât acțiunii pe care o implică - evaluarea imunității electromagnetice, cât și obiectului cercetării, echipamentele electrice și electronice, și asta în conexiune cu dinamismul fenomenelor implicate. O perspectivă largă nu poate fi cuprinsă decât dacă se apelează la conceptele fundamentale ale teoriei câmpului electromagnetic.

Capitolul întâi, intitulat Imunitatea electromagnetică, este dedicat explicării fenomenelor fizice care guvernează mecanismul de cuplare a perturbațiilor electromagnetice și identificării unor concepte fundamentale prin prisma cărora să fie evaluată imunitatea electromagnetică a echipamentelor electrice și electronice la orice tip de perturbații. Aceste concepte sunt: concentrare şi transfer de energie (CTE), interacţiunea echipament-mediu electromagnetic (IEM), mod comun-mod diferenţial (MCD), pământ, pământare, masă (PPM), câmp apropiat - câmp îndepărtat (CAD). Sunt prezentate de asemenea rezultatele unor cercetări privind mediul electromagnetic în domeniu de frecvenţă 80 MHz-3 GHz în diverse zone urbane, comparativ cu cele obținute pentru mediul electromagnetic în același domeniu de frecvență, al municipiului Brașov. Perturbaţiile electromagnetice se pot clasifica după diferite criterii. În teză s-a ales ca şi criteriu de clasificare a perturbaţiilor, durata lor în timp: perturbațiile EM sunt continue sau tranzitorii. A fost ales acest criteriu în vederea orientării cercetării spre aspectele dinamice ale fenomenelor electromagnetice, deoarece, în opinia autorului, dinamismul este caracteristica esenţială a manifestării fenomenologice a câmpului electromagnetic.

Capitolul al doilea, intitulat Imunitatea electromagnetică la perturbaţii conduse continue, cuprinde evaluarea imunității electromagnetice la perturbații electromagnetice conduse induse de câmpuri de radiofrecvență şi perturbații electromagnetice conduse generate de variaţii şi întreruperi de tensiune. Evaluate prin prisma celor cinci concepte fundamentale, perturbațiile electromagnetice conduse își dezvăluie aspectele specifice legate de locul interacțiunii echipament - mediu electromagnetic: caracteristicile câmpului electromagnetic în zona interacțiunii, modul de transfer al energiei perturbative, modul perturbației. Sunt analizate cerințele standardelor de imunitate specifice acestor tipuri de perturbații electromagnetice, cerințe care sunt implementate în cadrul cercetării experimentale. Sunt descrise procedurile de testare şi cele două standuri implementate pentru evaluarea imunității la perturbații induse de câmpuri de radiofrecvență şi la perturbații generate de variaţii şi întreruperi de tensiune. Sunt evaluate din punct de vedere al imunității următoarele clase de echipamente: surse în comutație tip PC, contactoare electromagnetice, motoare electrice. Au fost ridicate răspunsurile în frecvență pentru patru surse în comutație tip PC și curbele CBEMA ale surselor în comutație și ale unor contactoare electromagnetice.

Capitolul al treilea, intitulat Imunitatea electromagnetică la perturbaţii tranzitorii, cuprinde evaluarea imunității electromagnetice la următoarele perturbații conduse tranzitorii : descărcări electrostatice, trenuri de impulsuri rapide de tensiune şi unde de șoc de curent sau tensiune. Sunt descrise cele două standurile de testare puse în funcțiune şi realizate pe baza


8

schemelor de amplasament și a schemelor electrice standard. Pentru surse în comutație tip PC și adaptoare CA-CC, este evaluată imunitatea la fenomene de comutație generate de conectarea/deconectarea la rețea și la perturbații sub forma trenurilor de impulsuri rapide de tensiune standard. A fost identificat nivelul minim de la care este rațional să pornească testele de imunitate la trenurilor de impulsuri rapide de tensiune.

Capitolul al patrulea, intitulat Impulsul electromagnetic în testele de imunitate, este dedicat studiului impulsului electromagnetic tranzitoriu sub formă de undă de șoc de curent. Este descris fenomenul de trăsnet din punct de vedere electromagnetic. Schemele electrice simplificate ale generatoarelor de perturbații prezentate în standarde sunt rezolvate în Matlab și este evaluată forma de undă a semnalului de ieșire din punct de vedere al adecvării la forma de undă reglementată. Sunt analizate studiile actuale legate de expresiile matematice propuse pentru reproducerea impulsului electromagnetic tranzitoriu sub formă de undă de șoc de curent. Sunt stabilite condiţiile ca aceste relaţii să exprime corect fenomenul real, să corespundă datelor experimentale şi să permită producătorilor de generatoare să realizeze echipamente de testare capabile să producă impulsuri de curent cu amplitudinea și timpii specificați în standarde. Capitolul al cincilea, intitulat „Concluzii finale”, cuprinde concluziile generale asupra cercetărilor efectuate, contribuțiile și intențiile de continuare a cercetării în domeniul CEM.

Mulțumiri În primul rând, mulțumesc, conducătorului ştiinţific, Prof. univ. dr.ing. Elena HELEREA, pentru minunatul prilej pe care mi l-a oferit, acela de a mă reîntâlni cu școala. Mulțumesc pentru libertatea și încrederea pe care mi-a acordat-o, pentru dedicație, exigență, pentru răbdare, înțelegere și afecțiune.

Mulţumesc domnilor Prof. univ. dr.ing. Octavian BALTAG, Prof. univ. dr.ing. Călin MUNTEANU, domnișoarei Conf. univ. dr. ing. Lia ACIU, pentru distinsa lor prezență în Comisia de doctorat, pentru încrederea acordată și onoarea care mi-au făcut-o acceptând să mă îndrume în etapa finală a cercetării doctorale.

Mulţumesc domnișoarei Decan, Prof. univ. dr. ing. Carmen GERIGAN, pentru sprijinul şi încurajările acordate în perioada realizării lucrării. Mulțumesc domnului șef al Departamentului de Inginerie Electrică și Fizică Aplicată, Prof. univ. dr.ing. Dănuț ILEA, pentru preocupare și atenție, precum și întregului colectiv al Departamentului IEFA pentru atmosfera plăcută care mi-a dat senzația că m-am întors acasă.

Mulțumesc de asemenea colaboratorilor apropiați Carmen LUNGOCI, Beatrice MOAȘA, Anca CIOBANU, Larisa MĂRIUȚ, Dănuț OLTEAN, Daniel CĂLIN, Ionel LEPĂDAT și Cătălin MIHAI.

Soției mele îi mulțumesc pentru spiritul de sacrificiu, pentru dragostea și înțelegerea din această dificilă perioadă. Fetelor mele le mulțumesc tot pentru dragoste. Mulțumesc lui Dumnezeu pentru sănătate și pentru că m-a ocrotit de atâtea ori când nu meritam.


9

1. IMUNITATEA ELECTROMAGNETICĂ

A evalua (to assess), conform Oxford Dictionary, înseamnă a estima natura, abilitatea, calitatea unui obiect sau fenomen supus acţiunii de evaluare. Prezenta lucrare evaluează abilitatea obiectului – aici, echipamentul electric sau electronic - numită imunitate.

1.1. Perturbaţii şi imunitate electromagnetică Conceptul de imunitate, definit ca abilitatea de a rezista unor solicitări, acoperă o arie foarte largă a existenţei, de la imunitatea biologică până la cea diplomatică. Ne dorim sisteme de operare imune la viruşi informatici şi echipamente electrice şi electronice atât de bine proiectate încât să nu se strice niciodată. În ceea ce priveşte echipamentele electrice şi electronice, imunitatea electromagnetică reprezintă abilitatea de a funcţiona fără degradare în prezenţa perturbaţiilor electromagnetice. Perturbaţiile electromagnetice sunt fenomene electromagnetice care pot afecta performanţele unui echipament sau sistem de la o dereglare temporară până la distrugerea sa. Totodată ele pot avea efecte distructive la nivelul structurilor materiei, fie ea vie sau moartă. Această definiţie introduce perturbaţia electromagnetică în conceptul mult mai larg de fenomen electromagnetic, ca manifestare a unei forme fundamentale a materiei - câmpul electromagnetic. Fenomenele electrice şi magnetice sunt transmise în spaţiu, chiar şi în vid, de la un corp la altul, cu o viteză finită. Afirmaţia respectă principiul continuităţii, adică două corpuri distincte pot acţiona unul asupra altuia numai printr-un inter-medium [1]. Acest inter-medium este câmpul electromagnetic. Prezenţă intermediată, capabil să creeze interacţiuni extrem de rapide la distanţă, fără contact direct, câmpul electromagnetic nu este un concept intuitiv şi uşor de înţeles în ceea ce priveşte producerea, acţiunea şi propagarea sa.

Fenomenele electromagnetice diferă de alte fenomene fizice; au un caracter ascuns şi discret ce ţine de însăşi natura câmpului electromagnetic de a se face prezent doar intermediat de forţele electrice sau magnetice care-i dau realitate fizică. Nucleul teoriei câmpului electromagnetic îl constituie ecuaţiile lui Maxwell. În faimosul memoriu adresat Societăţii Regale, in 1864, James Clerk Maxwell a prezentat 9 ecuaţii cuprinzând toate legile cunoscute ale electricităţii şi magnetismului [2]. Maxwell şi-a elaborat lucrarea pe vremea când încă notaţia vectorială nu era definitivată, aşa că a ales variabile şi ecuaţii scalare pentru a reprezenta câmpurile. Dar adevărata frumuseţe şi consistenţă a ecuaţiilor lui Maxwell se dezvăluie atunci când ecuaţiile sunt scrise sub formă vectorială. Ecuaţiile lui Maxwell, cuprinzând legile fundamentale ale electricităţii şi magnetismului sunt exprimate [1] în forma integrală:

Legea inducţiei electromagnetice


10

dtBldE

S

(1.6)

Legea circuitului magnetic

SS

SdtDSdJldH

(1.7)

Legea fluxului electric

qSdD

(1.8)

Legea fluxului magnetic

0SdB

(1.9)

Ecuaţia (1.7) a fost cunoscută până la Maxwell sub numele de Legea lui Ampere şi avea forma :

S

SdJldH

, (1.7)

completată de Maxwell cu termenul:

SSd

tD

, (1.8)

a adus în discuţie posibilitatea propagării câmpului electromagnetic în spaţiul liber. Acest lucru a fost demonstrat experimental pentru prima oară de Heinrich Hertz în anul 1887. Hertz a pus în evidenţă desprinderea câmpului electromagnetic de ansamblul fizic al circuitului electric în care a fost generat, şi propagarea sa în spaţiul liber. Experimentul a fost apoi argumentat pe larg din punct de vedere teoretic în lucrarea Electric Waves [4].

1.2. Concepte fundamentale în studiul imunităţii electromagnetice Acţiunea practică eficientă în domeniu imunităţii electromagnetice porneşte de la considerarea caracteristicilor electromagnetice ale materiei şi de la înţelegerea următoarelor concepte legate de perturbaţiile electromagnetice, pe care le considerăm esenţiale:

- Concentrare şi transfer de energie (CTE) - Interacţiune echipament mediu electromagnetic (IEM) - Mod comun şi mod diferenţial (MCD) - Pământ, pământare, masă (PPM) - Câmp apropiat / îndepărtat (CAD).

Aceste concepte constituie o grilă pe baza căreia va fi evaluată în capitolele următoare imunitatea electromagnetică a echipamentelor electronice la diverse tipuri de perturbaţii.

1.2.1. Concentrare şi transfer de energie

Transferul de energie în circuitele electrice În circuitele electrice, fie de curent alternativ fie de curent continuu, transferul maxim de energie către sarcină are loc atunci când impedanţa internă a sursei este egală cu impedanţa sarcinii, lucru pe care îl vom demonstra în continuare. În cazul în care aceste impedanţe au un caracter rezistiv, pentru un circuit electric format din reţeaua de alimentare monofazată de


11

curent alternativ cu rezistenţa internă Ri, ca și sursă şi o sarcină Rs, expresia puterii electrice pe sarcină este dată de relaţia:

)( 2

2

si

s

RRURP

(1.19)

Puterea pe sarcină este maximă, atunci când derivata ei în raport cu sarcina este zero. Acest lucru se întâmplă când Ri=Rs .

În Fig.1.1 este reprezentată variaţia puterii transferate sarcinii în funcţie de variaţia rezistenţei sarcinii, atunci când rezistenţa internă a sursei şi tensiunea livrată au o valoare dată. Graficele confirmă ceea ce am demonstrat mai sus analitic.

a) b) Fig. 1.1. Puterea transferată sarcinii de rezistență Rs variabilă, pentru tensiunea de alimentare este U = 230 V iar rezistenţa internă este: a) Ri = 15 Ω; b) Ri = 0.1 Ω

La alimentarea echipamentelor de la reţeaua electrică de curent alternativ, trebuie avută în vedere valoarea impedanţei reţelei de alimentare. Reţeaua are două feluri de impedanţă, o impedanță de mod diferenţial sau simetrică şi o impedanță de mod comun sau asimetrică. Calculul puterii cu relaţia (1.9) a avut în vedere impedanţa diferenţială (simetrică) a reţelei.

Fig. 1.2 [8] prezintă variaţia în funcţie de frecvenţă a impedanţei asimetrice a reţelelor de alimentare cu energie electrică în cazul câtorva ţări.

Fig. 1.2. Variaţia impedanţei asimetrice a reţelei de distribuţie funcţie de frecvenţă

pentru diferite sisteme energetice

Impedanţa asimetrică după cum se poate observa din Fig. 1.2 depinde pronunţat de frecvenţă şi diferă ca valoare în diferite sistemele energetice naţionale

Aşadar în circuitele electrice transferul maxim de putere se obţine prin adaptarea sarcinii la impedanţa sursei. În ceea ce priveşte imunitatea, urmărim să diminuăm efectul perturbaţiilor electromagnetice asupra echipamentului electronic şi în consecinţă vom căuta căile prin care


12

să facem ca impedanţa internă a sursei de perturbaţii şi impedanţa echipamentului să fie cât mai neadaptate.

Transferul de energie wireless O analiză asupra modului de transfer wireless a energie este făcută în [10], Wireless Energy Transfer in a Medium-Range Charging Area, Ing. Corneliu URSACHI, Prof. Dr.Ing. Elena HELEREA.

Tipuri de transfer wireless a energie

În funcţie de raportul dintre dimensiunile obiectelor DOBJ şi distanţa dintre ele L, transferul wireless al energiei (WET - Wireless Energy Transfer ) sau transferul wireless al puterii (WPT - Wireless Power Transmission) poate fi realizat prin :

- Radiaţie directă, în domeniul microundelor, pentru distanţe mari (L >> DOBJ); - Transfer non radiativ în câmp apropiat prin rezonanţă magnetică (NFMR- Near Field

Magnetic Resonance), la distanţe medii (L = unităţi de DOBJ); - Transfer non radiativ în câmp apropiat prin inducţie magnetică, la distanţe foarte mici

(L << DOBJ).

1.2.2. Interacţiunea echipament - mediu electromagnetic

Modelul fundamental al CEM este reprezentat în Fig. 1.9: o sursă de perturbaţii găseşte o cale de cuplare către un echipament victimă.

Sursa Cale de cuplare Victima

Fig. 1.9. Modelul compatibilităţii electromagnetice

Efectul perturbaţiei electromagnetice este transferul de energie către victimă.

1.2.2.1. Surse de perturbații electromagnetice În Fig. 1.10 sunt prezentate diferite categorii de perturbaţii electromagnetice conduse, și forma lor de undă [22].

Categorii de perturbaţii conduse Forma de undă

I. Perturbații conduse tranzitorii

De tip impuls

De tip oscilatoriu

II. Variaţii de scurtă durată de tensiune


13

Gol de tensiune (dip)

Subtensiuni temporare (Sag)

Supratensiuni temporare (Swells)

III. Variaţii de lungă durată de tensiune

Subtensiuni de lungă durată

Supratensiuni de lungă durată

IV. Distorsiuni ale formei de undă

DC offset

Armonici

Interarmonici

Fluctuații de tensiune (Flicker)

Ciupituri (Notching)

Zgomote (Noises)

Fig. 1.10. Perturbaţii electromagnetice conduse - Clasificări şi forme de undă

1.2.3. Mod comun şi mod diferenţial de raportare a perturbaţiei conduse

Există două moduri de a raporta perturbaţia condusă la referinţă, modul comun în cazul în care semnalul e raportat la o referință comună şi modul diferenţial când semnalul este diferenţa de potenţial dintre două linii. Modul diferenţial, numit şi mod transversal, se referă la ceea ce ne dorim relativ la alimentarea cu energie din reţea pentru echipamentele electrice şi electronice pe care le utilizăm şi relativ la semnalele de control sau comunicaţii pe care acestea le schimbă cu alte echipamente.


14

Modul comun, numit şi mod longitudinal sau mod antenă, se referă la energia nedorită captată sau emisă de echipamentele electrice şi electronice.

În Fig. 1.17, în partea de sus sunt definite tensiunile de mod comun şi de mod diferenţial, iar în partea de jos este prezentată forma de undă a acestora în cazul în care V1 si V2 sunt tensiuni sinusoidale.

Fig. 1.17. Definirea tensiunilor de mod comun şi de mod diferențial

Cazul a două sisteme interconectate prin liniile L1 si L2, având un plan de referinţă comun şi curenţii perturbatori de mod comun sau diferenţial este prezentat în Fig. 1.18.

Plan de Referinta

Icm

Idm

Icm

2Icm

Idm

Idm

S2 S1 L1

L2

a)

L1 L1

L2 L2

Plan de Referinta Plan de Referinta

b)

Fig. 1.18. Definirea curenţilor de mod comun şi mod diferenţial: a) buclele de curent corespunzătoare celor două moduri; b) forma impulsului de curent

Observaţii Buclele curenţilor de mod comun (Fig. 1.18) sunt mult mai largi decât cele ale curenţilor de mod diferenţial, generând prin urmare un câmp electromagnetic într-o zonă mult mai întinsă, modul comun fiind cel mai adesea cel care creează ''antenele accidentale'' şi prin urmare probleme legate de emisie şi imunitate în domeniul de frecvenţă 1 MHz - 1 GHz. O analiză între modul diferenţial şi cel comun [26] evidenţiază următoarele diferenţe. Modul diferenţial:

- se referă la operarea normală a circuitelor; - curentul circulă în bucle care-i sunt destinate prin proiectare;


15

- are documentaţie (scheme electronice, de amplasament, diagrame de cablare); - e uşor de înţeles.

Modul comun: nu este legat de operarea normală a circuitelor; curentul se închide prin bucle parazite; nu există documentaţie; e mai dificil de înţeles.

1.2.4. Pământ, pământare, masă Noţiunea de Pământ sau pământare este un concept important în CEM, de multe ori confuz pentru cei care învaţă sau lucrează în domeniul electric sau electronic în special, pentru că nu i se acorda întotdeauna importanţa cuvenită.

Pământul, planeta cu care ne învârtim prin spaţiu, are remarcabila proprietate de a fi, din punct de vedere electric, neutră, cu potenţialul electric egal cu zero. Orice corp legat la Pământ printr-un conductor electric nu poate fi încărcat nici cu sarcină electrică pozitivă, nici cu sarcină electrică negativă. De aceea majoritatea echipamentele electrice şi electronice, au carcasele legate printr-un fir conductor la Pământ, evitând astfel posibilitatea aplicării unei tensiuni periculoase pe carcasă, urmare a unui defect din interiorul sau exteriorul echipamentului este evitată. În schemele electrice sau electronice sunt utilizate diferite simboluri pentru pământare, dar în principiu toate indică zero volţi. Astfel: Simbolul Pământ indică un loc legat electric la planeta Pământ, fie prin intermediul reţelei, fie printr-o bandă metalică îngropată în Pământ.

Simbolul Masă indică o conexiune a sursei de alimentare care asigură calea de întoarcere a curentului, în mod uzual legată la Pământ.

Simbolul Şasiu indică o conexiune la cutia metalică în care funcţionează circuitele electrice sau electronice. Astfel echipamentele electrice dintr-un autoturism sunt alimentate de la o baterie de 12 V, valoarea de 12 V, având ca referinţă şasiul autoturismului la care este legată cealaltă bornă a bateriei. Dar şasiul se poate încărca, datorită frecării cu aerul din timpul deplasării pe roţile izolatoare electric, la un potenţial electric semnificativ faţă de Pământ.

Curentul electric circulă întotdeauna în bucle închise. Ideea că electrodul de pământare creează o scurgere a curentului de impedanţă nulă, care să absoarbă, să facă să dispară curenţii electrici nedoriţi, nu are o bază reală. Chiar dacă ar exista această impedanţă egală cu zero, curentul trebuie să aibă o cale de întoarcere pe altă rută pentru a închide bucla.

Punerea la pământ este un concept viabil doar în ceea ce priveşte siguranţa umană, prevenind şocul electric, limitând diferenţa de potenţial la care poate fi supusă o persoană. Structurile metalice de pământare trebuie considerate doar ceea ce sunt de fapt, căi de scurgere a curentului electric de mod comun sau diferenţial, nu căi cu impedanţă nulă de scurgere a


16

acestuia. Este preferabil să renunțăm la denumirea de plan de masa sau pământare, în favoarea aceleia de plan de referinţă de radiofrecvenţă, dată fiind comportarea diferită a unui plan de referinţă funcţie de frecvenţa, în ceea ce priveşte calea de întoarcere a curentului electric [23].

In Fig. 1.20 este prezentat modul de închidere a căii de curent printr-un conductor și planul de referinţă.

a)

b) c) d)

Fig. 1.20. Influenta frecvenţei semnalului asupra căii de întoarcere prin planul de referinţă: a) structura sistemului considerat; b) calea de închidere pentru f=10 Hz; c) calea de închidere

pentru f=1 kHz; d) calea de închidere pentru f=10a kHz [23] Imaginile din Fig. 1.20, obţinute prin simulare software, înfățișează calea de întoarcere a curentului electric la diferite frecvenţe. Circuitul electric este format dintr-un generator de semnal sinusoidal care aplică o tensiune efectivă de 1 V la un capăt al unui conductor în forma de L, poziţionat la 2 cm deasupra unui plan de referinţă realizat dintr-o foaie metalică; capătul celălalt al conductorului fiind conectat la planul de referinţă. La frecvenţă joasă, calea de întoarcere urmează latura triunghiului care închide L-ul. Odată cu creşterea frecvenței, calea de întoarcere se apropie tot mai mult de conturul L-ului, ajungând la frecvenţe mari să fie chiar sub acesta. Realitatea acestei simulări se poate verifica cu o sonda de câmp apropiat. Ceea ce merită reţinut este faptul că la frecvenţe mari calea de întoarcere a curentului electric este chiar sub conductorul în forma de L, restul planului de referinţă nefiind afectat de acest curent, şi poate fi folosit la conectarea altor circuite, constituind o referinţă de bună calitate [23].

1.2.5. Câmp apropiat şi câmp îndepărtat În vederea identificării surselor şi a căilor de cuplare ale perturbaţiilor electromagnetice este necesară o bună înţelegere a caracteristicilor câmpului electromagnetic [27], înțelegere pentru care conceptele de câmp apropiat (near field) şi cel de câmp îndepărtat (far field) sunt esenţiale.

Alte constatări [27]:

- Câmpul apropiat dispare în momentul în care sursa care îl produce este întreruptă, în


17

timp ce câmpurile radiate se propagă pană în momentul când sunt absorbite, în urma interacţiunilor cu mediul electromagnetic. Câmpul apropiat are un caracter local, nu poate fi detectat (în sensul de recepţionat), cel radiat, da.

- Câmpul apropiat se poate manifesta ca undă, dar poate fi şi static, poate fi exclusiv magnetic, exclusiv electric sau o combinaţie a celor două, în timp ce câmpul radiat se propagă sub formă de undă electromagnetică plană, are şi componentă magnetică şi componentă electrică, perpendiculare una pe alta şi pe direcția de propagare. Câmpul radiat are în spațiul liber, raportul între E si H, egal cu impedanţa spaţiului liber de 377 Ω şi se propagă cu viteza luminii c=3∙108 m/s.

- Densitatea de energie pentru câmpul apropiat descreşte mai rapid decât cu 1/r2, r fiind distanţa faţă de la sursă. Dimpotrivă, la câmpurile radiante, energie descreşte exact cu 1/r2

, implicând împrăştierea radiaţiei câmpului pe suprafaţa unei sfere de raza r. Suprafaţa sferei fiind 4πr2 , energia totală pe orice sferă, la orice distanţă este aceeaşi, motiv pentru care câmpul care radiază energie, este denumit câmp îndepărtat (far field).

- Spre exemplu în cazul unei bobine curentul electric creează câmp magnetic, câmp apropiat, în vecinătatea spirelor bobinei în intervalul de timp în care sarcina electrică este accelerată şi redă energia sursei în perioada în care sarcina e decelerată, acest transfer reciproc de energie fiind în cazul unei bobine ideale, fără pierderi.

- Un alt aspect important de reţinut este legat de modul în care reacţionează sursa unui câmp apropiat respectiv câmp îndepărtat atunci când un alt obiect absoarbe energie din câmp.

a. Pentru sursa unui câmp radiat, fie ea un post de emisie TV, odată ce energia părăseşte antena, energia se propagă până ce este absorbită de un receptor TV sau de alte obiecte. Faptul că cineva recepționează semnalul TV, nu are nici un efect asupra sursei, puterea staţiei de emisie nu depinde de câţi oameni recepţionează semnalul la un moment dat.

b. În cazul câmpului apropiat, faptul că un alt obiect, în cazul nostru un receptor în rezonanţă cu sursa, absoarbe energie, provoacă o reacţie în circuitul sursă, de aceea câmpul apropiat este denumit şi câmp reactiv. Simplul fapt de a măsura câmpul schimbă caracteristicile câmpului pe care încercăm să-l măsuram [27].

Înţelegerea caracterului reactiv al câmpului electromagnetic apropiat este importantă pentru identificarea unor fenomene de rezonanţă şi pentru efectuarea unor măsurători de bună calitate. Este prudent şi recomandabil să considerăm că suntem întotdeauna în câmp apropiat, câmp reactiv, că orice acţiune a noastră va primi un răspuns, va avea o consecinţă.

1.3. Mediul electromagnetic Zona care înconjoară obiectul supus studiului legat de imunitatea electromagnetică este numită „mediul electromagnetic”.

Mediul electromagnetic este definit în International Electrotechnical Vocabulary ca reprezentând totalitatea fenomenelor electromagnetice existente într-un loc dat.


18

În alte lucrări [29], mediul electromagnetic este definit prin „parametrii care caracterizează interacţiunile electromagnetice: forţe electrice şi magnetice, intensităţi de câmp electromagnetic, energie şi putere”. Dacă prima definiţie pune accentul pe aspectul fenomenologic, a doua pune accent pe conceptul de interacţiune. Din punctul de vedere al studiilor legate de imunitatea electromagnetică, ambele accente sunt bogate în conţinut. Accentul pus pe fenomen ne face atenţi la existenţa şi omniprezenţa câmpului electromagnetic, în timp ce accentul pus pe interacţiune face conexiuni cu modul de manifestare a câmpului electromagnetic ca fenomen intermediat care îşi face simţită prezenţa prin forţe electrice şi magnetice. Pe lângă denumirea de mediu electromagnetic (electromagnetic environment), foarte sugestivă este cea de fundal electromagnetic (electromagnetic background). Suntem adesea concentraţi doar pe ceea ce facem noi, pe echipamentul pe care-l folosim pe experimentele pe care le realizăm uitând că de multe ori ceea ce este important si decisiv se produce în fundal, ascuns şi nebănuit, în spatele cortinei puse de propria neatenţie sau ignoranță.

1.3.1. Cercetări actuale

În continuare vor fi trecute în revistă o parte din cercetările actuale legate de mediul electromagnetic în zona de radiofrecvență a spectrului. La Roma, în [35] , [36] este investigat câmpul electromagnetic şi sunt efectuate măsurători de bandă largă în apropierea locaţiilor unde urmau să fie amplasate antene GSM . Au fost stabilite de asemenea nivele de atenţie pentru clădirile în care oamenii petrec mai mult de patru ore iar pentru noile echipamente de comunicaţii s-a fixat obligativitatea de a nu genera emisii peste anumite limite de calitate a mediului electromagnetic.

La Ankara [37], cercetătorii turci au construit o hartă a poluării electromagnetice pentru spectrul de frecvenţă 75 MHz – 3 GHz. Deşi existau îngrijorări legate în primul rând de emisiile din zona GSM, cercetările au arătat că cele din zona Radio-TV, cu puteri de 500 kW – 2 MW, s-au dovedit mult mai agresive. Un studiu experimental a fost efectuat şi în oraşul Xiamen din China [36] care a avut ca rezultat o izogramă a intensităţii câmpului electric în localitate. Au fost înregistrate valori maxime ale intensităţii câmpului electric de 4,8 V/m, în domeniul frecvenţelor TV şi radio FM. Au fost efectuate măsurători [39] pentru identificarea locurilor cu radiaţie ridicată. Acestea au fost comparate cu estimările făcute pe baza unui model de propagare undelor care calcula intensitatea câmpului electric în trei puncte diferite dintr-o anumită zona de interes. Cercetători greci şi belgieni [40], în cadrul unui proiect comun , au evaluat expunerea spaţială şi temporală a copiilor şi adulţilor în 153 de locaţii din 55 micro medii electromagnetice situate în cele două ţări., iar cercetători sârbi au implementat un sistem de monitorizare a mediului electromagnetic din zona Universităţii din Novi Sad [41].

1.3.2. Investigarea perturbaţiilor electromagnetice în zone urbane La nivelul anului 2013 autorul a continuat cercetările efectuate în cadrul Departamentului IEFA [29], [42].


19

A

B

C

D

E

F

G

Fig. 1.28. Localizarea zonelor în care s-au efectuat măsurători

În Fig. 1.30 este selectată intensitatea câmpului electric, în spectrul de frecvență 80 MHz-3 GHz pentru locaţia unde s-a obţinut valoarea cea mai ridicată din toată zona urbană a municipiului Braşov investigată.

00.10.20.30.40.50.60.70.8

80.0

000

289.

0000

498.

0000

707.

0000

916.

0000

1125

.000

013

34.0

000

1543

.000

017

52.0

000

1961

.000

021

70.0

000

2379

.000

025

88.0

000

2797

.000

0

Field

Stre

ngth

(V/m

)

Frequency (MHz)

Zone F

Winter

Summer

Fig. 1.30. Variaţia câmpului electric, în spectrul de frecvență 80 MHz-3 GH în imediata

vecinătate a antenei de emisie-recepţie de pe muntele Tâmpa

1.4. Concluzii

În capitolul întâi, subcapitolele 1.1 și 1.2, în urma documentării ştiinţifice a cărților, articolelor și nu în ultimul rând al standardelor, au fost stabilite cinci concepte fundamentale care să constituie baza teoretică a cercetării, în lumina cărora să fie evaluată imunitatea electromagnetică a echipamentelor electrice și electronice la perturbații conduse:

concentrare şi transfer de energie (CTE), interacţiunea echipament-mediu electromagnetic (IEM), mod comun-mod diferenţial (MCD), pământ, pământare, masă (PPM), câmp apropiat - câmp îndepărtat (CAD)

După stabilirea bazei teoretice a cercetării, subcapitolul 1.3 a fost destinat studiului unui mediu electromagnetic concret, cel al municipiului Brașov. Cercetarea a extins studiul realizat în [29] prin măsurări în locații noi și în anotimpuri diferite (iarna și vara


20

2. IMUNITATEA ELECTROMAGNETICĂ LA PERTURBAŢII CONDUSE

CONTINUE

2.1. Perturbaţii electromagnetice induse de câmpuri electromagnetice de radiofrecvenţă

2.1.1. Caracteristicile perturbaţiilor de radiofrecvenţă Privite prin prisma celor cinci concepte fundamentale analizate în capitolul 1 perturbaţiile electromagnetice induse de câmpuri electromagnetice de radio frecvenţă au caracteristici specifice.

Câmp apropiat şi câmp îndepărtat

Perturbaţiile electromagnetice de radiofrecvenţă (RF) pot fi fenomene electromagnetice de câmp îndepărtat sau de câmp apropiat.

În câmp îndepărtat undele electromagnetice perturbative sunt unde plane, intensităţile componentei electrice E

şi a celei magnetice H

ale câmpului electromagnetic radiativ sunt

în fază, perpendiculare una pe alta şi situate într-un plan perpendicular pe direcţia de propagare (Fig. 2.1) [57].

a) b)

Fig. 2.1. Propagarea undei electromagnetice plane: a) variaţia în timp şi spaţiu; b) reprezentare vectorială

Pentru cazul în care câmpul electromagnetic se propagă în spaţiul liber după direcţia axei Oy, sub formă de undă plană se va stabili relaţia dintre amplitudinea componentei electrice Ez şi a celei magnetice Bx a câmpul electromagnetic. Se consideră [58] o buclă rectangulară în două cazuri:

- situată în planul yOz cu dimensiunile Δy şi Δz (Fig. 2.3.a) - situată în planul xOy, cu dimensiunile Δy şi Δx (Fig. 2.3.b).


21

a) b)

Fig. 2.2. Componentele câmpului electromagnetic şi poziţia lor faţă de bucla rectangulară: a) din planul yOz; b) din planul xOy.

Pentru cazul descris în Fig. 2.2.a, aplicând legea inducţiei electromagnetice (2.1) pe conturul buclei rectangulare în sensul corespunzător normalei la suprafaţă, rezultă:

zzEzyyEldE zz

)()(

zyt

BSdtB x

S

(2.5)

Egalând cei doi termeni rezultă:

tB

yE xz

(2.8)

Relaţia (2.8) arată că un câmp magnetic variabil în timp este generat de un câmp electric variabil în spaţiu [58]. Vom face un raţionament analog pentru bucla rectangulară situată în planul xOy cu dimensiunile Δy şi Δx din Fig. 2.2.b. Aplicând legea circuitului magnetic (2.4), pe conturul buclei rectangulare în sensul corespunzător normalei la suprafaţă, se obţine:

xyyBxyBldB xx

(2.10)

yxt

EsdEdtd z

S

0000

(2.11)

Egalând cei doi termeni obținem:

tE

yB zx

00 . (2.14)

Relaţia (2.14) arată că un câmp electric variabil în timp este generat de un câmp magnetic variabil în spaţiu [58]. Dacă derivăm în raport cu direcţia de propagare, relaţia (2.14) devine:

yE

ttE

yyB

yzzx

0000 (2.15)

Înlocuind relaţia (2.8) în (2.15) rezultă:

tE

ttE

tyE

tyB

yzzzx

000000 (2.16)


22

2

2

22

2

c1

tE

yB zx

(2.17)

Analog se poate demonstra că şi componenta electrică a undei plane satisface ecuaţia undei:

2

2

22

2

c1

tB

yE xz

(2.18)

În relațiile (2.17) şi (2.18) c este viteza de propagare a câmpului electromagnetic in spaţiul liber, definită cu relaţia:

o

1c

o

(2.19)

Pentru a determina relaţia între amplitudinile componentelor câmpului electromagnetic se consideră soluţia ecuaţiilor lui Maxwell în câmp îndepărtat [60]:

)cos( tkzEE 0 (2.20)

)cos( tkzBB 0 (2.21)

Aplicând ecuaţiile lui Maxwell pe conturul unor bucle rectangulare (Fig. 2.3 şi Fig. 2.4), se va deduce relaţia dintre amplitudinile componentei electrice şi a celei magnetice a câmpului electromagnetic la propagarea sa în spaţiul liber sub formă de unde plane. La momentul t=0, avem conform relaţiilor (2.15) o variaţie cosinusoidală în spaţiu a intensităţii componentei electrice E

, pe direcţia de propagare (Oy) a undei electromagnetice plane (Fig. 2.3).

Fig. 2.3. Calculul fluxului electric pe suprafaţa SГ de lungime l şi lăţime λ/4 [58]

Termenul din dreapta pentru legea circuitului magnetic, scrisă sub forma (2.4) pentru acest caz pe conturul suprafeţei de lungime l şi lăţime λ/4, devine:

S0

S SdyltkyE

tSd

tESd

tD

t)cos(00

D

(2.22)

000 lEclEk

dykylEt

00/4

00D )sin(

(2.23)

lldH cE00

(2.24)

Pentru termenul din stânga al ecuaţiei, pentru că H

este egal cu H0 pe latura situată pe axa x a circuitului magnetic, este perpendicular pe laturile de lungime λ/4 şi zero pe latura paralelă cu Oy la distanţa λ/4 de origine, valoarea integralei va fi:


23

lldH 0H

(2.25)

Vom avea aşadar egalitatea lcElH 00 0 (2.26)

adică 000 EcH (2.27)

Analog, scriind legea inducţiei electromagnetice pentru conturul Г al suprafeţei SГ situată în planul xOz de lăţime l şi lungime λ/4,

Fig. 2.4. Calculul fluxului magnetic pe suprafaţa SГ de lungime l şi lăţime λ/4

SdtB

tldE

S

B (2.28)

rezultă: 00 HE c0 (2.29)

Înlocuind E0 în (2.24), avem 2

00 c00 HH (2.30) adică remarcabila relaţie între viteza de propagare a undei electromagnetice plane şi constantele mediului electromagnetic reprezentat de spaţiul liber, ε0 şi μ0

1c200

sau sub forma (2.19), viteza de propagare a undelor electromagnetice în spaţiul liber fiind

egală cu viteza luminii, sm103c 8 .

Dacă în relaţia (2.24) înmulţim cu 0 şi înlocuim valoarea lui c din expresia (2.19), obţinem relaţia dintre amplitudinile componentei electrice şi a celei magnetice a câmpului electromagnetic în timpul propagării sale în spaţiul liber sub formă de unde plane:

cEB 0

0 (2.31)

Situaţia în câmp apropiat este mai complexă, pentru că valorile maxime şi minime ale E

şi H

nu se află în acelaşi punct pe direcţia de propagare aşa cum se întâmplă în câmp îndepărtat. Structura, în câmp apropiat, a câmpului electromagnetic, are un grad ridicat de neomogenitate, şi de aceea există o impedanţă caracteristică diferită de 377 Ω; poate exista câmp pur electric în unele regiuni şi pur magnetic în altele. Expunerea la câmp apropiat este mult mai dificil de cuantificat, pentru că structura câmpului electromagnetic este mult mai complicată. Densitatea de putere nu mai este în acest caz potrivită pentru a stabili restricţii de


24

expunere [59]. Totodată câmpul apropiat este un câmp reactiv şi însăşi prezenţa echipamentelor de testare sau măsurare modifică parametrii acestuia.

Concentrare şi transfer de energie

Din punct de vedere al transferului de energie, energia electromagnetică perturbativă radiată de la o sursă îndepărtată are sensul şi direcţia de propagare dată de vectorul lui Pointing (Fig. 2.5):

HEΠ

(2.32)

Fig. 2.5. Sensul vectorului Pointing

Vectorul lui Pointing reprezintă densitatea de putere radiată pe unitate de suprafaţă, exprimată în W/m2, care este proporţională cu puterea staţiei de emisie (sursa perturbatoare), şi invers proporţională cu distanţa faţă de aceasta. Pornind de la relaţia (2.27) în care înlocuim c cu valoarea din expresia (2.19), rezultă:

00 HE 000

1

)

00 HE 00 (2.33) Din relaţia (2.33) se poate deduce impedanţa caracteristică a spaţiului liber ca find raportul dintre E0 şi H0.

3771200

0

0

0

HE (2.34)

De asemenea relaţia (2.33) ridicată la pătrat şi împărţită la 2 conduce la egalitatea puterilor, electrică şi magnetică, radiate pe unitatea de volum.

22

2

0

2

0oo HE

(2.34)

În cercetările efectuate [41] asupra mediului electromagnetic de radiofrecvenţă al municipiului Braşov, intensitatea maximă a componentei electrice a câmpului electromagnetic radiat, măsurată în zona din apropierea antenei de emisie-recepţie de pe muntele Tâmpa, pe frecvenţa de 575 MHz a avut valoarea de 0,7 V/m. Cu relaţiile (2.32) şi (2.34), densitatea de putere a undei plane va fi:

23

220

00mW1029.1

3777.0

377

EHEΠ

Relativ la reglementările ICNIRP [61], acestea indică valoarea maximă admisibilă a densităţii de putere radiată:

2mW875.2

200575

200

fΠ


25

Putem trage concluzia că densitatea de putere radiată la 575 MHz este mult sub limitele ICNIRP, nefiind periculoasă pentru sănătatea umană.

În ceea ce priveşte energia de radiofrecvenţă, există implementări [60] ale unor sisteme de stocare a acestui tip de energie.

Mod comun-mod diferenţial la perturbaţiile RF

Perturbaţia electromagnetică RF este de mod comun. Perturbaţia, introdusă în echipament prin efect de antenă, de către cablurile de interconectare. Aceste cabluri funcţie de frecvenţa perturbatoare şi impedanţele circuitelor între care sunt conectate se comportă ca reţele de antene de recepţie mai mult sau mai puțin eficiente. Legat de acest aspect în lucrarea [61] au fost identificate frecvenţele de rezonanţă pentru cabluri de lungimi diferite.

Interacţiunea echipament-mediu electromagnetic la perturbaţiile RF

Interacţiunea echipament-mediu electromagnetic în cazul perturbaţiilor RF are loc prin efectul de antenă, la nivelul conductoarelor conectate la bornele echipamentului electric sau electronic victimă. Mediile electromagnetice sunt clasificate, după criteriul nivelului câmpului electromagnetic radiat la locul interacţiunii echipament-mediu. Iată cum sunt clasificate de către standardul EN 61000-4-6, conform criteriului amintit, mediile electromagnetice RF.

Pământ, pământare, masă

La frecvenţe ridicate, ca cele din domeniul 150 kHz-80 MHz, cablurile şi traseele conductoare au impedanţe dependente în mod pronunţat de frecvenţă şi de aceea este contraindicat să le folosim ca referinţe de tensiune. Este absolut necesară de aceea utilizarea unui plan conductor ca plan de referinţa de tensiune.

2.1.2. Cerinţele standardului de imunitate la RF Standardul EN 61000-4-6 defineşte:nivelurile de testare,echipamentele utilizate,configuraţia de testare (test setup),procedurile de testare (test procedures). Procedura de testare cuprinde:verificarea condiţiilor de referinţă în laborator,verificarea preliminară a funcţionării corecte a echipamentelor,efectuarea încercării,evaluarea rezultatelor încercării.

2.1.3. Stand pentru testarea imunităţii la radiofrecvenţă

Încercările de imunitate la perturbaţii de radiofrecvenţă sunt efectuate cu Standul de testare completat şi pus în funcţiune în Laboratorul CEM din cadrul Centrului de cercetare Sisteme Electrice Avansate de la Institutul de Cercetare-Dezvoltare-Inovare al Universităţii Transilvania din Braşov. Laboratorul CEM are în componenţă două incinte ecranate din punct de vedere CEM (Fig. 2.13, Fig. 2.14).


26

Fig. 2.13. Vedere a laboratorului CEM

a) b)

Fig. 2.14. Incinte pentru testări la perturbaţii conduse: a) camera ecranată 4x4x3 m; b) camera ecranată 4x6x3 m

Incintele ecranate satisfac caracteristici specifice (Tabelul 2.2).

Tabelul 2.2. Atenuarea perturbaţiilor la diferite niveluri de frecvenţă pentru camerele ecranate din Laboratorul CEM

Condiţii Frecvenţa Atenuare minima [dB]

Câmp magnetic 10 kHz 80 100 kHz 90 1 MHz 100

Câmp electric 100 MHz 110

Undă plană 2 GHz 110 10 GHz 100 18 GHz 100

Schema bloc a standului de testare a imunităţii echipamentelor la perturbaţii de radiofrecvenţă este prezentată în Fig. 2.15.


27

Fig. 2.15. Schema bloc a standului de testare a imunităţii la perturbaţii RF

Specificaţia echipamentelor din schema bloc (Fig. 2.15) este : G - generatorul de perturbaţii RF tip CWS 500N4, compus dintr-un generator de funcţii GF şi un amplificator de putere de bandă largă APBL ; At – atenuator RF de 6 dB, prin care generatorul introduce perturbaţia de RF (în domeniul de frecvenţă 150 kHz-80 MHz) în EUT ; CDN - reţea de cuplare-decuplare pe linia de alimentare ale EUT-ului, tip M3 ;OSC – osciloscop Tektronix MSO 4102B;EUT – echipamentul de testare. O vedere de ansamblu a standului de testare la perturbaţii conduse induse de câmpuri de RF este prezentată în Fig. 2.16.

Fig. 2.16. Vedere a standului de testare la perturbaţii conduse induse de câmpuri de RF

2.1.4. Evaluarea imunităţii la perturbaţii RF pentru surse de alimentare în comutaţie de tip PC

Descrierea echipamentului EUT (Equipment Under Test) Din punct de vedere al imunităţii electromagnetice, sursa în comutaţie are la intrarea sa un filtru anti perturbativ a cărui schemă electrică este prezentată în Fig. 2.19.

Fig. 2.19. Filtrul anti perturbativ al unei surse în comutaţie


28

În Fig. 2.20 este prezentată o vedere a componentelor etajului de intrare al unei surse în comutaţie pentru PC [73].

Fig. 2.20. Vedere a etajului de intrare al unei surse în comutaţie tip PC.

Condensatoarele C1 şi C2, (denumite condensatoare Cy) elimină perturbaţiile RF de mod comun, iar condensatorul C3 (denumit condensator Cx) elimină perturbaţiile RF de mod diferenţial. Variacul Rv, elimină impulsurile tranzitorii de supratensiune, impulsuri rapide, cu pante abrupte, de ordinul ns, care pot distruge circuitele integrate.

Din multitudinea de tipuri de surse în comutaţie s-au considerat patru surse a căror caracteristici sunt prezentate în Tabelul 2.4.

Tabelul 2.4. Parametrii surselor în comutaţie testate (EUT)

Marca Model Intrare CA Ieşiri CC

Tensiune [V] Curent [A]

Putere [W] Tensiune

[V] Curent

[A]

PRO-V

(S1)

AP-3-1

230 3 3,3

14

5

23

-5

0,3

12

9

-12

1

5SB

0,8

250

ASTi

(S2)

250 ATX 230 4 3,3

14

5

25

-5

0,5

12

8

-12

0,5

5SB

1,5

250

Smart Tech

(S3)

LC-B4 ATX 230 6 3,3

28

5

40

-5

0,3

12

17

-12

0,8

5SB

2

350

Apple

(S4)

LC II 230 3 3,3

10

5

25

-5

0,3

12

9

-12

1

5SB

0,8

200

Determinări experimentale

Testările la imunitate la RF s-au efectuat pe standul descris în paragraful 2.1.3. Schema electrică este prezentată în Fig. 2.21.


29

Fig. 2.21. Schema electrică

Schema electrică respectă cerinţa standardului privind adaptarea la 150 Ω a impedanţei de mod comun pe lanţul de testare/măsurare. Pe ieşirea de 5 V a sursei în comutaţie este văzută o impedanţă de 150 Ω realizată de prin înserierea rezistenţei R3 de 100 Ω cu impedanţa de 50 Ω a osciloscopului.

Urmând procedura de testare elaborată de autor, s-au efectuat determinări experimentale pentru fiecare din cele patru surse în comutaţie S1, S2, S3 şi S4, a căror caracteristici sunt descrise în Tabelul 2.4. S-a înregistrat amplitudinea semnalelor de tensiune la ieşirea de 5 V a sursei, Fig. 2.23, la intrare fiind aplicate perturbații nemodulate cu amplitudinea de 1V, valoare efectivă, corespunzătoare nivelului 1 reglementat în standard. Acesta corespunde unui mediu electromagnetic radiat cu nivel scăzut, nivel tipic pentru zonele în care staţiile radio-TV se află la distanţe mai mari de 1 km.

Rezultate obţinute Rezultatele sunt centralizate în Tabelul 2.5 și Fig. 2.23.

Tabelul 2.5. Răspunsul în frecvenţa al surselor în comutaţie testate

f [MHz] Uvvm [mV]

S1

Uvvm [mV]

S2

Uvvm [mV]

S3

Uvvm [mV]

S4 0.15 20 10 30 50 0.3 20 30 30 40 0.5 30 30 50 40 0.7 35 50 60 45 0.9 40 40 80 40 3 100 60 140 40 5 60 30 220 30 7 20 20 240 20 9 175 150 380 60

10 230 200 400 100 11 160 150 360 80 13 400 400 460 200 15 200 220 340 100 17 440 500 360 260 19 400 350 300 180 21 440 300 300 220 25 400 450 340 220


30

29 800 600 400 170 33 400 280 240 200 35 400 250 180 160 37 240 220 120 120 39 240 180 60 70 40 160 160 20 50 43 150 150 100 30 49 50 50 210 70 53 40 50 430 100 57 260 50 460 200 60 280 400 800 260 61 280 440 820 280 65 760 600 660 440 72 520 400 480 560 75 800 600 720 600 79 640 560 560 560 80 600 440 720 560

Fig. 2.23. Răspunsul în frecvenţă al surselor în comutaţie testate

Prelucrarea datelor

Date fiind valorile obţinute pentru cele patru surse în comutaţie testate, urmărind alura curbelor din Fig. observăm că toate au zone cu valori comparabile. În vederea evaluării comparative a imunităţii lor la perturbaţii RF, pentru aceste zone s-au calculat valorile medii


31

Fig. 2.28. Răspunsul în frecvenţă al celor patru surse pe domeniul 150 kHz - 80 MHz, valori mediate pe anumite intervale

Graficele din Fig. 2.28 pun în evidenţă diferenţe calitative în ceea ce priveşte imunitatea la perturbaţii conduse induse de câmpuri electromagnetice RF. Sursele S1 şi S3 au înregistrat, în domeniul 15-35 MHz, la ieşirea de 5 V, tensiuni vârf la vârf în jurul valorii de 400 mV, în timp ce sursa S2 a avut valori cu 50% mai mari. Cel mai bine pe acest domeniu de tensiune s-a comportat sursa S4 pentru care s-au înregistrat valori de 200 mV, de două ori mai mici decât pentru sursele S1 şi S3 . Pentru domeniul de frecvenţă 55-80 MHz, comportamentul celor patru surse a fost similar, doar că la niveluri ale tensiunii vârf la vârf mai ridicate. Toate cele patru surse, pentru domeniul de frecvenţă 35-55 MHz au avut o imunitate ridicată la perturbaţii RF.

2.2. Perturbaţii electromagnetice generate de variaţii şi întreruperi de tensiune Prezentăm în continuare câteva imagini sugestive ale unor variaţii şi întreruperi de tensiune ,Fig.29-31.

Fig. 2.29. Gol de tensiune abrupt

Acest gol de tensiune a fost generat de generatorul de perturbaţii EMTest Netwave. Este un gol abrupt, tensiunea pe timpul golului este de 40% din valoarea nominală şi a durat 400 ms. Un alt tip de gol este cel gradual

2.2.1. Caracteristicilor perturbaţiilor Privite prin prisma celor cinci concepte fundamentale analizate în capitolul întâi, (IEM, CTE, MCD, CAD, PPM) perturbaţiile electromagnetice conduse generate de variaţii şi întreruperi de tensiune au următoarele caracteristici specifice: o IEM - interacţiunea echipament mediu electromagnetic are loc la bornele de conectare a

echipamentului la reţea şi la instalaţia locală de pământare. o CTE - transferul de energie/putere se face de la reţea către echipament şi aşa cum am

arătat în Fig. 1.1 transferul maxim de energie are loc atunci când impedanţa internă a reţelei (sursa) este egală cu impedanţa de intrare a echipamentului (sarcina).

o CAD - în acest subcapitol nu se au în vedere fenomene de propagare caracteristice liniilor lungi, suntem în zona de operare a teoriei circuitelor electrice cu parametrii concentraţi de curent alternativ cu frecvenţa de 50 Hz.

o MCD - modul perturbaţiilor electromagnetice conduse este diferenţial. o PPM - spre deosebire de perturbaţiile de radiofrecvenţă unde era obligatorie utilizarea

unui plan conductor de referinţă, acum operăm în zona frecvenţelor joase şi sistemul de pământare este realizat din cabluri şi benzi conductoare.

2.2.2 Cerinţele standardului de imunitate


32

Standardul care reglementează acest tip de perturbaţii electromagnetice conduse este standardul EN 61000-4-11 Tehnici de încercare şi măsurare - Încercări de imunitate la scăderi de tensiune, întreruperi de scurtă durată şi variaţii de tensiune[79].

2.2.3. Stand pentru testarea imunităţii la goluri de tensiune

Standul de încercare permite testarea imunităţii echipamentelor electrice şi electronice la goluri de tensiune conform procedurii reglementate dar şi conform unor proceduri specifice utilizatorului.

Fig. 2.35. Vedere a standului de testare la goluri de tensiune

Schema bloc a standului

Schema bloc a standului de testare a imunităţii la goluri de tensiune, manifestate ca întreruperi de scurtă durată şi variaţii ale tensiune este prezentată în Fig. 2.36.

Fig. 2. 36. Schema bloc a standului de testare la goluri de tensiune

Blocurile componente ale standului sunt, MV – motorvariac tip MV 2616, G - generatorul/simulatorul de perturbaţii de tip UCS 500 N7, alcătuit din controlerul Ct, generatorul de funcţii GF şi amplificatorul de putere AP, EUT – echipamentul de testare, Osc – osciloscopul Generatorul/simulatorul G comandă şi controlează motorvariacul MV, prin linia de comandă 0-10 V, LC.

Schema electrică a standului


33

Fig. 2.37. Schema de conectare a motorvariacului la EUT

Schema electrică a standului de testare a imunităţii la goluri de tensiune, Fig. 2.37, descrie modul în care este furnizată EUT-ului o tensiune (în valoare efectivă) de testare ce poate fi variată în plaja 0-230 V. Motorvariacul, comandat şi controlat prin conexiunea BNC 0-10 V CC în conformitate cu procedura selectată de la panoul frontal al generatorului, prin deplasarea cursorului autotransformatorului se furnizează EUT-ului tensiunile şi timpii specificaţi de procedură.

Pentru testarea funcţionalităţii standului au fost efectuate încercări de imunitate electromagnetică la perturbaţii conduse pentru trei tipuri de echipamente:

Sursa în comutaţie tip PC Releul electromagnetic Motorul asincron

2.2.4. Evaluarea imunităţii surselor în comutaţie la goluri de tensiune Schema electrică

Fig. 2.38. Schema electrică de testare la goluri de tensiune a sursei PC

În Fig. 2.38 motorvariacul comandat de generator alimentează sursa în comutaţie tip PC, SC, cu goluri de tensiune sub forma unor variaţii de tensiune de scurtă durată (goluri de amplitudine 0 - 40 % -70 % din tensiunea nominală efectivă de 230 V. Pe ieşirea de 5 V CC a sursei în comutaţie, osciloscopul măsoară şi vizualizează efectul golurilor de tensiune. Sursa în comutaţie alimentează placa de bază MB, conectată la rândul ei la un monitor.

Rezultatele obţinute


34

Au fost generate goluri ale tensiune de alimentare de diferite adâncimi şi durate şi au fost reţinute valorile la care sistemul era resetat, lucru pus în evidenţă de monitor. Pe baza rezultatelor obţinute a fost ridicată diagrama CBMA a sursei în comutaţie (Fig. 2.39).

Fig. 2.39. Diagrama CBEMA la goluri singulare

2.2.5. Evaluarea imunității releelor electromagnetice și a motoarelor electrice la

goluri de tensiune În lucrarea [81] a fost evaluată imunitatea electromagnetică la perturbaţii conduse având forma unor goluri de tensiune (0-230 V CA) cu durate de 10-1000 ms, pentru trei tipuri de contactoare electromagnetice.

Fig. 2.48. Vedere a schemei de montaj

Schema electrică


35

Fig. 2.50. Schema electrică de testare la goluri de tensiune a releelor

AT – transformator variabil tip Motorvariac tip MV 2616; UCC – Unitate de Comandă şi control tip UCS 500-N7,UC – Unitate de control a variaţiei tensiunii de alimentare,EUT –contactorul electromagnetic de curent alternativ; c – bobina contactor; h –bec cu incandescenţă de 200 W. Toate testele au fost efectuate în incinta ecranată, eficace în domeniul 0-18 GHz.

Rezultate obţinute Rezultatelor testelor la goluri de tensiune sunt sintetizate în Tabelele 2.11-2.16, pe baza cărora au fost ridicate diagramele CBEMA pentru cele trei contactoare (Fig. 2.50-2.53).

Tabelul 2.11. Testări la goluri de tensiune singulare - Contactorul C1

U [V] t [ms] 10 50 100 500 1000

230 A A A A A 132 A A A A A 131 A B B B B 130 A B B B B 115 A B B B B 114 B B B B B 23 B B B B B

110

115

120

125

130

135

0 500 1000 1500

U [V]

t [ms]

C1 - CBEMA characteristics

Individual dips

Repetitive dips

Fig. 2.51. Caracteristica CBMA a releului C1

Interpretarea rezultatelor

Pentru compararea rezultatelor obţinute au fost construite diagramele de sensibilitate-imunitate (Fig. 2.55).


36

a) b) Fig. 2.55. Goluri de tensiune 0-1000 ms, a) singulare, b) repetitive

Pentru durate ale golurilor situate în intervalul 10-1000 ms, atât în cazul golurilor singulare cât şi în cazul golurilor repetitive, că în zona 110-145 V, releele eliberează contactul prin care este alimentat becul cu incandescenţă. De asemenea se observă că în zona 110-145 V, pentru durate ale golului mai mari decât 500 ms toate releele eliberează contactul (Fig. 2.56).

a) b) Fig. 2.56. Goluri de tensiune 0-500 ms a) singulare, b) repetitive

Dacă avem în vedere goluri de tensiune cu durata de 10-500 ms ( o jumătate de perioadă- 25 de perioade) în zona 110-145 V, observăm că începând cu durate de 50 ms, toate releele eliberează contactul. Pentru durate de 10-50 ms, valoarea tensiunii, din zona 110-145 V, la care este eliberat contactul diferă de la releu la releu (Fig. 2.56 b). Din punct de vedere al performanţelor celor trei relee, la goluri foarte scurte, o jumătate de perioadă (10 ms) cel mai bine s-a comportat contactorul C1, pentru care a fost necesară coborârea tensiunii golului la 114 V (gol singular) respectiv 118 V (gol repetitiv). La modul general, pentru durate cuprinse în intervalul 10-1000 ms, tot contactorul C1 s-a comportat cel mai bine, graficul său situându-se mereu sub graficul celorlalte contactoare.

Încercări de imunitate a motoarelor asincrone la goluri de tensiune

Au fost efectuate teste de imunitate la perturbații conduse sub forma golurilor de tensiune și pentru motoare asincrone, rezultatele cercetării constituind obiectul lucrării [82].

Standul de testare are la bază un generator/simulator de goluri de tensiune trifazate, EMTest Netwave, care poate genera goluri de tensiune de tip gradual sau abrupt, cu amplitudini și durate diferite. Echipamentul testat este un motor de inducţie cu următorii parametri: Pn = 1,5


37

kW, Un = 230 V, n = 375 rot / min, conexiune stea, In = 4,37 A, având ca sarcină un generator care a alimentat un consumator rezistiv trifazat. Variaţiile valorilor efective ale tensiunii şi curentului în motor pentru un gol de tensiune pe linie L1, având amplitudinea de 40% şi durata golului de 1,5 s sunt prezentate în Fig. 2.57.

c)

Fig. 2.57. c) defazarea curbelor de variaţie a golului de tensiune faţă de curentului absorbit de motor

Au fost ridicate graficele care descriu variaţia valorilor efective ale curentului mediu pe cele trei faze L1, L2, L3 la alimentarea motorului de inducţie cu gol abrupt de tensiune (Fig. 2.59).

Fig. 2.59. Dependenţa curentului mediu pe cele trei faze L1, L2, L3 la alimentarea motorului de inducţie cu gol abrupt de tensiune

Se observă deplasarea valorilor efective ale curentului către valori mai mici odată cu mărirea amplitudinii golurilor. Golurile de tensiune abrupte s-au dovedit a fi un test mai dur al motorului de inducţie la gol de tensiune, curentul fiind mai mic decât în cazul golurilor graduale, cu efect asupra performantelor mecanice ale motorului : creşterea alunecării, deci scăderea turaţiei motorului şi chiar oprirea motorului.

2.3. Concluzii privind cercetările efectuate

Procedura de evaluare a imunității unei surse tip PC la perturbații RF conduse induse de câmpuri de radiofrecvență a urmărit să răspundă exigențelor de a obține rezultate exacte şi repetabile prin respectarea reglementărilor standardului EN 61000-4-6, dar în acelaşi timp să permită evidenţierea şi măsurarea efectului perturbaţiilor introduse, asupra ieşirilor echipamentului testat. Măsurarea s-a făcut cu respectarea cerinței de adaptare a impedanței pe întreg lanțul de testare și măsurare.


38

Prin ridicarea răspunsului în frecvență al sursei în comutație, în domeniul de frecvență 150 kHz-80 MHz, au fost puse în evidenţă zonele de susceptibilitate/vulnerabilitate ale sursei la perturbațiile RF de mod comun. Au fost identificate și câteva aspecte practice necunoscute sau trecute cu vederea legate de modul concret în care sunt construite sursele în comutație: unele surse au un comutator unipolar care acţionează doar pe fază sau doar pe nul, celălalt fir de alimentare rămânând conectat la reţea; unele surse pur şi simplu nu au acest comutator.

Perturbațiile la care au fost testate sursele în comutație au fost de mod comun. Un comutator unipolar își face datoria în cazul perturbațiilor de mod diferențial, dar nu și-o face în cazul perturbațiilor de mod comun care pot veni pe firul rămas conectat, calea de întoarcere fiind asigurată de firul de pământare rămas şi el conectat. Perturbațiile de mod comun se vor regăsi la ieșirea sursei chiar dacă sursa este oprită de la comutatorul propriu, și dacă au valori ridicate pot defecta placa de bază sau hard-discul calculatorului. Concluzia studiului este că sursele în comutație au o vulnerabilitate ridicată la perturbații RF de mod comun.

II. Testarea la goluri de tensiune a sursei în comutație

Criteriul de defect fiind resetarea calculatorului, a fost identificat intervalul de tensiune de la care acest defect se produce. Acest interval este cel cuprins între 120 V și 125 V.

Rezultatele cercetării privind imunitatea surselor în comutație tip PC la perturbații electromagnetice conduse RF de mod comun și perturbații electromagnetice conduse generate de goluri de tensiune sunt aplicabile la o clasă foarte largă de echipamente pentru că aproape orice echipament electric sau electronic are o sursă de alimentare, în marea majoritate a cazurilor, conectată la rețeaua de alimentare cu energie electrică.

III. Testarea la goluri de tensiune a echipamentelor electromecanice Au fost testate la goluri singulare și repetitive, abrupte și trapezoidale și au fost ridicate diagramele CBEMA pentru trei tipuri de relee electromagnetice. La contactoarele testate nu a fost observată o dependență a tensiunii la care este eliberat contactul de unghiul de fază. A fost pus în evidență faptul că scăderi ale tensiunii sub o anumită valoare, în cazul cercetării noastre de 114 V, duc la eliberarea contactului chiar în cazul unor durate foarte scurte, de 10 ms. Acest aspect subliniază atenția deosebită care trebuie acordată proiectării circuitelor de alimentare ale unor echipamente care operează în puncte critice ale unei instalații.

Pentru motorul asincron, golurile de tensiune abrupte s-au dovedit a fi un test mai dur: curentul fiind mai mic decât în cazul golurilor graduale are ca efect scăderea performanţelor motorului: creşterea alunecarea, scade turaţia şi duce la oprirea motorului, pentru goluri cu tensiune reziduală sub 40% din tensiunea nominală.


39

3. IMUNITATEA ELECTROMAGNETICĂ LA PERTURBAŢII TRANZITORII

3.1. Caracteristicile perturbaţiilor tranzitorii Perturbațiile electromagnetice tranzitorii sunt fenomene de foarte scurtă durată în raport cu perioada naturală de oscilație a echipamentelor electrice și electronice cu care interacționează. Ele generează, pe durata interacțiunii, variații ale mărimilor electrice (tensiuni, curenți) ale acestor echipamente. Perturbații electromagnetice tranzitorii se prezintă sub forme diferite:

- unde de șoc de curent sau tensiune (surge în-literatura anglo saxonă), - trenuri de impulsuri rapide de tensiune (burs-literatura anglo saxonă t), - descărcări electrostatice (ESD-literatura anglo saxonă),

dar au un mod comun de generare și manifestare.

3.1.1. Unde de șoc de curent sau de tensiune Pentru acest tip de fenomene perturbatoare termenul utilizat în limba engleză în studiile legate de imunitatea electromagnetică este surge, termen care conform Dicționarului Oxford înseamnă o creștere bruscă și puternică. Englezescul shock este definit de același dicțíonar ca fiind un eveniment brusc sau surprinzător, sau ca prescurtare la electric shock- descărcarea bruscă de electricitate printr-o parte a corpului uman. Cei doi termeni au ca trăsătură comună modul brusc de manifestare, cuvântul „shock” având o conotația de destructiv, catastrofal. Undele de șoc (shock waves) constituie obiectul unor vaste cercetări teoretice și experimentale [88], [89]. Expresia matematică a undei de șoc de presiune rezultate în urma unei explozii este:

sT/bt

ss e)

Tt1(p)t(p (3.1)

unde ps este valoarea de vârf a presiunii, Ts este durata caracteristică a exploziei (timpul după care presiunea devine negativă) iar b este o constantă care determină panta porțiunii descrescătoare a graficului. O valoare mica pentru b determină o durată mai lungă de scădere a presiunii. Variația în timp a presiunii generate de unda de șoc este cea din Fig. 3.1.

Fig. 3.1. Dependenta undei de presiune de durata impulsului [89]

Variația presiunii obținută experimental cu ajutorul unui traductor de suprapresiune CCNY, la o distanță de 20 de picioare (feets) de locul exploziei are aceeași alură, confirmând că expresia matematică (3.1) descrie corect fenomenul real.

Forma undei de șoc de curent reglementată de standardul SR EN 61000-4-5 [90] este asemănătoare celei din Fig. 3.1. Este posibil ca această analogie să fie motivul pentru care în versiunea în limba română a standardului EN 61000-4-5 a fost ales termenul de „undă de șoc”. Ce au comun cele două fenomene, este creșterea abruptă urmată de o descreștere mult


40

mai lentă. Pe partea de descreștere fenomenul trece în zona valorilor negative, ceea ce semnifică o propagare de energie cu sens invers, dinspre victimă către sursă.

Undele de șoc de curent sau tensiune sunt generate de fenomene de comutație sau de descărcări electrostatice atmosferice - trăsnete. Ele pot fi atât conduse cât și radiate. Caracterizarea undelor de şoc de curent şi tensiune este făcută în continuare.

A. Interacțiunea echipament-mediu electromagnetic

În cazul în care perturbațiile sunt generate în urma unor fenomene de comutație, interacțiunea echipamentului cu perturbația electromagnetică - aici sub forma undelor de șoc de curent sau tensiune - are loc la punctul de conectare a echipamentului la rețea. La trăsnete, interacțiunea poate avea loc prin intermediul cablurilor de alimentare și a cablurilor de comunicații, în mod direct, sau în mod indirect, prin intermediul rețelei de pământare.

B. Concentrare și transfer de energie Energia perturbativă acumulată se descarcă pe echipamentul victimă, amplitudinea fenomenului depinzând de parametrii circuitului electric echivalent definit la momentul interacțiunii, adică de parametrii echipamentelor și cei ai sursei de perturbație. În cazul descărcărilor atmosferice, transferul de energie electromagnetică perturbativă către echipamentele din vecinătatea locului unde trăsnetul a lovit pământul are loc și prin intermediului câmpului electromagnetic generat (dE/dt, dB/dt). Din punct de vedere al dimensiunii fenomenului, la trăsnet, variațiile sunt de ordinul zecilor de kA/µs, iar sarcina descărcată în pământ la o lovitură este de ordinul zecilor de coulombi.

C. Mod comun și mod diferențial Perturbațiile electromagnetice sub forma undelor de șoc de curent sau tensiune pot fi atât de mod comun cât și de mod diferențial.

D. Câmp apropiat-câmp îndepărtat Perturbațiile electromagnetice sub forma undelor de șoc de curent sau tensiune sunt fenomene de câmp apropiat.

E. Pământ, pământare, masă Calitatea realizării instalației de pământare, a circuitelor de masă şi a circuitelor de protecție joacă un rol extrem de important în diminuarea efectelor perturbațiilor electromagnetice sub forma undelor de șoc de curent sau tensiune.

3.1.2. Descărcări electrostatice

A. Interacțiunea echipament-mediu electromagnetic Descărcările electrostatice sunt perturbații electromagnetice care reprezintă o amenințare în orice loc unde există oameni. Zona de interacțiune a echipamentului cu perturbația electromagnetică este locul unde operatorul atinge echipamentul încărcat electric, sau zona unde operatorul este suficient de aproape pentru ca descărcarea electrostatică să aibă loc prin aer. Interacțiunea poate fi și indirectă prin curenții injectați de o descărcare electrostatică în planul de masă al echipamentului, sau prin intermediul câmpurilor electromagnetice generate de o descărcare electrostatică din apropiere (Fig. 3.3).


41

Fig. 3.3. Traseul curenților produşi de o descărcare electrostatică [92]

O descărcarea electrostatică aplicată pe o placă electronică cu circuite imprimate (Fig. 3.3) afectează circuitele integrate pe placă, prin curenţii injectaţi în planul de masă al plăcii. Curenţii injectaţi se scurg spre planul de referinţă prin inductanţa L (cu rol de descărcare, dar şi de limitare a vitezei de variaţie a curentului), bucla de circuit închizându-se prin conductorul de legare la planul de referinţă al sursei/generatorului ESD. Sarcina variabilă de pe planul de masă al plăcii creează între planul de masă şi planul de referinţă un câmp electric variabil dE/dt care poate afecta circuitele integrate aflate în zonă. În acelaşi timp, prin inducţie electrică, sarcina de pe planul de masă al plăcii, va genera o sarcină electrică variabilă între planul de masa al unei alte plăci cu circuite integrate. Între planul de masă al celei de a doua plăci şi planul de referinţă va apare de asemenea un câmp electric variabil.

B. Concentrare și transfer de energie La momentul contactului operator - echipament, energia electrostatică acumulată anterior prin efect triboelectric este transferată direct sau indirect echipamentului victimă (Fig. 3.3). Valori maxime ale tensiunilor electrostatice cu care se pot încărca operatorii în contact cu diferite materiale pentru diferite nivele ale umidității din zona de contact sunt prezentate în Fig. 3.4.

Fig. 3.4. Valori maxime ale tensiunilor electrostatice cu care se poate încărca un operator în

contact cu diferite materiale [93]

Standardul SR EN 61000-4-2, Anexa 2A (Fig. 3.4) prezintă relația dintre umiditatea relativă a mediului de lucru și valoarea maximă a tensiunii la care se poate încărca operatorul atunci când intră în contact prin frecare cu diferite tipuri de materiale.

Energia perturbativă acumulată este:


42

2

2CUWst (3.2)

unde Wst este energia electrostatică acumulată, U este tensiunea, iar C este capacitatea echivalentă asociată fenomenului. Pentru cazul echivalării sistemului ESD cu un condensator, pentru C = 1 pF și tensiunea U = 10 kV, rezultă o sarcină acumulată Q = 1 nC și o energie Wst = 10-4 J. Acest nivel al energiei încadrează fenomenul ESD în clasa fenomenelor perturbative de joasă energie. Efectul descărcării electrostatice poate fi însă distructiv pentru circuitele integrate, mai ales în cazul când sunt atinși pinii neprotejați electric.

B. Mod comun și mod diferențial Perturbațiile electromagnetice produse de descărcările electrostatice sunt perturbații de mod comun, calea de întoarcere a curentului injectat în echipament fiind pământul.

C. Câmp apropiat - câmp îndepărtat Timpii de creștere tr ai acestor perturbații sunt de ordinul nanosecundelor și, conform relației pentru lățimea de bandă BW (Band Widh):

rtBW 35.0

, (3.3)

rezultă un spectru de frecvență larg, în acest caz BW = 350 MHz. O perturbație electromagnetică cu frecvenţa de 350 MHz are lungimea de undă λ = 0.85 m. Limita de câmp apropiat-câmp îndepărtat va fi λ/2π = 0.13 m, distanță de la care fenomenele de propagare trebuie luate în considerare.

D. Pământ, pământare, masă Planul de masă, asigurarea căii de scurgere a curentului perturbativ rezultat în urma descărcărilor electrostatice este o preocupare de primă importanță în industria producătoare de circuite integrate și de plăci cu circuite integrate. Pentru diminuarea efectelor acestor fenomene, suprafețele de lucru sunt acoperite cu materiale electrostatice, iar personalul are la mână o brățară conectată la planul de masă.

3.1.3. Trenuri de impulsuri rapide de tensiune Perturbațiile electromagnetice conduse de forma unor trenuri de impulsuri rapide de tensiune sunt salve repetitive de impulsuri cuplate la porturile de alimentare, comandă, de semnal și de pământ ale echipamentului electric sau electronic. Caracterizarea descărcărilor electrostatice este făcută în continuare.

A. Interacțiunea echipament-mediu electromagnetic Fiind perturbații electromagnetice conduse interacțiunea are loc în punctele de conectare ale echipamentului la rețea, linii de comunicații sau control și pământare.

B. Concentrare și transfer de energie Energia acumulată în câmpul magnetic creat la nivelul sarcinilor inductive se descarcă prin conductoarele de legătură în echipamentul victimă. Fenomenul este repetitiv și se prezintă sub forma unor trenuri/salve de impulsuri rapide de tensiune. Tensiunea impulsurilor are valori de la 500 V până la 4 kV, iar energia transferată de un singur impuls este de ordinul a 10-3 J.

C. Mod comun și mod diferențial


43

Perturbațiile electromagnetice de forma unor trenuri de impulsuri rapide de tensiune sunt perturbații electromagnetice de mod comun.

D. Câmp apropiat-câmp îndepărtat Timpii de creștere tr ai acestor perturbații sunt de ordinul a 5 nanosecunde și, conform relației (3.3), rezultă un spectru de frecvență larg, în acest caz de 70 MHz. O perturbație electromagnetică cu frecvenţa de 70 MHz are lungimea de undă λ = 4.3 m. Limita de câmp apropiat-câmp îndepărtat va fi λ/2π = 0.68 m, distanță de la care fenomenele de propagare trebuie luate în considerare.

E. Pământ, pământare, masă Pământul şi instalația de pământare asigura calea de întoarcere a perturbației.

Toate aceste fenomene tranzitorii - unde de șoc de curent sau tensiune (surge), trenuri de impulsuri rapide de tensiune (burst), descărcări electrostatice (ESD) - au o forma de undă tipică (Fig. 3.5).

Fig. 3.5. Forma generală de undă a perturbațiilor tranzitorii

Această formă de undă este caracterizată de timpii tr și t50 și de amplitudinea impulsului. În Fig. 3.5 curentul (valoare normalizată) are o creștere extrem de rapidă într-un timp tr (rise time) foarte mic (µs pentru unde de șoc de curent, ns pentru trenuri de impulsuri rapide de tensiune și ESD), urmată de o scădere lentă. Parametrul t50 reprezintă intervalul de timp scurs între momentele atingerii a 50% din valoarea de vârf pe panta crescătoare, respectiv, pe cea descrescătoare a impulsului.

3.2. Cerinţele standardului EN 61000-4

3.2.1. Nivelurile tensiunilor de testare la perturbaţii tranzitorii A. Descărcări electrostatice Standardul SR EN61000-4-2 defineşte 5 niveluri de tensiuni de testare la descărcări electrostatice (Tabelul 3.1).

Tabelul 3.1. Niveluri de încercare la ESD Descărcare prin contact Descărcare prin aer

Nivel Tensiune de încercare [kV] Nivel Tensiune de încercare [kV] 1 2 1 2 2 4 2 4 3 6 3 8 4 8 4 15 x Special x Special

3.2.2. Forma de undă a impulsurilor tranzitorii În Fig. 3.6 sunt prezentate formele de unda ale perturbaţiilor tranzitorii, reglementate de standardele 61000-4 pentru testarea echipamentelor.


44

a) Descărcări electrostatice

b) Trenuri de impulsuri rapide

de tensiune

c) Unde de șoc de curent sau tensiune

Fig. 3.6. Formele de unda ale perturbaţiilor tranzitorii conform EN 61000-4

Standardele de testare a imunităţii electromagnetice la perturbaţii tranzitorii recomandă scheme echivalente simplificate pentru generatoarele de perturbaţii (Fig. 3.7), care să reproducă formele de undă din Fig. 3.6.

a) Descărcări electrostatice

b).Trenuri de impulsuri rapide de

tensiune

c).Unde de șoc de curent sau tensiune

Fig. 3.7. Schemele simplificate ale generatoarelor de perturbaţii tranzitorii

3.3. Standuri de testare a imunității electromagnetice la perturbații tranzitorii

3.3.1. Stand de testare la ESD Standul de testare la descărcări electrostatice, pus in funcţiune la Laboratorul CEM al Centrului de Cercetare Sisteme Electrice Avansate al Facultăţii IESC de la Universitatea Transilvania din Braşov. permite testarea imunităţii echipamentelor electrice şi electronice la descărcări electrostatice în aer şi prin contact, la tensiuni cuprinse între 200 V şi 30 kV.


45

Schema bloc a standului este prezentată în Fig. 3.8.

Fig 3.8. Schema bloc a standului de descărcării electrostatice prin contact direct

Structura principală a standului ESD constă din: GESD- generatorul de descărcări electrostatice tip ESD 30N/P30N, P - pistolul de aplicare a descărcării electrostatice, cu adaptor pistol, cablu cu rezistenta, cabluri de conexiuni şi diferite vârfuri de descărcare de tip conic şi sferic,EUT - echipamentul de testat, PCV – placă verticală de descărcare, PCO - planul de cuplare orizontal, PRP - planul de referință legat la pământ. O vedere a standului este prezentată în Fig. 3.9.

Fig. 3.9. Standul de descărcări electrostatice [92]

Descărcarea electrostatică poate fi aplicată cu pistolul de descărcare, fie direct EUT-ului fie indirect prin planul de cuplare vertical sau prin planul de cuplare orizontal. EUT-ul este așezat pe un material izolator. Planul de cuplare vertical este și el situat pe un suport izolator. Cele doua plane de cuplare sunt conectate fiecare la planul de referință printr-o rezistență de 470 kΩ. Planul de referință este legat la rețeaua de pământare printr-o trasă conductoare. Planele de referință și de cuplare sunt confecționate dintr-un material conductor. Descărcarea electrostatică poate fi aplicată prin contact direct fie în aer.

Descărcările electrostatice se aplică repetitiv. După aplicarea unui impuls, EUT-ul rămâne încărcat și nu se poate descărca singur. Dacă sarcina nu este descărcată înaintea următorului impuls, EUT-ul va fi solicitat mai mult decât se dorește. Pistolul de descărcări electrostatice, prin releele sale interne va scurtcircuita circuitul de încărcare a condensatorului și va pune EUT-ul la pământ, descărcându-l de sarcina rămasă în urma primului impuls (Fig. 3.12).


46

Fig. 3.12. Impuls ESD repetitiv

În Fig. 3.12, ts este durata impulsului ESD aplicat, td este intervalul timpului de descărcare a sarcinii electrice pe EUT, iar tr este intervalul de timp de repetiție. Durata totală a unui impuls ESD este dată de suma celor trei componente.

Determinări experimentale În lucrarea [95] este investigată imunitatea electromagnetică a cablurilor de comunicații la descărcări electrostatice aplicate prin contact direct. Schema electrică de testare este prezentată în Fig. 3.13.

Fig. 3.13. Schema electrică de testare ESD a cablurilor de comunicații

Elementele componente din Fig. 3.13 sunt: P - pistolul de descărcare cu condensatorul C de acumulare a energiei electrostatice și rezistența R de limitare a curentului injectat, alimentat de la generatorul de descărcări electrostatice tip ESD 30N-P30N; CC - cablul de comunicații a cărui imunitate este evaluată; Osc - osciloscop digital Tektroniox MSO4102B-L, cu care a fost vizualizată forma de undă a căderii de tensiune generate pe rezistența de adaptare de 100 Ω prin descărcarea electrostatică, Cp - capacitatea parazită dintre liniile cablului de comunicații și planul de cuplare orizontal. Prin rezistența de limitare de 470 kΩ planul de cuplare orizontal este conectat la planul de referință legat la pământ.

Au fost testate următoarele tipuri de cabluri de comunicații: - Cablu coaxial RG58C - Cablu coaxial RG59C - Cablu internet (UTP) CAT 5 - Cablu telefonic cu patru fire

Au fost puse in evidență oscilații amortizate ca cele din Fig. 3.14.

Fig. 3.14. Impuls de tensiune amortizat generat pe cablul de comunicație [95]

Descărcările electrostatice prin contact direct, pe cablurile de comunicații pot afecta circuitele electronice la care sunt legate. Cablurile ecranate prezintă o imunitate mai ridicată. Una din


47

posibilele cauze ale slăbirii imunității electromagnetice la descărcări electrostatice a cablurilor de comunicații sunt micro cavitățile cu gaz din izolație, care duc la degradarea izolației și prin aceasta afectează integritatea semnalelor transmise.

3.3.2. Stand de testare la unde de șoc de curent sau de tensiune Standul de încercare permite testarea imunităţii echipamentelor electrice şi electronice la unde de şoc electric (surge).Schema bloc a standului este prezentată în Fig 3.15.

Fig 3.15. Schema bloc a standului pentru testare la unde de şoc de tensiune/curent

În Fig 3.15 un cablu de comunicații ecranat (de lungime 20 m), care leagă echipamentele EUT1 și EUT2, este testat prin generarea unor unde de șoc de tensiune pe ecranul său. Pentru testări este utilizat Generatorul - Simulator ultracompact de perturbții electromagnetice sub formă de undă de șoc de tensiune EMTest tip UCS 500 N7. În Fig. 3.16 este prezentată o vedere a standului de testare la unde de șoc de curent sau de tensiune.

Fig. 3.16. Standul pentru unde de şoc de tensiune/curent – Vedere [92]

Standul include şi elemente de cuplare/decuplare: - Reţeaua de Cuplare/Decuplare trifazată pentru încercari la burst şi surge, pentru un

curent de intrare al echipamentelor de pana la 32 A şi tensiuni trifazate de până la 690 V AC / 1000 V DC,

- Rețeaua Capacitivă de Cuplare, prevăzută cu clemă capacitivă de cuplare, - Reţeaua de Cuplare pentru testarea liniilor de date la unde de şoc de tensiune/curent.

3.3.3. Stand de testare la trenuri de impulsuri rapide de tensiune Standul de testare pus în funcțiune la laboratorul CEM al Centrului de cercetare SEA de la Facultatea IESC este destinat testării imunităţii echipamentelor electrice şi electronice la trenuri de impulsuri rapide de tensiune.

Schema bloc a standului este prezentată în Fig. 3.17.


48

Fig. 3.17. Schema bloc a standului de testare la trenuri de impulsuri rapide de tensiune

În Fig. 3.17 este prezentat modul de aplicare a perturbației electromagnetice, având forma unor trenuri de impulsuri rapide de tensiune, pe linia de alimentare ale EUT-ului. Tensiunea de alimentare a EUT este furnizată prin autotransformatorul comandat MV (motorvariac). Peste această tensiune prin intermediul generatorului G şi rețeaua de cuplare-decuplare CDN sunt introduse în EUT perturbații electromagnetice sub formă de trenuri de impulsuri rapide de tensiune. Efectul perturbațiilor este măsurat la ieșirea EUT-ului cu osciloscopul Osc. Schema electrică pentru testarea echipamentelor cu alimentare de la reţeaua monofazată este prezentată în Fig. 3.18.

Fig. 3.18. Schema electrică a standului de testare la trenuri de impulsuri rapide de tensiune În Fig. 3.18 este descrisă reţeaua de cuplare care este inclusă în schema simulatorului de încercări. Impulsurile perturbatoare sunt injectate pe liniile de alimentare printr-o rețea RC către EUT. Rețeaua de bobine blochează propagarea perturbației către rețea. În Fig. 3.19 este prezentată o vedere a standului de testare la trenuri de impulsuri rapide de tensiune, plasat în camera reflectorizantă CR1.

Fig 3.19. Standul pentru trenuri de impulsuri rapide de tensiune

Echipamentele din Fig. 3.19, motorvariacul (MV), generatorul/simulatorul de perturbații electromagnetice sub formă de undă de șoc de tensiune EMTest tip UCS 500 N7 (G), EUT-ul (surse în comutație și adaptoare), respectiv instrumentul de măsură și vizualizare (Osciloscopul) au fost interconectate conform Fig. 3.18. De la panoul frontal al simulatorului au fost alese procedurile de test (standard sau specifice)


49

3.4. Evaluarea nivelului perturbațiilor generate de fenomene de comutaţie Autorul a efectuat cercetări teoretice şi experimentale asupra imunității echipamentelor la fenomene de comutaţie şi la testări de tip burst. Au fost încercate trei echipamente electronice Tabelul 3.4)

Tabelul 3.4. Caracteristicile EUT și regimuri de încercare

Simbol EUT Caracteristici Regimuri de încercare

AD-1 Adaptor de la 230 Vac la 12 Vcc Tensiune de intrare: 230 Vac

Tensiuni de ieşire: 12 Vcc I, III

SC-1 Sursă în comutaţie ATX standard (calitate medie)

Tensiune de intrare: 230 Vac

Tensiuni de ieşire: 5 Vcc, 12 Vcc, -5 Vcc, 3,3 Vcc

Putere: 250 W

I, II, III

SC-2 Sursă în comutaţie pentru calculator Apple Macintosh (sursă de bună calitate)

Tensiune de intrare: 230 Vac

Tensiuni de ieşire: 5 Vcc, 12 Vcc, -5 Vcc

Putere: 200 W

I, II, III

Regimurile de testare sunt: I. Regim de comutaţie la scoaterea sau introducerea în priză a ştecherului (Ic-conectare,

Id - deconectare), II. Regim de conectare sau deconectare de la butonul pornit/oprit al sursei (IIc-conectare,

Id - deconectare), III. Regim de injectare a unor trenuri de impulsuri perturbatoare rapide (burst) de la

simulatorul EMTest UCS 500N, conform SR EN 61000-4-4.

Schema pentru punerea în evidenta a trenurilor de impulsuri rapide în procesul de comutaţie la scoaterea/introducerea în priză a ştecherului este prezentata în Fig. 2.21.a iar cea de la pornirea/oprirea de la butonul pornit/oprit al EUT în Fig. 3.21.b. Schema pentru testarea EUT-urilor la trenurilor de impulsuri perturbatoare rapide (burst) cu simulatorul EMTest UCS 500N, conform SR EN 61000-4-4 , este prezentata in Fig. 3.21.c.

a). Reţea- Adaptor- Osciloscop

b). Reţea- Sursă- Reţea serie RC( R=100 Ω, C=10 nF)- Osciloscop

c). Simulator UCS 500N- Sursă- Reţea serie RC( R=100 Ω, C=10 nF)- Osciloscop

Fig. 3.21. Schemele electrice de testare la fenomene de comutație


50

Rezultatele obţinute În vederea evaluării influenţei perturbaţiilor generate prin cele trei regimuri de încercare asupra tensiunilor furnizate plăcii de bază şi asupra celorlalte subansamble ale calculatorului de către sursa în comutaţie au fost înregistraţi parametrii impulsurilor rezultate în regimurile de comutaţie experimentate la ieşirile de 5 V şi 12 V ale EUT-urilor. În Fig. 3.22 sunt prezentate trenurile de impulsuri perturbatoare rapide (burst) la ieşirea AD 1 - adaptor de 230Vac-12 V cc, pentru regimul I - conectarea prin introducerea ştecherului din priză.

În Fig. 3.23 sunt prezentate trenurile de impulsuri perturbatoare rapide (burst) măsurate la ieşirea de 12 V a unei surse în comutaţie a unui calculator Apple Macintosh (SC-2) la deconectarea acesteia de la comutatorul Pornit/Oprit – regimul II de comutaţie. În Fig. 3.24 sunt prezentate trenuri de impulsuri perturbatoare rapide (burst) măsurate la ieşirea de 12 V (galben) şi 5 V(albastru) a SC1 (sursa în comutaţie ATX) în urma injectării unor trenuri de impulsuri perturbatoare rapide de la simulatorul EMTest UCS 500N, conform SR EN 61000-4-4.

Fig. 22. Perturbaţii la ieșirea de de 12 V a EUT 1 (adaptor) – regim I de comutaţie

Fig. 3.23. Perturbaţii la ieșirea de 12 V a EUT 3 (sursa în comutaţie

pentru calculator Apple Macintosh) – regim II


51

Fig. 3.24. Perturbaţii la ieșirea de 12 V(galben) şi 5 V(albastru) a EUT în Regimul III de

testare, cu simulatorul EMTest UCS 500N, conform SR EN 61000-4-4

În Tabelul 3.5 sunt prezentate rezultatele înregistrării valorilor de vârf (medie, minimă maximă şi abaterea standard medie) ale tensiunii măsurate in diferite regimuri de testare (Ic, II, III) pe portul de 12 V al EUT-urile testate. Tabelul 3.5. Valorile de vârf (medie, minimă maximă şi abaterea standard medie) ale tensiunii măsurate în regimurile de testare Ic, II, III, pe portul de 12 V al EUT=urilor.

EUT Parametru Max Med Min Max Std dev

AD-1, Ic f [MHz] 96,65 44,16 19,1 96,65 36,39 tr [ns] 15,5 10,52 0,67 15,5 8,52 Uvv [V] 62,4 51,4 38 62,4 10,9

SC-2, II f [MHz] 102.7 102,7 102,7 102,7 0 tr [ns] 12,2 12,2 12,2 12,2 0 Uvv [V] 4 4 4 4 0

SC-1, III f [MHz] 64,85 195,3 18,38 1250 230,9 tr [ns] 6,67 130,3 0,21 2137 362,4 Uvv [V] 1,94 1,24 0,12 2,02 0,89

Datele din tabelul 3.5 reprezintă valorile afișate pe ecranul osciloscopului Tektronix MSO 4102B. Rezultatele măsurătorilor efectuate furnizează informaţii legate de perturbaţiile sub formă de la trenuri de impulsuri rapide generate la pornirea sau oprirea echipamentelor supuse evaluării experimentale:

- trenurile de impulsuri rapide trec prin sursă şi prin adaptor, iar dacă placa de bază şi celelale subansamble ale calculatorului (Hard disk, DVD, etc) sau echipamentul alimentat prin adaptorul curent alternativ-curent continuu nu au etaje de protecţie bine proiectate, aceste echipamente pot fi scoase din funcţiune ;

- un singur impuls de la simulator generează un tren de impulsuri sub formă de oscilaţie amortizată ;

- cea mai ridicată tensiune vârf la vârf, de 102 V, a fost înregistrată în cazul adaptorului, dar sunt posibile și tensiuni vârf la vârf mai ridicate ;

- la sursele în comutaţie standard, la pornire apar frecvent valori vârf la vârf ale perturbaţiilor de peste 50 V ;

- contează mult calitatea sursei, în cazul sursei utilizate în calculatoarele Apple Macintosh valoarea vârf la vârf a tensiunii prezente la ieşire a fost doar de 4 V.

Referitor la procedura de testare la imunitate a echipamentelor la trenuri de impulsuri rapide de tensiune, conform standardului SR EN 61000-4-4:2009, nivelurile de testare pot fi comparate cu nivelurile de solicitare a EUT, obţinute în testele de conectare/deconectare (Tabelul 3.6).


52

3.5. Concluzii Studiul de caz efectuat în ceea ce priveşte imunitatea la perturbaţii conduse tranzitorii a unor echipamente de calcul are în vedere identificarea nivelului tensiunii de la care este necesar să se înceapă procedura de încercare a imunităţii la trenuri de impulsuri rapide.

S-a pus în evidenţă faptul că nu are sens să se pornească de la Nivelul 1-500 V. Doar pentru Nivelul 2-1000 V, valoarea vârf la vârf a tensiunii perturbatoare la ieşirea sursei în comutaţie este comparabilă cu tensiunea perturbatoare generată la conectarea/deconectarea zilnică a unei surse de foarte bună calitate.

Sursele standard şi adaptoarele , lasă să treacă perturbaţii de nivel mult mai ridicat, la care subansamblele electronice dintr-un calculator au fost proiectate să facă faţă.

Formele de undă ale perturbaţiilor prezente la ieşirea sursei în comutaţie sunt oscilaţii amortizate ale tensiunii, care, pe lângă valoarea maximă vârf la vârf a tensiunii, dau informaţii şi despre frecvenţa oscilaţiilor. Sunt informaţii care pot sta la baza modelării fenomenului perturbativ generat de pornirea respectiv oprirea calculatorului. Prezenta cercetare a fost un demers îndreptat spre rafinarea procedurii standard de încercare la trenuri de impulsuri rapide, și a avut ca rezultat creşterea eficienţei , măsurate în:

- micşorarea timpului de încercare cu efect în creşterea duratei de exploatare a echipamentelor utilizate

- diminuarea costurilor/încercare, cu efect în mărirea portofoliului de clienţi datorită preţurilor competitive la nivelul pieţei

Cercetarea efectuată este şi o pledoarie în favoarea cunoaşterii şi înţelegerii fenomenelor electromagnetice fundamentale, ca proces viu, continuu. Nu este suficientă cunoaşterea doar a standardelor şi procedurilor de încercare. Trebuie înţeles şi modul de funcţionare al echipamentului de încercat, trebuie identificate aspectele specifice şi cele generale, dinamismul fenomenelor interne şi al interacţiunii cu mediul electromagnetic. Doar cunoaşterea generează cu adevărat eficienţă.


53

4. IMPULSUL ELECTROMAGNETIC ÎN TESTELE DE IMUNITATE

4.1. Impulsul electromagnetic generat de trăsnet

Impulsul electromagnetic, obiect al unor numeroase cercetări teoretice şi experimentale este impulsul generat de descărcarea electrostatică atmosferică (DEA), numită trăsnet.

4.1.1 Descrierea fenomenului fizic

Fenomenul fizic care generează DEA este descris de Feynman în [102].

Cazul cel mai des întâlnit este atunci când partea dinspre pământ a norului este încărcată negativ. DEA este iniţiată de așa numitul step leader, care pornește de la nor și înaintează în zig-zag spre pământ, însoțit de o lumină cu intensitate scăzută. Viteza sa de înaintare este mare (aproximativ 1/6 din viteza luminii) şi înaintează în pași de câte aproximativ 50 m. După fiecare pas se oprește 50 ms, după care trece la următorul pas până la pământ. Pe traseul său în zig-zag step leader-ul ionizează aerul, și când atinge pământul, între nor și pământ este întins, ca un fir conductor, un canal plin de sarcină negativă. Mai departe fenomenul se desfășoară ca în Fig. 4.1, lovitura de trăsnet (lightning stroke) pleacă în sus, de la pământ la nor, însoțită de o lumină strălucitoare, și de o degajare de căldură care produce prin expansiunea rapidă a aerului un zgomot puternic.

Fig. 4.1. Step-leader în descărcarea atmosferică

Această lovitură este lovitura principală și este denumită lovitură de întoarcere (return stroke). Curentul de trăsnet este de ordinul zecilor de kA, și transportă o sarcină de zeci de coulombi (la 10 kA corespund aproximativ 20 C).

Dar fenomenul nu se oprește aici. După un timp de ordinul sutelor de secunde, de la terminarea loviturii de întoarcere, un alt leader, numit dart leader, pleacă de la nor spre pământ, de data aceasta fără opriri, pe calea deschisă de step-leader, care este calea de minimă rezistență electrică din acea zonă a spațiului. Canalul conductor este din nou plin de sarcină negativă și o nouă lovitură de întoarcere este declanșată. Vom vedea lovituri de trăsnet repetate. Poate fi o singură lovitură, dar au fost observate și succesiuni de 42 de lovituri.

Adesea procesele devin și mai complicate. Astfel după una din pauzele sale step-leaderul poate dezvolta ramuri laterale (Fig 4.2).


54

Fig 4.2. Trăsnet cu canal ramificat

Ambele sunt îndreptate spre pământ dar au direcții și de regulă lungimi diferite. Pe ramura care atinge prima pământul pleacă lovitura de întoarcere care atunci când, în drumul său spre nor, ajunge în punctul de ramificație, dă naștere unei lovituri strălucitoare, în jos, pe cealaltă ramură. Vom vedea simultan fulgerul urcând spre nor pe prima ramură și coborând spre pământ pe a doua. Dacă cele două ramuri ating aproape simultan pământul, se poate întâmpla ca dart leader-ul să ia calea celei de-a doua ramuri. Vom vedea primul trăsnet într-un loc, iar cel de-al doilea în alt loc.

Revenind la formele de undă ale impulsurilor de testare reglementate de standarde (Fig. 3.6), un caz aparte îl reprezintă forma de undă a impulsului de curent reglementată de standardul EN 61000-4-2 (descărcări electrostatice produse de operatori umani), reprezentată în Fig. 3.6.a. Acest impuls de curent are pe partea descrescătoare un al doilea vârf. Se pune întrebarea dacă formele de undă recomandate de către organismele de reglementare reproduc corespunzător procesele fizice care au loc.

Figura 4.3.(a) înfăţişează o descărcare electrostatică atmosferică cu două ramuri, una care atinge pământul şi una care nu îl atinge.

Fig. 4.3. Descărcare atmosferică cu două ramuri [103]

Lovitura de întoarcere pornită de la pământ spre nor pe ramura care a atins prima pământul, dezvoltă pe această ramură (canalul principal) curentul i1. Când ajunge în punctual de ramificație B, Fig. 4.3 (b), va da naștere unui curent i2 de sens opus, de la nor spre pământ. Fenomenul de descărcare atmosferică prin canal ramificat generează câmpuri electrice datorate componentelor curentului de descărcare şi specifice geometriei canalului (Fig. 4.4).


55

Fig. 4.4. Forma de undă a intensităţii câmpului electric E în ramura principală [103] Se pare că descărcările electrostatice provocate de operatorii umani sunt aproape totdeauna descărcări electrostatice prin canal ramificat, și de aceea organismele de reglementare au ales forma de undă din Fig. 3.6.a.

4.1.2. Semnificaţia fizică a punctului de inflexiune

În Fig. 4.5 alături de graficul curentului de impuls i(t), pe aceeaşi axă a timpului, a fost reprezentat şi graficul vitezei de variaţie di/dt cu scopul de a se evidenţia corelaţia dintre ele.

Fig. 4.5. Impuls electromagnetic de curent și derivata acestuia

Viteza de variaţie a curentului di/dt are maximul la momentul primului punct de inflexiune al curentului, ajunge la 0 în momentul în care curentul are valoarea maximă, scade până atinge minimul negativ când curentul are al doilea punct de inflexiune pe panta descrescătoare, după care ajunge din nou la 0 în momentul în care curentul atinge maximul său negativ.

Graficul funcţiei din Fig. 4.5 are două puncte de inflexiune, A şi B, primul în zona de creştere a impulsului şi al doilea în zona de descreştere a acestuia.

Primul punct de inflexiune este punctul în care viteza de creştere a curentului di/dt (panta tangentei la curba curentului) atinge maximul. După acest maxim, curentul creşte în continuare dar cu o viteză de variaţie descrescătoare pană atinge valoarea de vârf unde viteza de variaţie devine zero. Al doilea punct de inflexiune, cel din zona de descreșterea a curentului este punctul unde viteza de descreștere a curentului atinge minimul, după care descrește decelerat până la valoarea de vârf negativ a curentului.


56

O altă caracteristică demnă de amintit a impulsului de curent din Fig. 4.5 este aceea că dacă avem instrumente de măsură care prind variația derivatelor de diferite ordine ale curentului, la fiecare derivare se obține un impuls cu aceeași formă, dar cu un timp de creștere mai mic. Este calea pe care putem obține impulsuri cu pante de urcare abrupte după câteva derivări ale unor impulsuri cu pante de urcare lente.

Din punct de vedere fizic, în primele momente ale descărcării energiei acumulate, curentul creşte accelerat (di/dt>0). Dar această creştere accelerată nu poate fi susţinută la infinit. Chiar şi în cazul unor fenomene de înaltă energie cum sunt descărcările atmosferice, sarcina electrică transferată în timpul unei descărcării electrostatice, este finită și de loc impresionantă ( pentru un trăsnet care durează o milisecundă și are un curent de vârf de 20 kA, corespunde o sarcină de numai 10 C, sarcină cu care am putea alimenta un consumator de 10 A timp de numai 1s). Valoarea ridicată pe care o atinge curentul (20 kA) se explică prin rezistența extrem de mică a canalalui de descărcare. Viteza de variație a rezistenței canalului de descărcare descrește accelerat până la atingerea primului punct de inflexiune, după care descrește decelarat până în punctul de maxim al curentului.

Forma de undă a curenrtului din Fig. 4.5 are remarcabila proprietate că prin derivare își păstrază forma. Din acest punct de vedere este asemenea funcției ex și funcției sin(x).

Continuitatea fenomenelor reale şi caracterul lor limitat determină felul în care se desfăşoară fenomenul electromagnetic perturbativ exprimat prin variaţia curentului. Trecerea, în punctul de inflexiune, de la o fază la alta a fenomenului nu se face abrupt, colţuros, ci elegant şi armonios prin unirea a două curbe pe aceeaşi tangentă. Fulgerul, fenomen în aparenţă anarhic şi dezordonat, nu-şi poate refuza graţia unui punct de inflexiune.

Se pare că, lipsit de frumuseţe, universul, pur şi simplu, nu funcţionează.

4.2. Evaluarea schemelor electrice simplificate ale generatoarelor de perturbaţii 4.2.1. Generatorul de perturbații sub formă de trenuri de impulsuri rapide de

tensiune

Pe baza schemei echivalente simplificate a generatorului de perturbaţii sub formă de trenuri de impulsuri (Fig. 4.6.a) se obţine schema operaţională a generatorului (Fig. 4.6.b).

a) b) Fig. 4.6. Generatorul de trenuri de impulsuri rapide de tensiune: a) schema electrică

simplificată; b) schema operațională În schema operațională rezistența Rm și rezistența de 50 Ω a sarcinii au fost incluse în rezistența R2.

Ecuaţiile circuitului sunt:

R1R2I1

I2

I A

1sC1

2sC1

sU

1C


57

21

1222

111

11

1

21

1

III

sCI

sU

sCRI

sU

sCIRI

sU

CC

C

Valorile componentelor au fost alese apropiate de cele din lucrarea [101]: R1=R2=500 Ω, C1=400 pF, C2=10 nF. S-a considerat de asemenea că tensiunea la care a fost încărcat condensatorul C1 a fost UC1= 500 V.

Pentru aceste valori nu s-au obținut reprezentări grafice acceptabile. După alegerea mai multor valori pentru C2, valoarea de 0,1 nF a dat rezultate potrivite pentru continuarea cercetării. A rezultat graficul curenților prezentat în Fig. 4. 7.

Fig. 4.7. Graficul curenților în cele două condensatoare: i1 (roșu), i2 (albastru).

Se observă că graficele sunt cele ale curenților de descărcare ai unor condensatoare. Aceste grafice nu corespund formei de undă reglementate (Fig. 3.6. b). În forma prezentată, scheme electrică simplificată nu corespunde scopului de a genera impulsuri de forma celor din Fig. 3.6. c). Ea generează la ieșire forma de undă caracteristică tensiunii de descărcare a unui condensator pe o rezistență. Tensiunea variază de la o valoare maximă la zero, nu are o parte de creștere cu o anumită durată cum cere forma de undă reglementată.

Graficul tensiunii pe condensatorul C2 (Fig. 4.8, Fig. 4.9) are însă o formă de undă cu alura impulsurilor de tensiune reglementate și de acea va fi studiată în continuare. Tragem concluzia că schema electrică simplificată din Fig. 4.6. a) este incorectă. Schema electrică simplificată care ar trebui utilizată este cea din Fig. 4.8.

Fig. 4.8. Schema electrică simplificată corectă a generatorului de trenuri de impulsuri rapide

de tensiune

Influenţa variaţiei valorilor rezistenţei R1 asupra duratei impulsului este indicată în Fig. 4.9, în care: C2= 100 pF , C1=400 pF, R2=500 Ω. Influenţa valorilor rezistenţei R2 asupra duratei


58

impulsului este prezentată în Fig. 4.10, pentru următorii parametrii de circuit: C2= 100 pF , C1=400 pF.

a) b)

Fig. 4.9. Forma de undă a tensiunilor pe condensatorul C1 (roșu) şi pe condensatorul C2 (albastru) pentru diferite valori ale rezistenţei R1: a) R1=500 Ω; b) R1=1000 Ω.

a) b)

Fig. 4.10. Forma de undă a tensiunilor pe condensatorul C1 (roșu) şi pe condensatorul C2 (albastru) pentru diferite valori ale rezistenţei R2, a) R1= 500 Ω, R2=500 Ω; b) R1=500 Ω,

R2=150 Ω.

Așadar, prin modificarea valorilor rezistentelor R1 și R2 se pot obţine valori diferite pentru duratele respectiv pentru timpii de creștere ai impulsului electromagnetic. Totuși această formă de undă nu corespunde exigențelor ridicate de manifestarea reală a fenomenelor de tipul undei de șoc, fenomene caracterizate, vom vedea în paginile următoare, de o derivată în origine egală cu zero, graficul pornind din origine tangent la axa timpului.

4.2.2. Generatorul de perturbații sub formă de unde de șoc de curent sau tensiune

Pe baza schemei echivalente a generatorului de perturbaţii sub formă de unde de șoc de curent sau tensiune (Fig. 3.7.c) se obţine schema operaţională a generatorului (Fig. 4.11).

a) b)

Fig. 4.11. Schema operaţională a generatorului de undă de şoc de curent

R RI1

I2I A R sL

sU

cC

csC1


59

În schema operațională R1=Rs1, R2 este rezistența de 50 Ω a sarcinii, Rm rezistența de acord a sarcinii, și Lm=Lr este inductanța de de formare a timpului de creștere a impulsului de șoc de curent vor avea valori variabile. Condensatorul Cc= 1 μF este încărcat la tensiune de 500 V. Se va determina curentul în ramura circuitului pe care se află rezistența Rm, bobina Lm și rezistența R2. Ecuaţiile circuitului sunt:

21

1222

111

1

1

0

III

sCILIRsLRI

sU

sCIRI

sU

mmmC

C

c

c

(4.9) În Fig. 4.12 este prezentată variația tensiunilor pe rezistențele R1 și R2 funcție de valoarea rezistenței R1 atunci când valoarea celorlalte componente este R2=250 Ω, Rm=150 Ω, Lm=20000 µH. În Fig 4.14 este prezentată forma de undă a tensiunilor pe rezistențele R1 și R2 cu valorile parametrilor de circuit: Cc= 1 µF, R1=500 Ω, R2=50 Ω, Rm=10 Ω.

a) b)

Fig. 4.12. Graficul tensiunilor pe rezistențele R1 (albastru) și R2 (roșu) pentru: a) R1=100 Ω, R2=250 Ω, Rm=150 Ω, Lm=20000 µH; b) R1=500 Ω, R2=250 Ω, Rm=150 Ω, Lm=20000 µH.

a) b)

Fig. 4.13. Graficul tensiunilor pe rezistențele R1 (albastru) și R2 (roșu) când R1= R2=500 Ω, Rm =150 pentru: a) Lm=5000 µH: b) Lm=50000 µH

a) b)

Fig. 4.14. Graficul tensiunilor pe rezistențele R1 (albastru) și R2 (roșu) pentru: a) Lm=5000 µH; b) Lm=4000 µH


60

Se observă că au fost obţinute şi valori negative pentru tensiunea pe R2. Curentul i2 va avea aceeași formă, adică o creștere pozitivă urmată de o descreștere care trece și sub zero. Această formă de undă este cea mai apropiată de cea reglementată de standardul EN 61000-4-5, dar nici ea nu corespunde exigenței de a avea în origine panta egală cu zero.

Concluzii Pentru cele două generatoare studiate s-au obţinut forme de undă cu aceeași alură ca

cele din standarde. S-au identificat parametrii circuitelor prin a căror variație se pot obține diferite valori

ale timpilor de creștere și durate ale impulsului.

S-a constatat că schema electrică simplificată reglementată de standard nu este corectă și a fost propusă o schemă electrică simplificată adecvată, Fig. 4.8.

Nici una din ele nu îndeplinește exigența de a avea panta egală cu zero în origine, exigență rezultată pe de o parte din măsurători și pe de altă parte din expresia matematică pentru unda de șoc de curent sau de tensiune. Circuitele electrice simplificate au avantajul simplității, sunt compuse doar din componente pasive (rezistențe, inductanțe și condensatoare). Obținerea formelor de undă reglementate de standarde necesită reglaje de precizie ale componentelor.

În continuare, vor fi descrise principalele expresii matematice care au fost propuse în vederea modelării fenomenelor tranzitorii generate de impulsurile electromagnetice.

4.3. Funcţii matematice care descriu impulsul electromagnetic 4.3.1 Funcţia dublu exponenţială

Au fost propuse dea lungul timpului mai multe funcţii matematice [105] pentru a exprima forma de undă a impulsului electromagnetic. Una dintre funcțiile propuse a fost funcţia dublu exponenţială, care are forma:

ttm eeIti )( (4.13)

Funcţia dublu exponenţială are un maxim Im şi un punct de inflexiune în zona descrescătoare, iar parametrii α şi β determină forma de undă şi timpii impulsului. Este o funcţie simplă care poate fi integrată şi derivată uşor. Are însă dezavantajul unei derivate diferite de zero în origine, lucru care pe de o parte nu corespunde cu realitatea fizică a fenomenului iar pe de altă parte creează probleme în cazul simulărilor software. De asemenea, această funcţie nu poate aproxima impulsurile de curent de ordinul kA, cu formă de undă trapezoidală, întâlnite la unele descărcări atmosferice, iar parametrii α şi β sunt dificil de utilizat pentru modelarea diverselor forme de undă [105]. Pentru a exprima realitatea fizică funcţia matematică trebuie să fie o funcţie continuă ea însăşi, dar şi la nivelul primelor două derivate ale sale di/dt și d2i/dt2=0, [104].

4.3.2. Funcţia Heidler O funcţie matematică potrivită exprimării fenomenelor cu o variaţie rapidă în timpul creşterii valorii sale urmată de o variaţie lentă în timpul descreşterii valorii sale este cea exprimată de relaţia:

)()()( tytxIti m (4.15) în care Im reprezintă valoarea maximă atinsă de impulsul perturbator, iar funcţiile x(t)∙şi y(t) trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:

y(t)≈1, pentru intervalul de creştere a impulsului, timp în care fenomenul este modelat doar de x(t) ;


61

x(t)≈1, pentru intervalul de descreştere a impulsului, timp în care fenomenul este modelat doar de y(t).

S-a considerat funcţia ca exprimând variaţia curentului perturbator, dar această funcţie poate exprima şi variaţia tensiunii sau a altei mărimi care descrie fenomenul electromagnetic.

Pentru perioada de descreştere a fost aleasă funcţia /)( tety (4.16)

Pentru perioada de creştere funcţia (4.16) este potrivită, pentru că în timpul de creştere al impulsului, la valori foarte mici ale lui t , y(t)≈1.

Se poate alege o funcţie de forma :

e

t

n

nk

Tt

Tt

Tta

ti

1

I)( m

(4.25)

Forma cea mai simplă a ecuaţiei (4.25) este:

e

t

n

n

Tt

Tt

ti

1

I)( m

(4.29)

Aceasta este forma generală a funcţiei matematice utilizate pentru modelarea inpulsurilor electromagnetice. Ea este valabilă şi pentru perturbaţiile generate de fenomenele de mică energie precum descărcare electrostatice ale corpul uman şi trenurile de impulsuri rapide de tensiune (burst), dar şi pentru perturbaţiile generate de fenomenele de înaltă energie de tipulundelor de şoc (surge). Această formă generală (4.29) este utilizată de standardul IEC 61000-4-5 :2013 Încercări de imunitate la unde de şoc (surge), Anexa E - Modelarea matematică a formei de undă a undelor electromagnetice de şoc în forma particulară :

et

sourge

sourge

sourgevsourge

t

t

kvktv 2

1

11

1 (4.30)

et

sourge

sourge

sourgeisourge

t

t

kikti 2

1

11

1 (4.31)

în care


62

ki, kv sunt coeficienţi de corecţie ai curentului şi tensiunii τ1, τ2 sunt timpii de creştere şi descreştere a impulsului ηsourge, ksourge sunt coeficienţi de corecție a formei impulsului

esourgesourge sourgek

1

21

2

1

(4.32)

Valorile numerice ale acestor parametrii pentru diferite forme de undă ale tensiunii şi ale curentului sunt date în Tabelul 4.1.

Tabelul 4.1. Parametrii undei de șoc de tensiune sau de curent conformIEC 61000-4-5 :2013 Tipul testului ki kv ηsourge τ1 [μs] τ2[μs]

Undă de şoc de tensiune 1,2/50 μs - 1 1,852 0,356 65,845 Undă de şoc de curent 8/20 μs 1 - 2,741 47,52 4,296 Undă de şoc de tensiune 10/700 μs - 1 1,749 2,574 945,1 Undă de şoc de curent 5/320 μs 1 - 1,556 1,355 429,1

Se observă că tensiunea şi curentul din ecuaţiile (4.30) și (4.31) au aceeaşi expresie matematică, observaţie cu consecinţe legate de reprezentarea grafică a acestora în standardele de imnitate.

4.4. Relevanţa standardelor de imunitate Măsurările efectuate cu echipamente şi în configuraţii ca cele prezentate în figura 4.18.

Fig. 4.18. Echipamente de măsurare a parametrilor câmpului electromagnetic generat de

trăsnet [106]

au pus în evidenţă forme de undă ale vitezei de variaţie a curentului, di/dt, cu aliura celor din figura 4.19.


63

Fig. 4.19. Forme de undă ale vitezei de variație a curentului [106]

Se observă că forma de undă a vitezei de variţie a curentului, di/dt, are valoarea 0 în origine și pleacă din origine, ca şi curentul cu o pantă egală cu 0. Deasemenea are aceeaşi formă de undă cu cea a curentului.

Dat fiind faptul că măsurările experimentale arată că di/dt este 0 la momentul t=0, decă ne propunem ca standardele să fie relevante relativ la fenomenul electromagnetic real, atunci reprezentarea grafică a curentului trebuie să plece din origine, la momentul t=0, tangentă la axa timpului.

Deasemenea, din punct de vedere matematic, dacă derivăm relaţiile 4.30 și 4.31 care dau variaţia în timp a curentului și a tensiunii şi rezolvăm ecuaţiile dvsourge/dt=0, disourge/dt=0, obţinem pentru fiecare dintre ele una dintre soluţii ca fiind valoarea t=0. De aici rezultă că funcţiile isourge (t) şi vsourge (t) au în origine un punct de extrem, deci o pantă a tangentei egală cu 0. Este un al doilea argument în sprijinul afirmaţiei că reprezentarea grafică a curentului, dar şi a tensiunii trebuie să plece din origine, la momentul t=0, tangentă la axa timpului.

Evaluând formele de undă reglementate de standardul IEC 61000-4-5 :2013, din punct de vedere al exigenţelor impuse de măsurările experimentale şi expresiile matematice reglementate ale curenţilor şi tensiunilor, putem afirma că graficul din Fig. 4.20. a) este corect şi reprezintă în mod corect fenomenul în timp ce graficul din Fig. 4.20. b, îl reprezintă în mod eronat printr-o curbă ce pleacă din origine cu o pantă diferită de 0.

(a) (b)

Fig. 4.20. Forma de undă a curenţilor în vecinătatea originii pentru undele de şoc de curent 8/20 μs şi 5/320 μs.[90]

Standardul IEC 61000-4-5 :2013, în Anexa E Modelarea matematică a formei de undă prezintă cerinţele pe care trebuie să le îndeplinească expresiile matematice (ii)

1. Să reproducă timpul de front şi durata aşa cum a fost definită de standard pentru generatoare cu ieşirea în gol sau scurtcircuit.

2. Să ajute proiectanţii de aparate digitale să construiască un model de circuit a generatorului sursă prin utilizarea circuitelor simplificate raportate în standard cu valorile nominale ale elementelor de circuit, dacă sunt date.

3. Să aibă derivata egală cu zero la momentul iniţial pentru a evita instabilitatea atunci cand sunt executate simulări software.

4. Să aibă aceeaşi formulă de bază utilizată IEC pentru fenomenele tranzitorii ca ESD, EFT/B şi undă de şoc (surge).

Relativ la cerinţa 3, constatăm din analiza reprezenţarilor grafice ale formelor de undă pentru curent şi tensiune, că standardul nu este conform propiei cerinţe. Deasemenea argumentul


64

folosit , respectiv evitarea instabilităţii simulărilor software creată de o derivată în origine diferită de zero, considerăm că nu este adecvat. Justficarea clară şi consistentă se află în măsurările experimentale ale vitezei de variaţie a curentului (di/dt), care au arătat că la momentul iniţial, aceasta este egală cu zero.

Concluzii

Măsurările experimentale au pus în evidenţă o formă de undă asemănătoare pentru fenomenele ESD, Burst şi Surge. Mărimile care descriu aceste fenomene, tensiuni sau curenţi, pornesc din zero, au o pantă crescătoare foarte abruptă, ating un vârf, după care urmează o pantă lentă de coborâre, şi ajung din nou la zero.

Până în 2013 forma de undă reglementată nu a fost explicată, iar expresia ei matematică era prezentată în unele standarde (ESD:EN 61000-4-2-) iar în altele nu (Burst - EN 61000-4-4 și Surge - EN 61000-4-5). De asemenea expresiile matematice, complicate și cu coeficienți ciudați, nu erau explicate. De ce aveau această formă ? Cum s-a ajuns la ele ? Nu era trecută o bibliografie din care să poți afla de unde provin.

Toate aceste probleme au constituit o preocupare a autorului în perioada 2012-2013. Trebuia identificată o expresie matematică comună, pentru cele trei tipuri de impulsuri perturbatoare tranzitorii :descărcări electrostatice, trenuri de impulsuri rapide de tensiune, unde de șoc de curent/tensiune

Lucrările lui Heidler au adus în discuție funcția care îi poartă numele. Funcția Heidler s-a potrivit foarte bine ca expresie matematică a impulsului electromagnetic tranzitoriu prin următoarele proprietăți:

- permite o bună decuplare între perioada de creștere și cea de descreștere a impulsului electromagnetic

- permite, din valorile parametrilor, construirea unor forme de undă precise - permitea variația poziției punctului de inflexiune de pe panta crescătoare a

impulsului - are derivata în origine egală cu zero, în concordanță cu rezultatele

experimentale.

O formă particulară a funcției Heidler, a fost adoptată în standardul EN 61000-4-5 :2013 pentru expresia curentului dar și a tensiunii undelor de șoc. Expresia este comună pentru testele ESD, Burst, Surge. Lucrul important care s-a întâmplat în anul 2013, cu ocazia redactării acestei ediții a standardului EN 61000-4-5, a fost unificarea formelor de undă particulare specifice standardelor de ESD, Burst, Surge în expresiile matematice (4.30) și (4.31), forme ale funcției Heidler. În urma rezolvării în Matlab a schemei electrice simplificate și a ridicării graficelor, s-a constatat că schema electrică simplificată reglementată de standardul EN 61000-4-4 Tehnici de încercare și măsurare - Încercări de imunitate la trenuri de impulsuri rapide de tensiune , nu este corectă și a fost propusă o schemă electrică simplificată adecvată, Fig. 4.8. Această concluzie este întărită și de lucrarea [107].


65

5. CONCLUZII FINALE

5.1. Rezumat și concluzii

Din punct de vedere al structurii, prezenta teză de doctorat a urmărit să răspundă exigențelor legate de modul de fundamentare, de echilibru şi de consistenţă a cercetării.

Cercetarea a pornit de la identificarea unor concepte fundamentale pe baza cărora apoi au fost identificate căile teoretice şi experimentale de evaluare a imunităţii electromagnetice la perturbații conduse a unor echipamente electrice și electronice reprezentative.

În demersul făcut s-a urmărit realizarea unei structuri echilibrate între conţinutul experimental aplicativ şi cel teoretic. S-au definit conceptele fundamentale prin prisma cărora au fost evaluate perturbațiile electromagnetice specifice şi s-au identificat expresiile matematice reprezentative ale impulsului electromagnetic, ca bază pentru proiectarea generatoarelor de testare la imunitate electromagnetică.

Consistenţa cercetării a fost urmărită prin identificarea esenţei fenomenelor legate de imunitatea electromagnetică, urmată de explicarea lor din punct de vedere fizic, cuantificarea şi exprimarea lor matematică. Fenomenele perturbative specifice au fost evaluate de fiecare dată prin prisma a cinci concepte fundamentale. S-a avut în vedere dinamismul fenomenelor, s-a apelat la demonstrații matematice şi dacă a fost posibil, plecând de la nivelul fundamental, al ecuațiilor lui Maxwell.

Capitolul 1

Perspectiva deschisă de titlul prezentei lucrări nu poate fi cuprinsă decât dacă se apelează la conceptele fundamentale ale teoriei câmpului electromagnetic. Aceasta a fost rațiunea pentru care cercetarea a pornit cu stabilirea unui set de concepte fundamentale în lumina cărora să fie evaluată imunitatea electromagnetică a echipamentelor electrice și electronice la orice fel de perturbații electromagnetice conduse. Au fost stabilite cinci concepte fundamentale care să constituie baza teoretică a cercetării:

concentrare şi transfer de energie (CTE), interacţiunea echipament-mediu electromagnetic (IEM), mod comun-mod diferenţial de raportare a perturbaţiei conduse (MCD), pământ, pământare, masă (PPM), câmp apropiat - câmp îndepărtat (CAD).

Acest set de concepte, folosit consecvent pentru evaluarea diferitelor fenomene perturbative, este un instrument suficient de general și cuprinzător, aplicabil unei clase foarte largi de fenomen electromagnetice. Fiecare clasă de perturbaţie electromagnetică condusă este analizată prin filtrul acestor concepte şi sunt clarificate:

- locul/zona interacțiunii perturbație-echipament, - punctele/ zonele de concentrare a energiei electromagnetice, felul în care are

loc concentrarea de energie și modul de transfer al acesteia; transfer eficient în cazul rezonanței și al adaptării sarcinii,


66

- modul de raportare a perturbaţiei conduse, - modul de realizare al planului de referință; importanța frecvenței în alegerea

modului constructiv de realizare a referinței, - caracteristicile câmpului electromagnetic din zona interacțiunii

Cunoașterea acestor informații permite identificarea măsurilor eficace pentru eliminarea căii de cuplare a perturbației la echipament.

Conceptul central al acestui set este cel de concentrare și transfer de energie. A fost analizat modul de transfer wireless al energiei electromagnetice și s-au stabilit condițiile de rezonanță în cazul concret al tehnologiei RFID.

Este efectuată o cercetare experimentală legată de monitorizarea mediului electromagnetic al municipiului Brașov în domeniu de frecvenţă 80 MHz - 3 GHz. Rezultatele cercetării au fost comparate cu cele realizate de alți cercetători în același domeniu de frecvență pentru diferite în zone urbane.

Capitolul 2

Testele de imunitate electromagnetică sunt de tip trece sau nu trece şi nu spun nimic despre: cauzele defectării echipamentului; efectul perturbaţiilor introduse la intrarea echipamentului asupra ieşirilor acestuia; nu propun măsurători ale căror rezultate să poată fi prelucrate şi analizate. În acest sens, a fost dezvoltată o procedură şi s-a pus în funcţiune standul de evaluare a imunității la perturbaţii de radiofrecvenţă care să răspundă exigențelor de a obține rezultate exacte şi repetabile prin respectarea reglementărilor standardului EN 61000-4-6, dar în acelaşi timp, să permită evidenţierea şi măsurarea efectului perturbaţiilor introduse, asupra ieşirilor echipamentului testat. Procedura a fost optimizată prin testele de imunitate la perturbații RF conduse induse de câmpuri de radiofrecvență efectuate asupra unor surse în comutaţie pentru PC. Testarea s-a făcut cu respectarea cerinței de adaptare a impedanței pe întreg lanțul de testare și măsurare. Perturbațiile la care au fost testate sursele în comutație au fost de mod comun. Prin ridicarea răspunsului în frecvență al sursei în comutație, în domeniul de frecvență 150 kHz-80 MHz, au fost puse în evidenţă zonele de susceptibilitate/vulnerabilitate ale sursei la perturbațiile RF de mod comun. Concluzia studiului este că sursele în comutație au o vulnerabilitate ridicată la perturbații RF de mod comun.

Perturbaţii electromagnetice generate de variaţii şi întreruperi de tensiune au fost analizate şi caracterizate cu criteriile propuse. S-a elaborat procedura de testare la variaţii de tensiune de scurtă durată şi s-a pus în funcţiune standul de testare, conform standardului EN 61000-4-11.

Evaluarea imunității la goluri de tensiune a sursei în comutație tip PC, criteriul de defect fiind resetarea calculatorului, a identificat intervalul de tensiune de la care acest defect se produce și anume între 120 V și 125 V.

Verificarea şi optimizarea procedurii de testare s-a realizat prin testarea imunității la goluri de tensiune a echipamentelor electromecanice. S-au identificat tensiunile și duratele golurilor pentru care contactele releelor electromecanice sunt eliberate și întrerup alimentarea


67

echipamentelor din care fac parte. Perturbaţiile electromagnetice au fost: goluri singulare și repetitive, abrupte și trapezoidale. S-au ridicate diagramele CBEMA pentru trei tipuri de contactoare electromagnetice. La contactoarele testate nu a fost observată o dependență a tensiunii la care este eliberat contactul de unghiul de fază. A fost pus în evidență faptul că scăderi ale tensiunii sub o anumită valoare, în cazul cercetării noastre de 114 V, duc la eliberarea contactului chiar în cazul unor durate foarte scurte, de 10 ms, ale întreruperii tensiunii de alimentare. Acest aspect subliniază atenția deosebită care trebuie acordată proiectării circuitelor de alimentare ale unor echipamente care operează în puncte critice ale unei instalații.

Pentru motorul asincron, golurile de tensiune abrupte s-au dovedit a fi un test mai dur: curentul fiind mai mic decât în cazul golurilor graduale are ca efect scăderea performanţelor motorului: creşterea alunecarea, scade turaţia şi duce la oprirea motorului, pentru goluri cu tensiune reziduală sub 40% din tensiunea nominală.

Rezultatele cercetării privind imunitatea surselor în comutație tip PC la perturbații electromagnetice conduse RF de mod comun; perturbații electromagnetice conduse generate de goluri de tensiune, sunt aplicabile la o clasă foarte largă de echipamente electronice pentru că aproape orice echipament electric sau electronic are o sursă de alimentare, în marea majoritate a cazurilor, conectată la rețeaua de alimentare cu energie electrică, direct influenţată de variaţia de tensiune a reţelei.

Capitolul 3

În acest capitol sunt analizate caracteristicile a trei tipuri de perturbaţii conduse tranzitorii din punct de vedere al amplitudinii, duratei şi al vitezei lor de variație, şi anume: descărcările electrostatice, unde de șoc de curent sau tensiune, trenuri de impulsuri rapide de tensiune.

Sunt analizate cerințele standardelor de evaluare a imunității la perturbaţii conduse tranzitorii, cu scopul asigurării la standurile implementate a exactităţii şi repetabilităţii determinărilor experimentale.

Este elaborată procedura de testare la imunitate a echipamentelor electrice şi electronice la unde de şoc de curent, respectiv de tensiune şi este pus în funcţiune standul de testare, conform standardului SR EN61000-4-5.

Este elaborată procedura de testare la imunitate a echipamentelor electrice şi electronice la trenuri de impulsuri de tensiune şi este pus în funcţiune standul de testare, conform standardului SR EN61000-4-4.

Studiul de caz efectuat în ceea ce priveşte imunitatea la perturbaţii conduse tranzitorii a unor echipamente de calcul are în vedere identificarea nivelului tensiunii de la care este necesar să se înceapă procedura de încercare a imunităţii la trenuri de impulsuri rapide.

S-a pus în evidenţă faptul că nu are sens să se pornească de la Nivelul 1-500 V. Doar pentru Nivelul 2-1000 V, valoarea vârf la vârf a tensiunii perturbatoare la ieşirea sursei în comutaţie este comparabilă cu tensiunea perturbatoare generată la conectarea/deconectarea zilnică a unei surse de foarte bună calitate. Prezenta cercetare a fost un demers îndreptat spre rafinarea


68

procedurii standard de încercare la trenuri de impulsuri rapide, și a avut ca rezultat creşterea eficienţei , măsurate în:

- micşorarea timpului de încercare cu efect în creşterea duratei de exploatare a echipamentelor utilizate

- diminuarea costurilor/încercare, cu efect în mărirea portofoliului de clienţi datorită preţurilor competitive la nivelul pieţei

Capitolul 4 Până în 2013, expresia matematică a formei de undă a impulsului este reglementată pentru ESD (EN 61000-4-2), nu însă pentru Burst (EN 61000-4-4) și Surge (EN 61000-4-5). A fost necesar să se identifice o expresie matematică comună, pentru cele trei tipuri de impulsuri perturbatoare tranzitorii. Funcția Heidler s-a dovedit potrivită ca expresie matematică a impulsului electromagnetic tranzitoriu. O formă particulară a funcției Heidler (4.30) și (4.31) a fost adoptată în standardul EN 61000-4-5 :2013 pentru expresia curentului dar și a tensiunii undelor de șoc. Expresia este comună pentru testele ESD, Burst, Surge.

În urma rezolvării în Matlab a schemei electrice simplificate și a ridicării graficelor, s-a constatat că schema electrică simplificată reglementată de standardul EN 61000-4-5 este incompletă și a fost propusă o nouă schemă electrică simplificată adecvată (Fig. 4.8).

5.2. Originalitate, noutate şi perspective

Considerăm ca având un caracter original și de noutate, rezultat al efortului creativ propriu al autorului, următoarele: Introducerea setului de concepte fundamentale pe baza cărora se analizează

caracteristicile perturbaţilor electromagnetice conduse şi se fundamentează procedura de evaluare a imunității electromagnetice a echipamentelor electrice și electronice: concentrare şi transfer de energie; interacţiunea echipament-mediu electromagnetic; mod comun-mod diferenţial de raportare a perturbaţiei conduse; pământarea şi masa; câmp apropiat - câmp îndepărtat.

Elaborarea procedurii de testare și punerea în funcţiune a standului de evaluare a imunității electromagnetice la perturbații electromagnetice de radiofrecvență, în domeniul de frecvență 150 kHz-80 MHz, conform standardului EN 61000-4-6.

Identificarea vulnerabilităţii surselor în comutaţie la perturbaţii de radiofrecvenţă; identificarea zonelor de frecvență din domeniul 150 kHz-80 MHz în care vulnerabilitatea este ridicată și a celor în care este redusă.

Elaborarea procedurii de testare și punerea în funcţiune a standului de evaluare a imunității electromagnetice la variații de tensiune de scurtă durată, conform standardului EN 61000-4-11.

Identificarea vulnerabilităţii releelor electromecanice la goluri de tensiune şi construirea curbei CBEMA de imunitate la acest tip pe perturbaţii electromagnetice conduse; cu punerea în evidenţă a vulnerabilităţii releelor electromecanice la goluri foarte scurte, de o jumătate de perioadă.


69

Determinarea imunităţii surselor în comutaţie la goluri de tensiune; pentru niveluri ale golurilor sub 120 V - 125 V sursele în comutație tip PC resetează calculatorul.

Elaborarea procedurii de testare și punerea în funcţiune a standului de evaluare a imunității electromagnetice la trenuri de impulsuri de tensiune, conform standardului EN 61000-4-4 şi a standului de testare la şoc de curent/tensiune, 61000-4-5.

- Elaborarea unei metode de identificare a nivelului de pornire al testelor de imunitate la perturbații conduse sub formă de trenuri de impulsuri rapide de tensiune, prin testări la cuplare/decuplare alimentare de la reţea; testarea trebuie să pornească de la nivelul doi.

- Stabilirea schemei electrice simplificate pentru testare la trenuri de impulsuri rapide de tensiune; tensiunea de pe condensatorul C2 trebuie să fie tensiunea de ieșire a generatorului.

- Stabilirea modelului matematic pentru impulsurile sub formă de undă de șoc de tensiune/curent în acord cu standardul EN 61000-4:2013

- Justificarea adecvată a cerinței (3) din Anexa E Modelarea matematică a formei de undă a standardului EN 61000-4:2013 ca impulsul electromagnetic tranzitoriu să aibă derivata egală cu zero la momentul iniţial prin măsurările experimentale ale vitezei de variaţie a curentului (di/dt).

Diseminare Rezultatele obținute în timpul pregătirii doctorale au fost diseminate în unsprezece lucrări publicate în volume ale conferințelor naționale și internaționale, dintre care cinci ca prim autor. Perspective

Pornind de la studiul impulsului electromagnetic sub formă de undă de șoc de curent, proiectele de viitor ale autorului se îndreaptă spre aplicarea ecuațiilor lui Maxwell pentru medii neliniare, a metodelor numerice și a softurilor de simulare a fenomenelor electromagnetice din aceste medii. Pe baza acestor cunoștințe teoretice urmează a fi investigată propagarea impulsului electromagnetic în medii neliniare și condițiile transformării impulsului electromagnetic în undă de șoc. Alt proiect se leagă de generarea unor impulsuri electromagnetice de testare cu circuite electrice simple și de studiul impulsului electromagnetic la nivel biologic.


70

BIBLIOGRAFIE SELECTIVA 1. A. Nicolaide, Electromagnetics-general theory of the electromagnetic field-classical and

relativistic approaches, Editura Universităţii Transilvania din Braşov, Transilvania University Press, Braşov, 2012.

2. J. Maxwell, A dynamical theory of the electromagnetic field, Royal Society Transactions, vol. CLV, reprinted in Simpson, T., Maxwell on the Electromagnetic Field, Rutgers University Press, New Brunswick, NJ, 1997.

3. J. Maxwell, A Treatise on electricity and magnetism, Clarendon Press, Oxford, 1873. 4. H. Hertz, Electric Waves, MacMillan, London, 1893. 5. **** Schurter Electronic components-introduction to EMC, 2013. 6. O. Baltag, M. Constandache, A. Rău, ş.a., Dinamic shielding of the magnetic fields,

Advances in Electrical and Computer Engineering, Vol. 7(14), Number 2(28), Suceava, 2007.

7. M. Sefton, Understanding electrocity and circhits: What the text books don’t tell you, Science Teachers Workshop, 2002, pp. 1-12.

8. K. Rasmussen, EMC Precompliance solution, Rhode&Schwartz, 2011, pp. 1-79. 9. J. Smith, P. Malloy, RF Amplifier output voltage, current, power, and impedance

relationship, Application Note#49, RF Microwave Instrumentation, Souderton, 2010, pp. 1-10.

10. C. Ursachi, E. Helerea, Wireless energy transfer in a medium range charging area, National Symposium of Theoretical Electrical Engineering SNET’12, București, 14 Dec 2012, pp 258-263.

11. N. Tesla, Apparatus for transmitting electrical energy, US patent number 1,119,732, issued in December 1914.

12. *** Patent US20120303980, Wireless power utilization in a local computing environment, Apple, 2012.

13. A. Karalis, J.D. Joannopoulos, Marin Soljacic, Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer, Annals of Physics 323, (2008) 34-48.

14. H.A.Haus, W.Huang, Coupled mode theory, IEEE Proceedings, vol-79, Page No-1505-1518.

15. A. Kurs, Aristeidis Karalis, Robert Moffatt, J. D. Joannopoulos, Peter Fisher, Marin Soljacic ‘Wireless power transfer via strongly coupled magnetic resonances, SCIENCE, Volume 317, 6 July 2007. www.sciencemag.org

16. R., Raduleț, Bazele teoretice ale electrotehnicii, Editura Politehnica Press, București, vol. IV, 2011.

17. A.E. Umenei, Understanding low-frequency non-radiative power transfer, Fulton Innovation, LLC, 2011

18. F.Z. Shen, W.Z. Cui, W. Ma, J.T. Huangfu, L.X. Ran Circuit analysis of wireless power transfer by ‘coupled magnetic resonance, IET CCWMT 2009, p.602.

19. G. Durgin, Mutual inductance, Georgia Tech-youtube presentation, www.youtube.com.watch?v=qwEI5UpAIU.


71

20. C.A. Tucker, K. Warwick, W. Holderbaum, A contribution to the wireless transmission of power, Electrical Power and Energy Systems 47 (2013) 235–242.

21. W. Junhua, L. H. Siu, F. Weinong, T. K. Cheung, S. Mingui, Finite-element analysis and corresponding experiments of resonant energy transfer for wireless transmission devices, IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL. 47, NO. 5, MAY 2011.

22. Seymour J., Horsley T., The seven types of power problems, American 23. K. Armstrong, Testing and measurements techniques-Immunity to conducted disturbances

induced by radio frequency fields, A practical guide for EN-61000-4-6, REO UK LTD, ., Available: http:..www.reo.co.uk.files.handbook_en61000-4-6_v2.pdf

24. C. Ursachi, E. Helerea, Inductive electromagnetic coupling mechanism and influential factors, Bulletin of the Transilvania University of Brasov, vol. 6 (55) no. 2 – 2013, Series I Engineering sciences, ISSN 2065-2119 (print), ISSN 2065-2127 (cd-rom) , pp.105-110.

25. M. Dărăban, Information processing techniques to mitigate crosstalk effects on paralel data busses, Teză de doctorat, Universitatea tehnică din Cluj-Napoca, Cluj, 2012.

26. Ott W., Understanding and controlling common mode emission in high power electronics, Henry Ott Consultants, Livingstone, 20001.

27. Ron Schmitt, ‘Understanding electromagnetic fields and antenna radiation need no math March 2000, www.ednmag.com.

28. C. Balanis, Antenna theory analasys and design, John Wiley & Sons, Hoboken, 2005. 29. A., Matoi, E., Helerea, Electromagnetic environment and pollution, Bulletin of

Transilvania University of Brasov, vol 15 (50), pp. 618-624, 2008. 30. J. Barth, Radiation environment, IEEE short course, July 1997,

http:w.w.w.flick.gsfc.nasa.gov.radhome.RPO_slides.htm. 31. C. Munteanu, Gh. Vișan, V. Țopa, M. Purcar, L. Grindei, A. Răcășan, Study of the electric

field generated by the high voltage substations, Selected topics in mathematical methods and computational techniques in electrical, engineering, 12th WSEAS International Conference on mathematical methods and computational techniques in electrical, engineering, October 21-23, Timișoara, 2010, pp. 74-77.

32. Sicard, J. Dienot, Issue in EMC of integrated circuits: emission and susceptibility, Microelectronic Reliability 45, issues 9-11, pp. 1277-1284, 2005.

33. L. Aciu, Compatibilitate electromagnetică: perturbații și influențe asupra mediului, Editura Universității Transilvania din Brașov, 2006, pp.7.

34. B.W. Jaekel, Description and classification of electromagnetic environments - revision of IEC 61000-2-5”, IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility, 2008, pp. 1-4.

35. C. Giliberti, A. Bedini, R. Palomba, E. D’Emilia, C.V. Magli, L. Giuliani,The electromagnetic field background in the urban area of Rome (Italy): the situation until 2001”, IEEE 6th International Symposium on Electromagnetic Compatibility and Electromagnetic Ecology, pp. 208-212, 2005.

36. L. Giuliani, A., Bedini, C. Giliberti, M. Borra, E. D’Emilia, R. Palomba, Environmental investigation on the electromagnetic field levels in the urban area of Rome (Italy), IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility, vol 2, pp. 717-719, 2003.

37. A.F. Gohar, S.N. Muhammad, Model for radiation emission EMC measurement at OATS:


72

Issues and approaches, Measurement 42 (2009) 1045–1052. 38. L. Chen, S. Wei, C. Luo, C. Hong, L. Lin, L. Jie, Measurement of electromagnetic

environment of Xiamen Island, 5th Asia-Pacific Conference on Environmental Electromagnetics, pp. 424-428, 2009.

39. D. Ma, D. Su, research on data mining processing methods for electromagnetic environment monitoring results, 2010 Asia-Pacific International Symposium on Electromagnetic Compatibility, April 12 - 16, 2010, Beijing, China, pp. 1625- 1629.

40. G., Vemeeren, I., Markakis, F., Goeminne, T., Samaras, L., Martens Spatial and temporal RF electromagnetic field exposure of children and adults in indoor micro environments in Belgium and Greece, Progress in biophysics and Molecular Biology , xxx 2013 1-10.No. I , February 1995, pp. 26-33.

41. D., Kljajic, N., Djuric, K., Kass Lazetic, V., Bajovic, In-situ EM field observation in the SEMONT monitoring system, 5th International Conference on Modern Power System MPS 2013, pp 246, 2013.

42. A., Matoi, L., Sangeorzan, E., Helerea, Electromagnetic environment characterization using statistical methods, 13th International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment, pp. 54-60, 2012.

43. M.D. Calin, C. Ursachi, E. Helerea, Electromagnetic environment characteristics in an urban area, 4th International Symposium on Electrical and Electronics Engineering (ISEEE), Galaţi 11-13 Octomber 2013, doi 10.1109.ISEEE.2013.6674381.

44. V. Christianto and F.Smarandache, A Note on computer solution of wireless energy transmit via magnetic resonance, “Progress in Physics”, Vol-1, (2008).

45. L.W. Epp, A.R. Khan, H.K. Smith, and R.P. Smith, A compact dual-polarized 8.51-GHz rectenna for high-voltage (50 V) actuator applications, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 48, 2000, pp. 111-120.

46. T.W. Yoo, K. Chang, Theoretical and experimental development of 10 and 35 GHz rectennas, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 40, pp. 1259-1266, 1992.

47. W.C. Brown, J.R. Mims and N.I. Heenan, An experimental microwave-powered helicopter, 965 IEEE International Convention Record, Vol. 13, Part 5, 1966, pp. 1-20.

48. W.C. Brown, The History of Power Transmission by Radio Waves. Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on (Volume: 32, Issue: 9 On page(s): 1230- 1242 + ISSN: 0018-9480). September 1984, http:..ieeexplore.ieee.org.xpl.freeabs_all.jsp?arnumber=1132833.

49. J.M. Fernandez, and J.A. Borras, Contactless battery charger with wireless control link, US patent number 6,184,651, issued in February 2001. in Karalis References

50. Scheible, B. Smailus, M. Klaus, K. Garrels, and L. Heinemann, System for wirelessly supplying a large number of actuators of a machine with electrical power, US patent number 6,597,076, issued in July 2003 (ABB, <www.abb.com>). -in Karalis References

51. L. Ka-Lai, J.W. Hay, and P.G.W. Beart, Contact-less power transfer, US patent number 7,042,196, issued in May 2006 (SplashPower Ltd., <www.splashpower.com>).

52. A. Genç, M. Bayrak, E. Yaldiz, Analysis of the effects of GSM bands to the electromagnetic pollution in the RF spectrum, Progress in Electromagnetics Research, pp.17-32, 2010.


73

53. J. M. Paniagua, M. Rufo, A. Jiménez, A. Antolín, M. Sánchez, Electrical stimulation vs thermal effects in a complex electromagnetic environment, Science of the Total Environment 407 (2009) 4717–4722.

54. L. Seyfi, Measurement of electromagnetic radiation with the respect to the hours and days of a week at 100 kHz – 3 GHz frequency band in a Turkish dwelling, Measurement 44 (2013), pp. 3002-3009.

55. P., Slobodyanyuk, Blagodarnyy V., Monitoring of the electromagnetic environment by distributed spectrum monitoring system in Ukraine, Proc. of the 10th Int. Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC Europe 2011), York, UK, September 26-30, 2011, pp. 796-800.

56. D. I. Stratakis, A. I. Miaoudakis, V. G. Zacharopoulos, T. D. Xenos, On the spatial averaging of multiple narrowband electromagnetic field measurements: methods and uncertainty estimation, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 59, No. 6, June 2010, pp. 1520-1536.

57. A. Marwin, Basic electromagnetics, Young Scientists Program, University of York, 2009. 58. W. Lewin, Maxwell’s equqtion and electromagnetic waves, MIT Physics 8.02

Electricity&Magnetism, 2002, web.mit.edu.8.02.www.802TEAL3D.visualization.coursenotes.modules.guide13.pdf.

59. ICNIRP guidelines for limiting exposure to time varying electric, magnetic and electromagnetic fields (up to 300 GHz), 2012.

60. C. Cirstea, T. Petrita, V. Popescu, A. Gontean, Performance analysis and modelling of a radio frequency energy harvesting system, Advances in Electrical and Computer Engineering, vol. 13, no. 1, pp. 27-32, 2013.

61. R. Istok, Relation between disturbance radiation of CFL and resonant frequency of power supply cable, Advances in Electrical and Computer Engineering, vol. 7 (14), no. 1 (27), pp. 23-25, 2007.

62. M. Buzdugan, E. Simion, T. Buzdugan, An Electromagnetic interference problem via the mains distribution networks, Advances in Electrical and Computer Engineering, vol. l. 7 (14), no 2 (28), pp. 59-62, 2007.

63. V. Katić, S. Mujović, V. Radulović, J. Radović, The impact of the load side parameters on PC cluster’s harmonics emission, Advances in Electrical and Computer Engineering, vol. 11, no 1, pp. 103-110, 2011.

64. K. Billings, Switchmode power supply handbook, New York, McGraw-Hill, Inc., pp. 31-41, 1989.

65. B. Mammano, B. Carsten, Understanding and optimizing electromagnetic compatibility in dwitchmode power supplies, Dallas, Texas Instruments Incorporated, 2003.

66. Guo, H. Wu, B. Zhang, Z. Li, A novel spread-spectrum clock generator for suppressing conducted EMI in switching power supply, Microelectronics Journal 41, pp. 93–98, 2010.

67. Bălan, R. Munteanu, M. Buzdugan, I. Vadan, Practical procedures in determining the differential mode characteristics of EMI power supply filters, Advances in Electrical and Computer Engineering, vol. 9, no 2, pp. 65-69, 2009.


74

68. Z. Yang, L. Xioa-Quqn, D. Ying-hua, F. Zhui-ming, Z. Bo, Y. Wei, Study on synthetic system for conducted EMI noise analysis and suppression, Procedia Earth and Planetary Science, pp 1593-1598, 2009.

69. A. Schwab, Electromagnetic Compatibility, Bucureşti, Editura Tehnică, pp. 51-77, 1996. 70. T. Williams, Conducted interference, Elmac Service Presentation,IEE Colloquium in,

entitled "The Hows and Whys of EMC Design", London, 30th March 1999. 71. A. Adăscăliţei, R. Ball, M. Creţu, V. David, P. Lever, I. Montanari, et al.,

Electromagnetic compatibility testing and measurement. Practical manual, The University of Warwick, pp. 257-264, 2002.

72. V. David, M. Creţu, Measurement of the Electromagnetic Field Intensity. Theory and applications (Măsurarea intensităţii câmpului electromagnetic: teorie şi aplicaţii), Iaşi, Casa de Editură Venus, pp. 23-29, 2006.

73. Torres, Anatomy of a power supply, Hardware Secrets , 2006. 74. Elphick 2013] S. Elphick, V. Smith, V. Gosbell, G. Drury, S. Perera, Voltage sag

susceptibility of 230 V equipment, IET Generation, Transmission & Distribution, pp. 576-583, 2013.

75. J.F. Moon, S.Y. Yun, J.C. Kim, Quantitative evaluation of the impact of repetitive voltage sags on low-voltage loads, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 22, no. 4, pp. 2395-2400, 2007.

76. *** Manual for operation- Continous wave simulator type CWS 500N1, EM Test 2010, Oct 2010.

77. H. Shareef, N. Marzuki, A. Mohamed, K. Mohamed, Experimental investigation of AC contactor ride through capability during voltage sag, 9th International Conference on Environment and Electrical Engineering, pp. 325-328, 2010.

78. M. Chilukuri, M.Y. Lee, Y.Y. Phang, Voltage sag sensitivity of home appliances and office equipment, 20th International Conference on Electricity Distribution, 2009.

79. EN 61000-4-11 Tehnici de încercare și măsurare-Încercări de imunitate la scăderi de tensuiune, întreruperi de scurtă durată şi variaţii de tensiune

80. T.E. Braxton, The importance of failure-criteria definition in immunity testing, IEEE 2003, pp. 114-119.

81. D. Călin, E. Helerea, C. Ursachi, C. Mihai, S. Abagiu, A testing procedure for assesment of electromagnetic contactors immunity to voltage dips, The 9th International WorkShop of Electromagnetic Compatibility CEM 2104, Timișoara, 3-5 September, 2014.

82. E. Helerea, C. Ursachi, Decreasing the sensitivity of the electric drive to unbalance and dips - A way to increase the energy sustainability, CSE, Brasov, 2014.

83. E. Helerea, I. Lepădat, A. Ciobanu, Impact of three-phase voltage dips on the induction motors – an experimental study”, 4th International Symposium on Electrical and Electronics Engineering, pp. 1-6, 2013.

84. C. Ursachi, E. Helerea, B. Moaşa, D. Călin, Switchmode power supply immunity test to radio frequency disturbances, 5-th International Conference on Modern Power Systems, Cluj, 28-31 May, 2013, pp. 513- 518, ISSN: 1841-3323.

85. J.G. Sketoe, Integrated circuit electromagnetic immunity handbook. NASA.CR-2000, 210017, NASA Marshall Space Flight Center, AL 35812, pp.64, 2000.


75

86. C. Ursachi, E. Helerea, Real-life reliability and radio frequency immunity test limits, Scientific Research and Education in the Air Force AFASES 2013, Brasov, 23-25 May 2013, pp. 469-472, ISSN, ISSN-L: 2247-3173.

87. W. Kanokbannakorn, T. Saengsuwan, S. Sirisukprasert, The Modeling of AC magnetic contactor for immunity studies and voltage sag assessment, The 8th Electrical Engineering. Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology, pp.621-624, 2011.

88. P. Krehl, History of shock waves, explosions and impact, Springer Verlag , Berlin, 2009, ISBN 978-3-540-20678-1.

89. M. Gong, Mutual interaction between shock waves and structures, PhD Thesis, School Engineering, City University, New York,2006, pp. 3-5.

90. EN 61000-4-5:2013 Tehnici de încercare și măsurare-Încercări de imunitatela unde soc 91. Armstrong, Personnel Electrostatic Discharge, REO UK LTD, ., Available:

http:..www.reo.co.uk.files.handbook_en61000-4-2_v2.pdf, 2009. 92. *** EMC Workshop, Immunity test setup, Inhouse Universitatea Transilvania, 93. SR EN 61000-4-2 Tehnici de încercare și măsurare-Încercări de imunitate la descărcări

electrostatice 94. SR EN 61000-4-4 Tehnici de încercare și măsurare-Încercări de imunitate la trenuri de

impulsuri rapide de tensiune 95. B. Moaşa, E. Helerea, C. Ursachi, communication cables immunity to electrostatic

discharges, 5-th International Conference on Modern Power Systems, Cluj, 28-31 May 2013, pp. 302- 307, ISSN: 1841-3323.

96. Hohloch, S. Tenbohlen, W. Köhler, et all., Measurement of conducted interferences in automotive high-voltage power networks, Proc. of the 10th EMC Europe 2011 Symposium, York, UK, September 26-30, 2011.

97. G. Cerri, R. De Leo, V. M. Primiani, Investigation of radiated susceptibility during EFT tests, IEEE Transaction on Electromagnetic Compatibility, Vol. 39, NO. 4, Nov 1997, pp. 298-303.

98. G. Cerri, R. De Leo, V.M. Primiani, Electrical fast-transient test: conducted and radiated disturbance determination by a complete source modeling, Transaction on Electromagnetic Compatibility, Vol. 43, NO. 1, Feb 2001, pp. 37-44.

99. S.R. Wendsche, Improved Statistical and Self-Adaptive Method for EMC-Immunity testing of computerized equipment, IEEE , 1995, pp. 3368-3373.

100. Z. Wu, D. Qi, The Device Parameters Simulation of Electrical Fast Transient Generator, ICSGE, Sep 2011, pp. 335-360.

101. C. Ursachi, E. Helerea, Immunity to electrical fast transient pulses of computer systems, ICATE, Craiova, October 23-25, 2014.

102. L. E. Aciu, P. Ogrutan, G. Nicolae, C. Ursachi, Errors in electronic Radon gas monitors due to electromagnetic interference, 14th international Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment OPTIM 2014, Brasov, May 22-24, 2014.

103. P. Feynman, The Feynman lectures on physics, California Institute of Technology, New York, 2010, pp.9-10-9-11.


76

104. A. Nag, A transmission line model for lightning return strokes with branches, XV International Conference on Atmospheric Electricity, Norman, 2014, pp. 1-10.

105. V. Javor, New functions for representing IEC 62305 Standard and other typical lightning stroke currens, Journal of Lightning Research,4 , (Suuppl 2 :M2), 2012, pp. 50-59.

106. F. Heidler, J. Cvetic, A Class of analytical functions to study the lightning effects associated with the current front, ETEP Vol. 12, No. 2, March.April 2002, pp. 141-150.

107. J. Schone, Test of transmission line model and the traveling current source model with triggered lightning return strokes ay very close range, Journal of gephysical research, vol. 108, No. D23,4737, 2003, pp. 1-14.

108. Schon, High impulse voltage and current measurement techniques, Springer International Publishing Switzerland 2013, pp. 5-38.


77

EVALUAREA IMUNITĂŢII ELECTROMAGNETICE A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE ŞI ELECTRONICE LA PERTURBAŢII CONDUSE

Rezumat

Prezenta teză de doctorat urmăreşte evaluarea imunității electromagnetice a echipamentelor electrice și electronice la fenomene perturbative conduse în contextul marii lor diversități și a dinamismul interacțiunii echipament - mediu. Pornind de la studiul fenomenelor fizice care guvernează mecanismul de cuplare a perturbațiilor electromagnetice la echipamentele victimă, este conceput un instrument teoretic bazat pe un set de concepte fundamentale pe baza căruia să fie evaluată im+ unitatea electromagnetică la orice tip de perturbații. Ca echipament victimă reprezentativ este analizat şi testat un echipament electronic - sursa în comutație tip PC, fiind testare și echipamente electrice precum contactoarele electromagnetice și motoarele asincrone. Fenomenele perturbative investigate sunt cele continue – perturbaţii de radiofrecvenţă şi goluri de tensiune, și perturbaţii tranzitorii ESD, surge şi burst. Metodele și procedurile de testare elaborate, care respectă procedurile standard ca precizie și repetabilitate, includ elemente noi privind măsurarea și vizualizarea efectelor perturbațiilor. În lucrare este inclus un studiu al impulsului electromagnetic tranzitoriu ca bază a oricărui fenomen perturbativ, subliniind exigențele legate de expresia sa matematică și de nivelul de adecvare al standardelor de imunitate.

ELECTROMAGNETIC IMMUNITY ASSESSMENT OF ELECTRIC AND ELECTRONIC EQUIPMENT TO CONDUCTED DISTURBANCES

Abstract

This thesis aimed the electromagnetic immunity assessment of electric and electronic equipments to conducted disturbing phenomena in the context of their great diversity and of equipment-electromagnetic environment dynamic interaction. Starting from the physical phenomena governing the coupling mechanism of electromagnetic disturbances to victim equipment, it was thought a theoretical instrument, based on a appropriate set of fundamental concepts for electromagnetic immunity assessment to any disturbances. As representative victim equipment it was analyzed and tested an electronic equipment - the PC switch mode power supply, but electric equipment as electromagnetic contactors and asynchronous motors have been tested too. Continuous perturbative phenomena as radio frequency disturbances and dips, and transient ones as ESD, surge and burst, are investigated. Developed test methods and procedures that meet the accuracy and repeatability of standard procedures include new items on the measurement and visualization of disturbances effects. This work also contains a study of the transient electromagnetic pulse, as a base for any disturbing phenomena, emphasizing the requirements related to its mathematical expression and the adequacy of immunity standards.


78

CURICULUM VITAE URSACHI Corneliu INFORMAȚII PERSONALE: DATA ȘI LOCUL NAȘTERII: 24 IULIE 1959, Ploiești,

România NAȚIONALITATE: Română STAREA CIVILĂ: Căsătorit cu 2 copii

EXPERIENȚĂ DIRECTOR (1992-2011) QLINE SRL Brașov, România RESPONSABILITĂȚI: Conducere: administrarea societății, coordonarea întregii activități, încheierea și executarea contractelor, reprezentarea în justiție, resurselor umane, reprezentarea societății în fața furnizorilor, clienților și instituțiilor de stat . Tehnice : participarea la activitățile de service și reparații, întocmirea ofertelor de servicii și produse. Realizări - Proiecte: Creșterea numărului de angajați de la 2 la 14 Contract la nivel național cu Direcția Română de Poștă pentru repararea și întreținerea a 6500 Calculatoare de birou (2008-2009). Contract la nivel regional cu Direcția Română de Poștă pentru repararea și întreținerea a.1000 calculatoare de birou și 100 de mașini de numărat bancnote (1998-2008) Furnizor de component electronice pentru Proiectul Național Antigrindină (2007) Proiectarea și implementare unui Sistem Informațional Geografic și Bazei de date aferente, pe o platformă Apple Macintosh pentru Consiliul Județean Brașov (1993)

COORDONATOR SOCIETATE COMERCIALĂ (1999-2000) Polysoft SRL Brașov, România RESPONSABILITĂȚI: Coordonarea activității societății INGINER SERVICE CALCULATOARE ȘI ECHIPAMENTE PERIFERICE (1984-1992) IIRUC București - Intreprinderea Întreținerea și Repararea Utilajelor de Calcul, Brașov, România RESPONSABILITĂȚI: repararea și întreținerea calculatoarelor și echipamentelor periferice pentru Centrele de Calcul: Universitate, Rulmentul, Tractorul

EDUCAȚIE Universitatea din Brașov

Brașov, România — Diploma de inginer electrotehnist, 1984

Brașov, România — Doctorand “ Compatibilitate Electromagnetică”, 2011-2014

COMPETENȚE LIMBI STRĂINE: Română (maternă), Engleză (advansat), Germană (mediu). SOFTWARE: Sisteme de operare Mac OSX și Windows (instalare și configurare),

Microsoft Office (Excel, Word, Powerpoint). HARDWARE: repararea și întreținerea calculatoarelor PC și Macintosh,

imprimantelor și echipamentelor periferice PERSONALE: de conducere și coordonare, capacitatea de realizare și executare a

proiectelor, de înțelegere și urmărire a obiectivelor, capacitate de analiză și înțelegere, imaginație, sens al umorului,


79

CURICULUM VITAE URSACHI Corneliu PERSONAL INFORMATION: DATE AND PLACE OF BIRTH: 24. July 1959, Ploiesti, Romania NATIONALITY: Romanian MARITAL STATUS: Married with 2 children EXPERIENCE DIRECTOR (1992-2011)

QLINE L.T.D. Brasov, Romania Key responsibilities: Managerial: Administrated the company, coordinated the overall activity, contracted and carried out contracts, participated in auctions, managed human resources, represented the company towards suppliers, clients and state institutions. Technical: participated in service and repair activities, realized offers for products and services. Accomplishments and projects: Increased the number of employees from 2 to 14, Nationwide Contract with the Romanian Postal Company for maintenance and repair of ca. 6500 Printing Calculators (2008-2009). Regional contract (six counties) Contract with Romanian Postal Company for maintenance and repair of ca.1000 pieces of Printing Calculators and about 100 pieces of Currency Counters (1998-2008) Electronic components Supplier to Hail National Project (2007) Design and Implementation of a Geographic Information System and the related Data Base, on a Apple Macintosh platform for the Brasov County Council (1993) COMPANY COORDINATOR (1999-2000) Polysoft LTD Brasov, Romania Key responsibilities: Coordinated and organized the activity of the company. MAINTENANCE AND REPAIR ENGINEER FOR COMPUTERS AND PERIPHERAL EQUIPMENTS (1984-1992) IIRUC Bucuresti Computing Equipment Maintenance and Repair Company, Brasov, Romania Key responsibilities: Maintained and repaired computers and peripheral equipments for large-scale computer centers (University of Brasov, Bearings Company of Brasov, Tractors Company of Brasov).

EDUCATION University of Brasov

Brasov, Romania — Diploma Degree in Electrical Engineering, 1984

Brasov, Romania — PhD Student “Electromagnetic Compatibility”, 2011-2014

SKILLS LANGUAGES: Romanian (native), English (advanced), German (conversational).

SOFTWARE SKILLS: Mac OSX and Windows operating system (installation and configuration), Microsoft Office (proficient in Excel, Word and Powerpoint).

HARDWARE SKILLS: Repair and maintenance of PC and Macintosh computers, printers and other related devices.

PERSONAL SKILLS: Leadership and coordination skills, project management skills, goal-oriented, analytical and resourceful, good-humored, sociable and friendly.

evaluarea imunităţii electromagnetice a …old.unitbv.ro/portals/31/sustineri de...

Documents