Compatibilitate electromagnetica - notiuni introductive

Compatibilitate electromagnetica - notiuni introductive

Notiunea de compatibilitate electromagnetica

Prin compatibilitate electromagnetica (CEM, electromagnetic compatibility - EMC) se intelege capacitatea unui circuit, aparat sau sistem electric de a functiona corect in mediul electromagnetic pentru care a fost proiectat, fara a perturba alte sisteme si fara a fi perturbat de acestea.

Termenul de compatibilitate electromagnetica desemneaza si ansamblul de studii teoretice si al tehnicilor care se ocupa de aceasta problema.

Mediul ambiant este poluat electromagnetic, in sensul ca exista energie EM care poate influenta nedorit functionarea sistemelor electrice. Aceasta energie exista sub forma campurilor EM, a curentilor si tensiunilor electrice, cu un spectru extrem de larg, practic de la zero (c.c) la zeci sute de GHz.

Pentru un sistem electric, orice semnal diferit de cele utile reprezinta o perturbatie, un semnal perturbator.

Domeniul CEM include numeroase aspecte: analiza mecanismelor de producere a perturbatiilor si a propagarii acestora, a mecanismelor de patrundere in sisteme, a efectelor asupra functionarii sistemelor si a tehnicilor de protectie.

In orice problema de CEM intervin 3 elemente:

- emitatorul sau sursa de perturbatii;

- calea de patrundere a perturbatiilor;

- receptorul.

Sursele de perturbatii, dupa natura lor, pot fi:

- naturale, terestre (electricitate atmosferica, descarcari precum fulgerele si trasnetele, ) sau extraterestre (radiatiile cosmice, radiatiile emise de Soare);

- artificiale, rezultat al activitatii oamenilor, de o mare varietate, dat fiind ca orice echipament, aparat electric este o sursa de energie EM care se propaga in spatiu; cateva surse frecvent intalnite sunt:

- circuitele de transport si distributie a energiei electrice in c.a. sau c.c.;

- sistemele de comutare din circuitele de alimentare;

- masini si aparate electrice si electronice, de la motoare si generatore la calculatoare si aparate de masura si control;

- emitatoare radio, de cele mai variate tipuri;

- sistemele de iluminat fluorescent;

- sistemele electrice ale vehicolelor.

Trebuie subliniat ca intr-un echipament electric, unele subansamble, circuite, pot fi surse de perturbatii pentru alte subansamble, in final afectand functionarea intregului sistem.

Pentru ca o perturbatie generata de o sursa sa patrunda intr-un sistem trebuie sa existe o cale de patrundere, adica cele doua sisteme (sursa si receptorul) trebuie sa fie cuplate.

Cand intre doua sisteme este posibile schimb de energie EM se spune ca exista un cuplaj EM. Daca energia trensferata este perturbatoare, este vorba de un cuplaj parazit.

Cuplajele parazite pot fi:

- prin cai prin care circula curenti electrici si in acest caz se vorbeste despre perturbatii conduse, despre cuplaj galvanic sau prin conductie;

- prin camp electric si acest caz se vorbeste despre despre cuplaj capacitiv sau electric;

- prin camp magnetic si acest caz se vorbeste despre despre cuplaj inductiv sau magnetic;

- prin camp electromagnetic si in acest caz se vorbeste despre cuplaj prin radiatie.

Strict vorbind, camp electric sau magnetic "pur" exista numai in regim static ( sau sunt invariabili in timp). Deoarece la frecvente joase si la distante mici intre surse si receptori numai una dintre componente conteaza, se poate vorbi despre cuplaje capacitive - daca sursa de camp este un potential variabil sau despre cuplaje inductive - daca sursa este o bobina, o bucla de curent etc.

In realitate, rareori exista numai un singur tip de cuplaj - de regula, perturbatiile patrund prin toate caile. Frecvent, perturbatiile patrunse printr-un anumit tip de cuplaj sunt predominante. Deoarece masurile antiperturbative difera in functie de tipul cuplajului, este important sa se cunoasca tipul de cuplaj parazit predominant.

Functionarea receptorului cuplat parazit cu o sursa poate fi perturbata in variate moduri, de la scaderea performantelor la avariere, distrugere. Astfel, se poate discuta despre susceptibilitatea EM, adica incapacitatea unui dispozitic, circuit, sistem, de a functiona fara degradarea performantelor in prezenta perturbatiilor EM; nivelul de susceptibilitate este determinat de nivelul maxim al perturbatiilor in prezenta carora sistemul inca functioneaza corect. Se poate vorbi si despre imunitate EM, adica despre capacitatea unui sistem de a functiona corec in prezenta perturbatiilor EM.

Asupra acestor aspecte se va reveni pe larg, ulterior.

2. Masa in electronica. Conexiuni de simetrice si asimetrice

In electronica, prin masa se intelege un conductor, considerat in mod ideal echipotential fata de care se raporteaza, se masoara, tensiunile din circuit, aparat, sistem.

Masa este materializata sub forma unui conductor filar sau imprimat, a unui plan conductor, eventual a unui punct de sudura sau lipire. Masa poate fi sasiul aparatului, carcasa, ecranul cablelor coaxiale, o fata a unui cablaj imprimat etc.

Masa nu se confunda cu Pamantul, chiar daca uneori este conectata la Pamant.

Marea majoritate a circuitelor electronice includ numeroase componente, active si pasive, iar tot ansamblul este alimentat de la una, doua, rareori mai multe surse de alimentare de c.c. Foarte multe dintre aceste componente sunt conectate direct la polii sursei (surselor), practic la un conductor cu impedanta cat mai mica posibil, ideal nula (motivatia este evidenta). Din acest motiv, de regula conductorul de masa este unul dintre conductoarele conectate la una din bornele sursei (surselor) - unul dintre conductoarele de alimentare sau alt conductor (sasiu, carcasa, ) cu impedanta meglijabila legat la un pol al sursei (surselor).

Alegerea polului sursei considerat - si tratat ca "masa" este oarecum arbitrara: adesea pe considerente ce comoditate a conectarii componentelor, uneori din necesitatea de asigurare a unui refential comun pentru toate subansamblele sistemului, frecvent din necesitatea reducerii cuplajului parazit prin circuitul masei.

In practica, dat fiind ca prin conductorul de masa circula curenti si nu exista conductor cu impedanta nula, masa nu este echipotentiala; aceasta determina aparitia unor cuplaje parazite specifice - cuplaje parazite prin conductorul de masa.

Intr-un sistem pot exista mai multe tipuri de semnale: de c.c., variabile - analogice sau digitale, semnale mari sau mici etc. si se poate vorbi despre masa analogica, masa digitala, masa de semnal mare si de semnal mic etc. Toate aceste "mase" sunt insa conecate la acelasi conductor de referinta - masa ansamblului, de regula un pol al sursei de alimentare.

Intr-un sistem, unele circuite care vehiculeaza un tip de semnal (de ex. digital) sunt conectate la un conductor de masa local, iar alte circuite, care vehiculeaza alt tip de semnal (de ex. analogic) sunt conectate la alt conductor de masa local. Evident, cele doua conductoare de masa locale, sunt conectate la un conductor (punct) de masa comun - polul sursei.