Cursul 10 [pps]

COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA IN SISTEME 

ELECTROMECANICE 

NOTIUNI INTRODUCTIVE 

ELEMENTELE UNEI PROBLEME CEM 

CONCEPTE DE BAZA IN CEM 

PERTURBATII ELECTROMAGNETICE IN SEM 

2009-2010 SEM - CURS 10 1

•Interferenta 

electromagnetica 

•Compatibilitatea 


•Imunitatea 


NOTIUNI INTRODUCTIVE 

actiunea unor fenomene electromagnetice 

asupra circuitelor electrice, aparatelor, 

sistemelor si fiintelor vii (VDE 0870). 

Capacitatea unui dispozitiv electric de a funcționa 

satisfăcător în mediul sau electromagnetic fără ca 

acest mediu, care aparține şi altor dispozitive, să fie 

inadmisibil perturbat.(VDE 0870). 

este aptitudinea unui aparat, echipament sau 

sistem de a functiona la parametrii proiectati in 

prezenta perturbatiilor electromagnetice. 


SURSA 

DE 

PERTURBATII 

(EMITATOR) 

A asigura 

compatibilitatea 


CANAL 

DE 

TRANSMITERE 

ELEMENTELE UNEI PROBLEME CEM 

SISTEM 

PERTURBAT 

(RECEPTOR) 

a reduce perturbatiile sursei la valori 

admisibile 

a dota aparatele, echipamentele si 

sistemele cu un grad de imunitate 

rezonabil 

asigurand la instalarea aparatelor, 

echipamentelor si sistemelor, masurile 

necesare 


CLASIFICAREA PERTURBATIILOR ELECTROMAGNETICE 

•NIVELUL APARIȚIEI PERTURBAȚIEI ÎN : 

INTERFERENŢE 

internă. 

INTRASISTEM, de origine 

ELEMENTUL 

PERTURBATOR 

(EMIŢĂTORUL) 

ELEMENTUL 

PERTURBAT 

(RECEPTORUL) 

INTERFERENŢE INTERSISTEM, de origine externă. 

ELEMENTUL 

PERTURBATOR 

(EMIŢĂTORUL) 

ELEMENTUL 

PERTURBAT 

(RECEPTORUL) 


•INTENSITATEA INTERFERENTEI 

•INTERFERENTE REVERSIBILE, precum pierderea temporara a 

inteligibilităţii la convorbirile telefonice, pocniturile care apar la comutarea 

aparatelor electrocasnice; în practică, acestea se împart în: 

•interferente care produc reduceri de funcționalitate, încă 

admisibile; 

•interferente care conduc la o funcționare eronată, 

inadmisibilă. 

•INTERFERENTE IREVERSIBILE, precum distrugerile unor componente 

electronice de pe cablajele imprimate datorită încărcării electrostatice, sau 

ale distrugerilor provocate aparatelor sau circuitelor electrice datorate 

supratensiunilor determinate de trăznet. 


SURSE DE INTERFERENTA 

NATURALE 

TERESTRE •Fulgere 

•Radiatii 

•Descarcari in gaze in atmosfera 

ARTIFICIALE 

EXTRATERESTRE •Radiatia solara, 

•Zgomotul galactic 

•Raze cosmice 

INTENTIONATE 

•Sisteme de telecomunicatii, sol-sol, sol-satelit 

•Sisteme de transmisiuni de date interconectate 

terestre si prin satelit 

•Sisteme de transmisiuni radio , TV, PTT 

•Sisteme de operare in domeniul militar 

NEINTENTIONATE •Sistemele energetice de producere si transport 

energie electrica 

•Sistemele industriale electrotehnice 

•Sistemele de tractiune electrica 

•Aparatura electrocasnica 


SISTEME PERTURBATE 

sisteme de telecomunicatii, sol-sol, sol-satelit; 

sisteme de transmisiuni de date interconectate terestre si prin satelit; 

sisteme de transmisiuni radio , TV, PTT; 

sisteme de operare in domeniul militar; 

echipamente de tehnica medicala; 

sisteme de semnalizare si control ale traficului feroviar, fluvial, maritim, aerian, etc. 


CANALE DE TRANSMITERE 

prin conductie 

prin radiatie 

in camp 

apropiat 

in camp 

indepartat 

prin inductie 


prin inductie 

electrostatica 

prin radiatie 



Sursa de 

interferenta 


CANALE DE TRANSMITERE A PERTURBATIILOR 

ELECTROMAGNETICE. 

A 

Interferenta conductiva datorata 

portiunilor comune de circuit 

L e 

C 

Interferenta in camp apropiat 

R e 

Interferenta in camp indepartat 

2009-2010 SEM - CURS 10 9 

B 

M 

C 

Transportul 

energiei prin 

spatiu are loc 

sub forma 

undelor 

electromagnetice

PAMANTARE (PE): 

punere la pamant pentru pentru protectia oamenilor, animalelor si 

bunurilor 

conductorul de pamantare e parcurs de curent numai in caz de defect 

MASA(N) 

CONCEPTE DE BAZA IN COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA 

conductorul de referinta comun al circuitelor electrice 

conductorul de referinta conduce curentul de lucru si reprezinta, cel mai 

adesea, conductorul comun de intoarcere la sursa. 

2009-2010 SEM - CURS 10 10

N 

Statie de transformare 

R B 

N, 

pământare 

Bara de 

potentializare 

Sistem de conducte 

metalice ingropate 

R A 

R 

S 

Priza de pământ 

de adancime 

T 

N, pământare 

Consumator 

trifazat 

Carcasa 

CIRCUITE DE CURENTI TARI 


R 

S 

Consumator 

monofazat 

T 

N 

pământare

U 1 

R i 

R i 

U 2 

Masa comună 

U B 


R V 

U 1 

R i 

CIRCUITE DE CURENTI SLABI 

U 2 

Conductor 

de masă 

R a

0V 

PUNCT DE MASA CENTRAL CU LEGATURI RADIALE 


0V 

PUNCT DE MASA CENTRAL CU BARA COLECTOARE

CIRCUITE DE 

SEMNAL 

ELECTRONICA DE 

PUTERE, RELEE 

BLOCURI 

ELECTRONICE, 

CELULE 

PUNCT DE MASA CU GRUPAREA UNITATILOR FUNCTIONALE SIMILARE 


SUBSISTEM I SUBSISTEM II SUBSISTEM III 

PUNCT DE MASA SI MASA DISTRIBUITA 


PERTURBATIILE DE MOD 

NORMAL : 

U sursă 

Conductor 

activ 1 

Z S 

Conductor 

activ 2 

U 

apar intre conductoarele de ducere si de intoarcere 

ale circuitelor, respectiv intre bornele de intrare ale 

sistemelor perturbate 

P 

= 

U 

Curentii perturbatori de mod normal au, pe traseul de ducere si de intoarcere, aceeasi 

directie ca si curentii produsi de semnalul util. 

Perturbatiile de mod normal apar, in majoritatea cazurilor, prin cuplaj magnetic. 


I 1 

I MN 

I MN 

MN 

I 2 

Z 

R 

Z 

+ 

R 

Z 

S 

Z R

PERTURBATIILE DE MOD 

COMUN : 

U 1masă 

Conductor 

activ 1 

U 2masă 

U sursă 

Masă de referinţă 

Z S 

Conductor 

activ 2 

isi au originea in sursele de perturbatii care apar pe 

fiecare din conductoarele de semnal fata de masa de 

referinta 

I MC 


I 1 

I MN 

I MC2 

I 2 

Z 1masă 

Z R 

Z 2masă

PERTURBATII IN SEM 


Alimentare 

Convertor 

de putere 

Masina electrica 

Sarcina 

SISTEME DE ACTIONARE ELECTRICA 

Interferente de mod normal si de mod comun 

Armonici 

Interferente radiative 


MASINI DE CURENT CONTINUU 

Pozitie comutatorului si tensiune intre 

doua lamele adiacente 


Peria deschide o 

bobina initial 

scurtcircuitata 

Generarea arcului 

Arcul electric la comutator 

Analiza spectrala a 

radiatiei perturbatoare 


MASINI DE C.A. ALIMENTATE DE LA 

RETEA 

Inchiderea sau deschiderea 

contactelor 

Cablurile de alimentare 

Pamantare 

Main Circuit 

Breaker Switches Thermal relay 

Thermal 

element 

Auxiliary 

switch 

MASINI DE INDUCTIE 

Coil Relay 

contact 


MASINI DE C.A. ALIMENTATE PRIN 

CONVERTOARE DE PUTERE 

Motoarele alimentate prin convertoare de 

putere sunt de obicei mai “zgomotoase” decat 

cele alimentate direct de la retea 

Functionarea masinilor asincrone alimentate 

prin invertoare de putere este intotdeauna 

insotita de interferente de inalta frecventa 

determinate in particular de curentii paraziti de 

mod normal si mod comun. 

Produse de armonici de 

frecventa ridicata 

Generate de comutatia semiconductoarelor 

Pot afecta functionarea sistemelor de telecomunicatii sau 

cablurile de semnal paralele cu cablurile de alimentare precum si 

dispozitivele de curenti slabi. 


MASINA ELECTRICA 

Capacitati parazite 

intre spire 

Carcasa masinii 

Arborele masinii 

Miezul 

statoric 

Bila de 

rulment 

Capacitati parazite 

datorita lagarelor 

Inel 

exterior 

Inel 

interior 


Z fn 

Evaluare experimentala 

Neutru 

Modelul de inalta frecventa al masinii de inductie 

Z fp /2 


Z fn 

Faza Neutru 

Pamantare 

Z fp 

Pamantare 

Z fp /2

C g 

R g 

Evaluare teoretica 

L 1 

C 1 

R P1 

Coil conductor (N turns) 

Air 

MAgnetic core Air 

h dg +2da h 

R L1 

R C1 

D h 

Topologia bobinei si o sectiune transversala a unei crestaturi 

R L2 

R C2 

R P2 

L 2 

C 2 

C g 

R g 

Circuit echivalent de inalta frecventa al unei 

2009-2010 bobine 

SEM - CURS 10 26 

d w 

D c 

D s 

R L1 , R L2 - rezistenta echivalenta in c.a. 

R p1 , R p2 – echivalentul pierderilor in fier 

C 1 , C 2 – capacitatea bobina-bobina 

C g – capacitatea bobina-carcasa 

R c1 , R c2 , R g – modeleaza fenomenele disipative 

datorate curentilor capacitivi de inalta frecventa si 

pierderilor in dielectrici

Circuit echivalent de inalta frecventa al unei masini 

de inductie trifazate 

Amplitudinea impedantei faza-faza 

Amplitudinea impedantei fazapamant 


L 

C s 

R P 

R 

f n 

C p 

p 

C p 

Circuitul echivalent simplificat 

pentru o faza a masinii 

P 

[kW] 

1.1 

4 

4 

7.5 

7.5 

15 

15 

30 

C P 

[nF] 

0.250 

0.653 

0.797 

0.739 

1.000 

1.100 

1.790 

2.210 

Z 

Z 

fp 

fn 

( C + C ) 

33 

1.650 0.096 

0.530 


55 

2.17 0.186 

0.295 

= 

= 

⎡ 2 

3⎢s 

L 

⎢⎣ 

6sC 

s 

p 

L 

[mH] 

28.12 

7.96 

8.86 

3.46 

12.97 

1.62 

0.775 

0.453 

2 

L 

⎡ 

⎢s 

⎢⎣ 

d 

2 

d 

⎛ 

⎜ 

⎜C 

⎝ 

L 

d 

s 

s 

⎛ 

⎜ 

⎜C 

⎝ 

C 

+ 

2 

s 

sL 

d 

p 

p 

C 

+ 

2 

⎞ L 

⎟ + s 

⎠ R 

L 

+ s 

R 

p 

R P 

[kΩ] 

17.49 

5.28 

5.10 

3.69 

7.32 

2.95 

0.885 

0.465 

d 

P 

d 

P 

+ 1 

⎞ L 

⎟ + s 

⎠ R 

⎤ 

+ 1⎥ 

⎥⎦ 

d 

P 

⎤ 

+ 1⎥ 

⎥⎦

Schema echivalenta de inalta frecventa a unei celule de convertor de putere 

Supply 

R 

C EL 

C CE 

V G1 

R G1 

R G2 

V G2 

heatsink 

L C 

R C 

Load 

Supply 

VG2 LS2 2009-2010 SEM - CURS 10 29 

R W1 

R 

R W2 L W2 

L W1 

L WC 

C EL 

L EL 

R EL 

C CE 

V 

L G1 

CE 

R CE 

R G1 

R G2 

L D1 

L S1 

L SD 

L D2 

C g1 

C g2 

L C 

R C 

Load

R W1 

I MN 

L W1 

IMN RW2 LW2 R 

L WC 

L EL 

Curent de mod normal 

C EL 

R EL 

C CE 

L CE 

R CE 

L D1 

L S1 

L SD 

L D2 

L S2 

Frequency [Hz] 


C g1 

C g2 

Heatsink 

Load 

L C 

R C 

U [dBµV]

Curent de mod comun 

I MC1 

R W1 L W1 

R W2 L W2 

I MC2 

R 

L WC 

C EL 

L EL 

R EL 

C CE 

L CE 

R CE 

L D1 

L S1 

L SD 

L D2 

L S2 

Frequency [Hz] 


C g1 

C g2 

Radiato 

r 

L C 

R C 

Load 

U [dBµV] 

L Wp 

R Wp

AC/DC 

converter 

Curenti de mod comun 

Curenti de mod normal 

Armonici 

Interferente radiative 

DC/AC 

converter 

Connectors 

Ground 

Electrical 

machine 

Differential-mode current 

Common-mode current 


V’ a 

V’ b 

V’ c 

V’ ab 

V’ bc 

V 2 (1,1,0) 

V 3 (0,1,0) 

V 0 (0,0,0) 

State 1 (1,0,0) 

V dc /2 

-V dc /2 

-V dc /2 

-V dc 

0 

V 1 (1,0,0) 

V 4 (0,1,1) 

V’’ a 

V’’ b 

V’’ c 

V’’ ab 

V’’ bc 

V 7 (1,1,1) 

Voltage inverter 

State 2 (1,1,0) 

V 6 (1,0,1) 

V 5 (0,0,1) 

V dc /2 

V dc /2 

-V dc /2 

0 

-V dc 

Transition 1→2 

∆∆∆∆V a 

∆∆∆∆V b 

∆∆∆∆V c 

∆∆∆∆V ab 

∆∆∆∆V bc 

0 

V dc 

0 

V dc 

- 

V cd 

V’ -V V’’ -V 0 

2009-2010 ca 

dc 

ca 

dc ∆∆∆∆V ca SEM - CURS 10 33

Connectors 

Grounding connector 

Curenti de mod normal 

Electrical 

machine 

windings 

Connectors 

Grounding connector 

Curenti de mod comun 

Electrical 

machine 

windings 


Evaluarea experimentala a curentilor de mod normal si mod comun in sisteme de actionare 

cu masini de inductie 

Caile curentilor de mod comun 


Mdul de aranjare a senzorilor de curent pe partea de curent continuu 

Modul de aranjare a senzorilor de curent pentru partea de curent alternativ 


3I DM at AC side 3I CM at AC side 

2ICM at DC side 


CURENTI DE LAGAR SI POTENTIALUL DE ARBORE 

La functionarea sub 50hz, potentialul arborelui si curentii de lagar au 3 surse de baza: 

Nesimetrii 

Excentricitati rotorice 

Flux homopolar 

Inductie electromagnetica: datorata disimetriilor din circuitul rotoric si 

al campului in intrefier. 

Cuplaje electrostatice: posibile acumulari de sarcini datorate surselor 

interne. 

Uplaje electrostatice externe: datorate diferitelor surse externe 

(frecarea intre curele, de exemplu) 

Flux axial diferit de zero Potential de arbore 


Masini alimentate prin convertoare 

Pe langa cele prezentate anterior exista si surse datorate formei 

tensiunii/curentului de alimentare 


Datorati 

disimetriilor sau 

excentricitatilor 

Curenti 

de lagar 

Potentialul de arbore 

Datorati 

comutatiei 

Curenti de 

descarcare 

electrostatica 


Caile de curenti de inalta frecventa 


Cratere in calea de rostogolire a bilelor 

Probleme legate de curentii de lagar 

Deteriorarea caii de rulare a bilelor 


ARMONICI 



π/3 

N 

π/18 

A B C 

Schema de conexiuni a unei 

masini de inductie 

Θ 

Θ 

s 

νννν 

s 

νννν 

s 

6N 

⎛ 

s Ia 

( t, 

x) 

= 

pπν 

πν πν πν ⎜⎜ 

⎝ 

s 

6N 

⎛ 

s Ia 

( t, 

x) 

= 

pπν 

πν πν πν ⎜⎜ 

⎝ 

3 

∑ 

3 

⎛ ττττ 

sin νννν 

⎜⎜ 

⎝ ττττ 

b= 1 

p 

∑ 

⎛ ττττ 

sin νννν 

⎜⎜ 

⎝ ττττ 

cb 

cb 

b= 1 

p 

Faza 2 Faza 1 Faza 3 


Faza 2 

Faza 1 

Faza 3 

Distributia solenatiei 

ππππ ⎞⎞ 

⎡ νπ νπ νπ νπ ⎤ 

sin ωωωω t − x , νννν = 6k 

+ 1 

2 ⎟⎟ 

⎟⎟ 

⎠⎠ 

⎢⎢ 

⎣ ττττ p ⎥⎥ 

⎦ 

ππππ ⎞⎞ 

⎡ νπ νπ νπ νπ ⎤ 

sin ωωωω t + x , νννν = 6k 

− 1 

2 ⎟⎟ 

⎟⎟ 

⎠⎠ 

⎢⎢ 

⎣ ττττ p ⎥⎥ 

⎦ 

Masini electrice 

Armonici de spatiu ale 

solenatiei 

x

Solenatia rotorica 

{ γα γα γα γα± 

s ωωωω t + ( γγγγ νννν p) 

} 

Zr 

∞ Irνννν 

, max 1 ⎛πγ 

πγ πγ πγ ⎞ 

Θνννν 

( αααα , t) 

= ∑ ∑ sin⎜⎜ 

⎟⎟ sin νννν m 

k= 1 ππππ γγγγ = 1 γγγγ ⎝ Zr 

⎠ 

Frecventele armonicelor induse in curentul statoric 

Harmonic 

order 

(γ) 

1 

2 

4 

5 

6 

8 

9 

⎡ Zr 

⎤ 

f stator = ⎢γ 

( 1 − s) 

± 1 

p 

⎥ 

⎣ 

⎦ 

Frequency 

[Hz] 

637 

1424 

2698 

3485 

4171.5 

5546 

6133 

[dB] 

-50 

-100 

-150 

-200 

-250 

Spectrul curentului statoric 


0 

f 

50Hz 

637Hz 

1424Hz 

0 400 800 1200 1600 f[Hz]

Convertoare 

Y Y 

Y 

Y Y 

∆ Y 

Y 

∆ 

Y 

∆ 

Y 

∆ 

Y 

∆ 

Redresoare necomandate 


Redresoare comandate 


Redresoare cu IGBT 


Utilizarea unei bobine de netezire 


140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

1 2 3 4 

THD 

5th harmonic 

7th harmonic 

11th harmonic 

13th harmonic 

17th harmonic 

19th harmonic 

1 –high impedance line inductor 

2 şi 3– low impedance line inductor 

4– without line inductor 


Pe un singur brat 

Filtre pasive de atenuare a armonicilor 

Pe mai multe brate 


Filtre active 


Sisteme de tractiune electrica 

Vehicule autonome Vehicule neautonome 

Vehiculul insusi 

Instalatii fixe Vehiculul insusi 

Substatii 

Fideri 

Calea de rulare 

INTERFERENte 

Radiative Capacitive Inductive 

Conductive 



Influente asupra 

lucratorilor, vatmanilor, 

calatorilor 

Campuri electromagnetice asociate sistemelor de transport 

Perturbatii ale 

echipamentelor din 

apropiere 

Washington Metro subway: 10000...100000µT at floor level in the centre of the 

passengers areas, field due to RF suppression coils carrying currents up to 600 A. 

Local and long distance electrified trains in Finland: 0.3...290µT for passengers, 

10...6000µT for workers, and magnetic field level over a frequency range of 10Hz to 2 

kHz. 

25 Hz AC electrified system, USA: 0.3...1.8µT for workers,10µT for passengers 


Valoarea media si maxima a campului magnetic (µT) masurate in 10 tipuri de sisteme 

de transport 


Cuplare capacitiva 

Cuplare statica, atunci cand componentele unui sistem de tractiune de inalta tensiune 

produc un camp electrostatic 

Catenary 

d 1 

b 

b 

d 

d 2 

d 3 

c 

c 

Low voltage 

electric line 

U 

LE 

= U 

b= 6.5m; 

c= 6m; 

r fc = 6mm; 

U catenar = 25 KV 

d = 10m 

LC 

r b 

d2+ 

( b+ 

c) 

ln 

d2+ 

( b−c 

) 

2ln2 


fc 

Catenary 

2 

2 

C LC 

,0 

C LC 

,LE 

C LE 

,0 

U LVEL = 1.56 KV 

Low voltage 

electric line

U LC 

TEM longitudinala 

I LC 

R LC 

R LE 

R S 

L LC 

L LE 

lL S 

E = 

ωlMkIcatenary 

I LE = 0 

Equivalent circuit for EMI analysis in AC traction systems 

I S 

Cuplare inductiva 


E l 

Catenary 

Low voltage electric line 

Railway track 

Earth

E 

ν 

TEM transversala 

= ω 

Ψ 

ν 

ν 

Third rail 

= µ I 

0 

ν 

lf 

ν 

h 

ln 

2 

h 

2 

+ d 

h 

+ ( d + e) 

2 

2 

Iν, magnitude of the νth harmonic of the 

current 


d 

x 

r 

B P 

P 

e 

Railway tracks

Automotive

Cursul 10 [pps]

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?