CEM - Curs 3 1

MECANISME DE CUPLAJ SI MASURI ANTIPERTURBATIVE

CEM - Curs 3 2

prin conductie

in camp apropiat

prin radiatie electromagnetica

prin radiatie

in camp indepartat

prin inductie electrostatica

prin inductie electromagnetica

CEM - Curs 3 3

CUPLAJUL GALVANIC (PRIN CONDUCTIE)

impedanta comuna este sinonima cu impedanta de cuplaj sau impedanta de transfer, care exprima dependenta dintre un curent imprimat si caderea de tensiune provocata de el intr-o impedanta.

apare atunci cand o impedanta este comuna pentru doua sau mai multe circuite

CEM - Curs 3 4

JEE i S

IJ

d

UEt

RIU

Conductivitatea Densitatea de curent

Sectiunea conductorului

Tensiunea la borne

Distanta intre placi

1

Rezistivitatea

Rezistenta electrica a circuitului

LEGEA LUI OHM

CEM - Curs 3 5

CUPLAJUL GALVANIC INTRE CIRCUITE DE ALIMENTARE

reactia asupra retelei de alimentare creata de sursele in comutatie si de convertoarele statice ;variatiile de curent la comutarea circuitelor integrate numerice ;variatiile de curent la actionarea bobinelor releelor ;curentii in circuitele de alimentare ale motoarelor cu colector

CUPLAJUL GALVANIC INTRE CIRCUITE DE ALIMENTARE SI CIRCUITELE DE PUNERE LA

PAMANT

cuplajul prin buclele de pamantare

CEM - Curs 3 6

Sursade

alimentare

Consumator 1

Zcond

Zcond

Consumator 2

CUPLAJUL GALVANIC INTRE CIRCUITE DE ALIMENTARE

prezenta unei impedante comune intre doua circuite determina aparitia unei tensiuni perturbatoare provocata de curentul fiecarui circuit pe impedanta comuna.

- modificarile curentului de sarcina in consumatorul 1 provoaca caderi de tensiune pe impedantele conductoarelor de alimentare si pe rezistenta interna a sursei de alimentare, care se traduc prin fluctuatii ale tensiunii de alimentare pentru consumatorul 2 si pot conduce la o functionare necorespunzatoare a acestora.

CEM - Curs 3 7

Sursade

alimentare

Consumator 1Zcond

Zcond

Consumator 2Zcond

Zcond

Sursade

alimentare 1

Consumator 1

Zcond

Zcond

Sursade

alimentare 2

Consumator 2

Zcond

Zcond

Metode de reducere a perturbatiilor conductive intre circuite de alimentare

CEM - Curs 3 8

MASURI ANTIPERTURBATIVE :

reducerea impedantei conductoarelor liniilor de alimentare prin micsorarea lungimii sau prin torsadare;

folosirea unei surse de alimentare cu tensiune mai mare si introducerea unui regulator de tensiune separat pentru fiecare consumator ;

echiparea consumatorilor cu condensatoare de decuplare pe intrarea de alimentare, dimensionate corespunzator pentru ca, in timpul fenomenelor de comutatie rapida sa poata furniza, pentru scurta durata, curenti mari la variatii mici de tensiune ;

linii de alimentare separate pana la sursa de alimentare, pentru fiecare consumator ;

folosirea de surse de alimentare separate pentru consumatori ce consuma puteri foarte diferite.

CEM - Curs 3 9

CUPLAJUL GALVANIC INTRE CIRCUITE DE ALIMENTARE SI CIRCUITELE DE PUNERE LA PAMANT (BUCLE DE PAMANTARE)

ZS

ZR UP()~

UMC()

Sursa de semnal legata la pamant

Osciloscop a carui carcasa e legata la

pamant

Cablu coaxial

Tensiunea de mod comun produsa in bucla de pamantare

~

CEM - Curs 3 10

Factorul de conversie mod comun/mod normal

SR

R

CM

P

ZZ

Z

)(U

)(UFCCN

Pentru ZR >> ZS perturbatia de mod comun se regaseste in intregime ca perturbatie de mod normal la receptor

OBSERVATIE. La frecvente mai mari trebuie luata in considerare impedanta de transfer a cablurilor ecranate definita ca  raportul dintre caderea de tensiune pe suprafata interioara a cablului si curentul perturbator.

IP()

IP()

UP()

l

)(I

)(U)(Z

P_

P_

K_

CEM - Curs 3 11

Caracteristici ale impedantei de transfer

Descrie cazul cel mai defavorabil al unei bucle de pamantare cu o linie de semnal coaxiala.

La frecvente inalte, datorita refularii curentului prin efect pelicular, curentul perturbator circula practic numai pe partea exterioara a ecranului.

Cu cat impedanta de transfer a unui cablu coaxial este mai mica, cu atat mai mica este tensiunea perturbatoare produsa si cu atat mai buna este calitatea ecranarii.

f

0

k

R

Z

1

0.5

0

Tensiune continua si frecvente joase

Tub gofrat

Tesatura metalica

CEM - Curs 3 12

ZS

ZR UP()~ ZL=jL

Pentru micsorarea conversiei mod comun/mod normal :

CEM - Curs 3 13

In curent continuu nu are loc conversie mod comun /mod normal.

OBSERVATII.

La frecvente mari, intre echipamentul care nu mai este legat la pamant si pamantare apare o impedanta datorata capacitatii parazite.

ZS

ZR UP()~

~

ZP=1/jCP

ZL=jL

UMC()

L

LP

R

RS

P

CM

Z

ZZ

Z

ZZ

)(U

)(U La frecvente inalte ZP→0, ceea ce corespunde

unei puneri la pamant directe.

CEM - Curs 3 14

OBSERVATII

la frecvente inalte, datorita capacitatii parazite fata de pamant, exista o bucla de pamantare ;

pentru linii de semnal lungi si frecvente inalte trebuie sa se tina cont de impedantele liniei de ducere si de intoarcere ;

pentru frecvente la care lungimea de unda este de acelasi ordin de marime cu lungimea cablului de semnal sau mai mica, nu mai poate fi aplicat calculul cu marimi complexe in curent alternativ, ci trebuie aplicata teoria liniilor electrice lungi ;

pentru liniile de semnal coaxiale si la frecvente mari, datorita efectului pelicular, curentul perturbator circula numai la suprafata exterioara a ecranului cablului ; conversia mod comun/mod normal are loc atunci prin impedanta de transfer a liniei.

CEM - Curs 3 15

MASURI ANTIPERTURBATIVE PRACTICE:

CEM - Curs 3 16

ICM

ZS ZR

UCM()

~

~

Transformatoare de separare

Ecran de ocolire

Legatura de Inductivitate mica

Trebuie ca raportul de transformare sa fie constant pentru toata latimea de banda a semnalului.

CEM - Curs 3 17

~

Legatura prin cablu optic

Nivelele de izolatie obisnuite ale optocuploarelor sunt situate in gama 500V pana la 10 kV.Cu cabluri din fibre optice pot fi asigurate orice diferente de potential pana in domeniul MV.

CEM - Curs 3 18

~

Simetrizare cu transformator de simetrizare

Permite o transmisie simetrica de semnal intre emitatoare si receptoare nesimetrice.Din punct de vedere constructiv, transformatoarele de simetrizare trebuie:

Sa prezinte o reactanta inductive mareSa prezinte o capacitate parazita minimaMiez feromagnetic de dimensiuni mai mari decat la transformatoarele obisnuite pentru a evita saturatia

CEM - Curs 3 19

CUPLAJUL CAPACITIV

apare intre conductoare care se gasesc la potentiale diferite 

campul electric care apare intre conductoare este modelat in schema echivalenta printr-o capacitate parazita.

ECUAŢIILE DE CAPACITATE ALE LUI MAXWELL

reprezintă relaţiile de legătură între sarcinile electrice şi potenţialele unui sistem de n

conductoare situate într-un mediu dielectric izotrop şi liniar şi de asemenea, neîncărcat

electric şi fără polarizaţie permanentă

CEM - Curs 3 20

V0=0

1 i

n

kU

Conductoare izolate fata de pamant

Sistem de n conductoare situate într-un mediu dielectric izotrop şi liniar şi de asemenea, neîncărcat electric şi fără polarizaţie permanentă

CEM - Curs 3 21

.Qs...QsQs)V(V nkn22k11k

n

1iikk

Potentialul

conductorului kSarcinile

conductoarelor de la 1 la n

coeficienţi mutuali de potenţial

0Qi

kki

ikQ

Vs

FORMA I DE SCRIERE

CEM - Curs 3 22

.Vc...VcVc)Q(Q nkn22k11k

n

1iikk

Sarcina la care se

incarca conductorul kPotentialele

conductoarelor de la 1 la n

coeficienţi de capacitate

0Vi

kki

ikV

Qc

FORMA A II-A DE SCRIERE

CEM - Curs 3 23

.UC...UCUC)Q(Q n1kn132k121k

n

1iikk

Sarcina la care se

incarca conductorul kdiferenţele de

potenţial capacităţi parţiale

2k2k1k

n

1ikiki c...cccC

FORMA A III-A DE SCRIERE

CEM - Curs 3 24

U1

R2

~

CP12

CP2

UP

Sistemul I - perturbator

Sistemul II - perturbat

Tensiunea perturbatoare : .RCjUU 2121P

CEM - Curs 3 25

MASURI ANTIPERTURBATIVE :

micsorarea capacitatii parazite C12 prin :

micsorarea rezistentei R2 prin utilizarea unor circuite cu rezistenta mica de intrare.

reducerea distantei de cvasi paralelism intre cele doua circuite ;marirea distantei intre conductoare ;ecranarea sistemului II.

CEM - Curs 3 26

CUPLAJUL INDUCTIV

apare intre doua sau mai multe bucle conductoare parcurse de curenti ;

fluxurile magnetice produse de curenti intersecteaza si alte bucle conductoare in care induc tensiuni perturbatoare.

temdt

d

Variatia fluxului magnetic in timp

Tensiunea electromotoare indusa

LEGEA INDUCTIEI ELECTROMAGNETICE

CEM - Curs 3 27

I1

U1

Z1

~

U2

Z2

~

M12

ZR

MODELAREA FENOMENULUI INDUCTIV PRIN INDUCTIVITATE MUTUALA

Tensiunea perturbatoare : 1212P Mj)(IU

CEM - Curs 3 28

U1

Z1

~

U2

Z2

~

UP

ZR

~

I1

MODELAREA FENOMENULUI INDUCTIV PRIN SURSA DE TENSIUNE PERTURBATOARE

Tensiunea perturbatoare : 122P jU

CEM - Curs 3 29

MASURI ANTIPERTURBATIVE :

micsorarea lui M12 prin portiuni paralele ale conductoarelor cat mai scurte posibil ;

marirea distantei intre bucle ;

dispunerea perpendiculara a buclelor ;

cosAB 2112 Fluxul indus in circuitul 2 de catre circuitul 1

Inductia magnetica creata de circuitul 1

Aria suprafetei circuitului2

parcursa de fluxul circuitului 1

Unghiul dintre B1 si A2

Observatie. La dispunerea perpendiculara a celor doua bucle α=90°, deci, cosα=0

CEM - Curs 3 30

torsadarea conductoatelor sistemului II;

Observatie. Este cea mai putin costisitoare si mai eficace metoda pentru reducerea tensiunilor induse.

ecranarea sistemului II;

Observatie. Ecranul unui cablu trebuie sa fie pus la pamant la unul sau la ambele capete in functie de aplicatie.

In cazul in care ecranul este o parte a circuitului de alimentare, se interzice pamantarea la ambele capete din cauza problemei buclei de pamantare, respectiv a curentului prin ecranul cablului.

In cazul in care ecranul indeplineste o functie de ecranare pura, se impune pamantarea la ambele capete, astfel incat ecranul sa isi poata indeplini functia de mijloc de reducere (spira in scurtcircuit) a campului magnetic perturbator.

CEM - Curs 3 31

utilizarea unui conductor de reducere a cuplajului.

U1

Z1

~

U2

Z2

~

UP

ZR

~

I1

Observatie. Conductorul de reducere formeaza o bucla in scurtcircuit al carei camp magnetic poate compensa partial campul magnetic perturbator.

CEM - Curs 3 32

CUPLAJUL PRIN RADIATIE

reprezinta interferenta provocata de campurile electromagnetice variabile in timp ;

La mare distanta, campurile E si H apar intotdeauna impreuna si sunt legate prin legea inductiei electromagnetice:

t

BErot

Se vorbeste de o unda electromagnetica si, desi intensitatile celor doua campuri pot fi indicate individual, ele nu mai sunt independente una de alta ca in cazul campuriloe electrice si magnetice cuasistationare.

CEM - Curs 3 33

Sistem de conductoare

(sistem perturbat)EI si HI

Apar curenti si tensiuni

perturbatoare

Unda electromagnetica reflectata

ER si HR

Unda electromagnetica

incidenta

+

Camp rezultant

Ecuatiile lui Maxwell pentru determinarea intensitatilor

campului rezultant

EI si HI

CEM - Curs 3 34