ii. a construção da rede artificial

BUILDING A LOW COST ARTIFICIAL NETWORK FOR
EMI TEST
Paper Code: 154
Fernando Soares dos Reis, Elio Freitas Magnus, R. Tonkoski, J. C. M. Lima e V. M. Canalli
Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Faculdade de Engenharia - Departamento de Engenharia Elétrica
CEP 90619-900 - Avenida Ipiranga, 6681
Porto Alegre – RS – Brasil
[email protected]
Abstract – In this paper will be presented a
methodology for implementation of a Line
Impedance Stabilization Network - LISN,
symmetric commutable, in accordance with the
specifications of the Normative IEC CISPR 16-1,
using easily acquirable components in the
electro-electronic stores. The Line Impedance
Stabilization Network is used for conducted EMI
test in equipment’s witch current is not above 16
Amperes.
I. INTRODUÇÃO
Para realização de um ensaio de Interferência
Eletromagnética (EMI) Conduzida [1] um
laboratório deve possuir, além da área de ensaio
e
condições
ambientais
adequadas,
equipamentos que atendam as especificações da
Norma IEC CISPR 16-1 [2]. Os principais
equipamentos, indispensáveis à realização dos
ensaios, são a Rede Artificial e o Receptor de
EMI.
Em ensaios de EMI Conduzida, os quais estão
bem detalhados por Magnus, Dos Reis e CISPR
16 nas referências [3], [4] e [5], o objetivo é
analisar a tensão interferente, gerada por um
determinado equipamento, para poder comparála com os limites estabelecidos por uma Norma
específica, como por exemplo a Norma IEC
CISPR 14 [6]. Assim, a Rede Artificial é
necessária para que o sinal interferente seja
aplicado a uma impedância conhecida nos
terminais de alimentação do equipamento sob
teste, isolar o circuito de ensaio das
interferências provindas da rede de alimentação
e acoplar a tensão interferente ao receptor EMI.
Na Rede Artificial, a impedância medida
entre o terra e cada terminal do equipamento
sob teste, deve manter-se invariável,
independente da carga que está conectada em
seus terminais, inclusive um curto-circuito, com
o receptor de medida conectado ou uma
resistência equivalente.
A Rede Artificial, cuja construção será
apresentada, é do tipo simétrica comutável, isto
é, o usuário poderá utilizá-la para realizar
medições tanto na fase como no neutro, apenas
trocando de posição uma chave. O exemplo
apresentado
possui
como
principal
característica uma impedância de 50  em
paralelo com um indutor de 50 H associado
em série com uma resistência de 5 .
II. A CONSTRUÇÃO DA REDE
ARTIFICIAL
A construção da Rede artificial conforme a
descrição apresentada neste paper, resulta em
uma economia significativa na implementação
de um laboratório de ensaios EMI, pois terá
uma Rede Artificial para ensaios de EMI
Conduzida com um custo inferior a 20 % do
custo de uma rede comercial.
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Ao equipamento
em ensaio
Fase da rede
de alimentação
250 µH
4 µF
50 µH
250 nF
8 µF

5

5
T
Receptor de
EMI
1 k
1 k
50 
8 µF
Neutro da rede
de alimentação
4 µF
250 µH
50 µH
250 nF
Ao equipamento
em ensaio
Figura 1 – Esquema da Rede Artificial.
O esquema desta Rede Artificial apresentado
na Figura 1 e os componentes necessários para
a sua construção estão listados na Tabela 1.
Tabela 1 – Lista de componentes para a Rede
Artificial.
COMPONENTE
VALOR
R1
R2
R3
R4
R5
5
10 
1 000 
50 
50  (impedância do
instrumento de medição)
8 F
4 F
250 nF
50 H
250 H
C1
C2
C3
L1
L2
A impedância da Rede Artificial é definida
pelos componentes: L1, C1, R1, R4 e R5. E os
componentes L2, C2 e R2 implementam um
filtro de entrada provendo a rede artificial a
necessária isolação de espúrios da rede de
alimentação, sendo opcional, quando a rede de
alimentação do local de medição for adequada.
Para os capacitores de maior valor foram
adquiridos capacitores para corrente alternada
utilizados
em
motores
(polipropileno),
atendendo as necessidades com baixo custo.
III. A CONSTRUÇÃO DO INDUTOR
O indutor L1 consiste de uma bobina com 35
espiras, formando uma única camada com fio
esmaltado, cujo diâmetro é de 6 mm. O passo
da bobina é de 8 mm, enrolado em um núcleo
de material isolante com 130mm ou 5
polegadas, segundo as especificações contidas
na Norma IEC CISPR 16-1 [2].
O diâmetro do fio é de dimensão considerável
para minimizar a componente resistiva do
indutor. Entretanto, na bobina construída foi
utilizado um fio com 4 mm de diâmetro, pois a
corrente dos equipamentos que serão ensaiados
é inferior a 5 A.
O núcleo foi construído com cano de PVC
comercial de 150 mm com um comprimento de
280 mm. A redução do diâmetro, de 150 mm
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para 130 mm, foi conseguida com um corte
longitudinal, retirando uma faixa de 63 mm.
Internamente foi colocado um tubo de PVC de
75 mm de diâmetro e o espaço entre o cano
externo e o interno foi preenchido com
poliuretano expandido para dar rigidez
mecânica, Figura 2.
O controle do passo do enrolamento do
indutor foi feito colocando-se uma linha de
pesca (nylon) de aproximadamente 4 mm de
diâmetro entre cada espira.
Para suprimir ressonâncias internas no
indutor, a Norma IEC CISPR 16-1 [2],
estabelece que resistores de 430   10 %
sejam conectados entre as espiras: 4 e 8, 12 e
16, 20 e 24, 26 e 32 conforme Figura 3 e
detalhe na Figura 4.
Figura 2 – Detalhe da montagem do indutor L1.
Figura 3 – Esquema de colocação dos resistores no indutor.
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Figura 5 – Gabinete sugerido pela Norma.
V. A VALIDAÇÃO DA REDE ARTIFICIAL
Figura 4 - Detalhe da colocação dos resistores.
Para o conseguir o resistor de 430 , que não é
comercial, foram associados em paralelo 1
resistor de 470  com 1 resistor de 4700 .
A fixação dos resistores à bobina foi feita
raspando-se o esmalte do fio nas espiras
indicadas pelo esquema da Figura 3. Após a
soldagem foi aplicada cola térmica para
fornecer
estabilidade
mecânica
destes
componentes.
IV. GABINETE
A Norma determina que a Rede Artificial
tenha uma impedância com comportamento
equivalente ao apresentado na Figura 7, com
uma tolerância de 20 %.
A validação da Rede Artificial montada, foi
realizada com o auxílio de um gerador de sinais
e um instrumento de medição de nível de sinais,
além de uma terminação padrão de 50 .
Para executar a validação o gerador de sinais
foi ajustado para a freqüência de 9 kHz e foi
medida a atenuação causada pela Rede
Artificial. O processo foi repetido para outras
freqüências, avaliando-se a faixa de freqüência
em que o equipamento será utilizado. Com os
resultados obtidos foi montado o gráfico da
Figura 8.
O indutor e os outros componentes da
Rede Artificial devem ser montados em um
gabinete metálico. Quando for necessário, a
base e laterais podem ser perfuradas para
permitir a dissipação de calor. As dimensões
sugeridas pela Norma são 360 x 300 x 180 mm,
Figura 5. Na prática foi utilizado um gabinete
de microcomputador, com dimensões de 380 x
320 x 180 mm, mostrado na Figura 6.
Figura 6 – Rede Artificial montada em gabinete de
microcomputador.
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A tolerância máxima é de ± 20 %
Impedância
Rede Artificial
50 µH
50 
5
Impedância do
circuito equivalente
50  // ( 50µH + 5)
Fre.
kHz
Imp.

10
5,4
20
7,3
80
21
150
33
300
43
800
49
10000
50
Freqüência em MHz
Figura 7 - Impedância da Rede Artificial de acordo com a Norma.
Figura 8 – Comprovação da Rede Artificial construída.
Os resultados obtidos para a Rede Artificial
implementada, demonstram que a impedância
está fora dos valores especificados pela Norma
para as freqüências inferiores a 20 kHz. Estes
resultados não inviabilizam a sua utilização,
pois os equipamentos que serão ensaiados, na
maioria dos casos, operam em freqüências
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superiores a 20 kHz, onde a Rede Artificial
atende perfeitamente bem.
VI. CONCLUSÕES
O ponto de maior importância deste trabalho
está no fato de tornar a realização de ensaios
mais acessível, diminuindo os custos de
montagem de um laboratório de ensaios EMI,
refletindo tanto no meio acadêmico como
industrial.
Os componentes utilizados na construção da
Rede Artificial são de fácil aquisição, pois não
são específicos para esta finalidade, resultado
no baixo custo de montagem deste
equipamento.
O único problema para quem desejar uma
Rede Artificial será a sua calibração. No
entanto é uma necessidade também para
equipamentos comerciais, pois para garantir que
as medições estejam corretas é necessário que
os equipamentos estejam rastreados à padrões
reconhecidos internacionalmente.
VII.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] IEC
61000-1-1,
Electromagnetic
compatibility (EMC) – Application and
interpretation of fundamental definitions
and terms, 1 ed., Apr. 1992.
[2] IEC CISPR 16-1, Specification for radio
disturbance and immunity measuring
apparatus and methods – Part 1: Radio
disturbance and immunity measuring
apparatus, 2 ed., Oct.1999.
[3] MAGNUS,
ELIO
F.,
2001,
Desenvolvimento de uma ferramenta para
ensaios de EMI Conduzida de baixo
custo. Dissertação de M.Sc., Pontifícia
Universidade Católica do Rio Grande do
Sul, Brasil.
[4] DOS REIS, F. S., 1995, Estudio y Criterios
de Minimizacion y Evaluacion de las
Interferencias
Eletromagneticas
conducidas en los convertidores ca – cc.
Tese de D.Sc., Universidade Politécnica
de Madri, Espanha.
[5] IEC CISPR 16-2, Specification for radio
disturbance and immunity measuring
apparatus and methods – Part 2: Methods
of measurement of disturbances and
immunity, 1.1 ed., Aug.1999.
[6] IEC CISPR 14, Limits and methods of
measurement of radio disturbance
characteristics of electric motor-operated
and thermal appliances for household and
similar purpouses, electric tools and
electric apparatus, 3 ed - amendment 1,
Aug.1996.