Compatibilidade Electromagnética Introdução
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INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética Introdução 1 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Conteúdo • Compatibilidade electromagnética – Conceitos – Prevenção • Blindagens (Campo Eléctrico e Magnético) – Cabos – Comuns electrónicos – Impedâncias comuns – Circuitos 2 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética • Compatibilidade electromagnética num dispositivo consiste em Conseguir operar correctamente sob radiação electromagnética Não radiar ondas electromagnéticas indesejáveis por ar ou condutor. • Divide-se em duas componentes: emissão e susceptibilidade, emission and susceptibility • Para que haja ruído é necessário que exista − Fonte de ruído. − Canal de propagação. − Susceptibilidade no receptor. 3 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética • As fontes de ruído podem ser classificadas em – Ruído intrínseco – Ruído originado pelo homem – Ruído de origem natural • O acoplamento do ruído pode ocorrer via – Campo eléctrico – Campo magnético – Fio – Impedância comum • Para serem viáveis economicamente, as considerações de ruído devem ser estabelecidas desde o início de um projecto. 4 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética 5 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética Ambiental Sinal Homem Homem Susceptibilidade!! Homem 6 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética Emissão!! 7 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética 8 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética • Métodos típicos de supressão de interferência electromagnética são: – Blindagem (eléctrica e magnética) – Estabelecimento de comuns electrónicos de baixa impedância – Projecto diferencial (Balancing). – Filtragem – Isolamento – Alimentações diferentes e independentes – Separação física e orientação relativa – Cablagem – Técnicas de cancelamento (no tempo e na frequência) 9 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética Parâmetros concentrados 10 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Electromagnetic Compatibility Parâmetros concentrados 11 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Electromagnetic Compatibility Impedância Comum Parâmetros concentrados 12 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética Impedância Comum 13 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética • Outras fontes de ruído – Acção Galvânica • Ocorre quando dois metais diferentes são ligados. Humidade ou vapor são origem a células electroquímicas. • Para além de originar f.e.m. parasita, a acção galvânica tem o efeito perverso de originar a corrosão do ânodo. 14 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética • Outras fontes de ruído – Acção Electrolítica • Ocorre sempre que houver fluxo de corrente de um metal para outro via uma solução electrolítica. • Ocorre mesmo entre metais sem diferença de f.e.m. • A taxa de corrosão depende da amplitude da corrente e da condutividade do electrólito – corrente nula, não há corrosão! – Efeito Triboeléctrico • No dieléctrico de um cabo existe acumulação de cargas nos pontos onde não existe contacto entre a protecção e o cobre. • Habitualmente resulta de stresses mecânicos que dão origem a ângulos fechados. • As cargas actuam como fontes de ruído dentro do cabo. • Eliminar os ângulos fechados e o movimento dos cabos constituem medidas eficazes contra este efeito. 15 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética • Outras fontes de ruído – Movimento do cabo • Se um cabo se mover na presença de um campo magnético externo, uma tensão aparecerá nos extremos do cabo • Este efeito é particularmente visível quando o sistema vibra mecanicamente 16 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética • Cabos R – Acoplamento capacitivo (Campo Eléctrico) VN 1 j C12 C2G j RC12V1 17 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética • Cabos – Acoplamento capacitivo (Campo Eléctrico) • O ruído acoplado pode ser reduzido, – Trabalhando a frequências baixas – Reduzindo a resistência do circuito susceptível à massa – Reduzindo a capacidade entre os dois cabos – Orientação adequada dos 2 cabos – Blindagem – Aumentando a distância 18 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética • Acoplamento capacitivo (Campo Eléctrico) – Blindagem R j C12 1 C2G C2 S VN j RC12V1 VN C12 C12 V1 C2G C2 S R 19 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética • Cabos (Campo magnético) – Quando uma corrente flui num condutor ela gera um fluxo magnético que é proporcional a essa corrente, LI – Quando a corrente num circuito dá origem a um campo que se liga a outro circuito, diz-se que existe indução mútua entre os 2 circuitos definida por, M 12 12 I1 20 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética • Cabos (Campo magnético) – A tensão induzida num circuito fechado com superfície A atravessado por um fluxo de indução magnética B pode ser determinada pela lei geral de indução (Faraday) VN d B dA dt A – Se a geometria for estacionário e a densidade de fluxo sinusoidal e uniforme ao longo da superfície, VN j BA cos 21 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética • Cabos (Campo magnético) – Uma vez que B A cos(Θ) corresponde à ligação magnética total do fluxo, podemos exprimir a tensão de ruído como função da indução mútua M, VN 2 j M12 I1 22 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética • Cabos (Campo magnético) 23 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética • Cabos (Campo Magnético) 24 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética VN j M12 I1 RS LS j RS LS A indutância mútua entre a blindagem e o condutor central, Ms, é igual à indutância da blindagem, Ls. 25 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética 26 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética • Cabos (diferenças entre acoplamento Magnético e Eléctrico) 27 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética A melhor forma de proteger contra campos magnéticos no receptor consiste em reduzir a área da malha de ligação. 28 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética • Cabos – Campos eléctricos são consideravelmente mais fáceis de bloquear que os magnéticos – Uma blindagem com 1 ou mais ligações ao comum electrónico protege eficazmente contra o campo eléctrico – A forma mais eficiente de “blindagem magnética” consiste em reduzir a área da malha => par entrelaçado (twisted pair) ou coaxial no qual a blindagem conduza a corrente de retorno. – A eficácia do par entrelaçado aumenta com a densidade de entrelaçamentos por unidade de comprimento. – Para evitar a radiação pelo cabo uma ligação de ambas as extremidades do cabo ao comum electrónico é normalmente suficiente. 29 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética • Massas/Comuns electrónicos 30 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética 31 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética • Massas/Comuns electrónicos 32 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética • Massas/Comuns electrónicos 33 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética • Massa/Comuns electrónicos 34 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética • Massa/Comuns electrónicos 35 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética 36 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética VN RL RL RC1 Rs RC 2 RC 2 RG VG 37 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética VN RL RL RC1 Rs RC 2 VG Z SG 38 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética 39 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética 40 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética 41 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética 42 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética 43 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética 44 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética 45 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética 46 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética • Comuns electrónicos – A baixas frequências deveria existir apenas um ponto para o comum electrónico. – A baixas frequências um sistema deveria ter pelo menos 3 retornos de comum independentes, • Comum para sinais analógicos • Comum para sinais digitais e ruídosos • Comum para sistema de protecção externa – O principal objectivo de um bom comum electrónico é o de minimizar a tensão de ruído resultante das correntes de retorno através da impedância comum. 47 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Universidade Técnica de Lisboa Instrumentação e Aquisição de Sinais 1º Semestre 2007/2008 Compatibilidade Electromagnética • Comuns electrónicos – No caso de um amplificador com entrada referenciada e fonte flutuante, a blindagem deve ser ligada ao comum do amplificador. – No caso de uma fonte referenciada e amplificador diferencial, a blindagem deve ser ligada ao comum da fonte. – Uma blindagem protegendo um circuito amplificador deve ser ligada ao seu comum electrónico. – Métodos para interromper malhas de massa (ground loops) • Transformador de isolamento • Transformador Longitudinal (Choke) • Acoplamento óptico 48
