compatibilitate electromagnetica in sisteme ... · 2009-2010 sem - curs 10 6 surse de interferenta...
TRANSCRIPT
-
2009-2010 SEM - CURS 10 1
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 2
NOTIUNI INTRODUCTIVE
•Interferentaelectromagnetica
actiunea unor fenomene electromagneticeasupra circuitelor electrice, aparatelor, sistemelor si fiintelor vii (VDE 0870).
•Compatibilitateaelectromagnetica
Capacitatea unui dispozitiv electric de a funcţiona satisfăcător în mediul sau electromagnetic fără ca acest mediu, care aparţine şi altor dispozitive, să fie inadmisibil perturbat.(VDE 0870).
•Imunitateaelectromagnetica
este aptitudinea unui aparat, echipament sausistem de a functiona la parametrii proiectati in prezenta perturbatiilor electromagnetice.
-
2009-2010 SEM - CURS 10 3
SURSADE
PERTURBATII(EMITATOR)
CANALDE
TRANSMITERE
SISTEMPERTURBAT(RECEPTOR)
A asiguracompatibilitatea
electromagnetica
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
ELEMENTELE UNEI PROBLEME CEM
-
2009-2010 SEM - CURS 10 4
INTERFERENŢE INTRASISTEM, de origine internă.
ELEMENTUL
PERTURBATOR
(EMIŢĂTORUL)
ELEMENTUL PERTURBAT
(RECEPTORUL)
•NIVELUL APARIŢIEI PERTURBAŢIEI ÎN :
CLASIFICAREA PERTURBATIILOR ELECTROMAGNETICE
INTERFERENŢE INTERSISTEM, de origine externă.
ELEMENTUL
PERTURBATOR
(EMIŢĂTORUL)
ELEMENTUL
PERTURBAT
(RECEPTORUL)
-
2009-2010 SEM - CURS 10 5
•INTENSITATEA INTERFERENTEI
•interferente care produc reduceri de funcţionalitate, încă admisibile;•interferente care conduc la o funcţionare 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.
•INTERFERENTE REVERSIBILE, precum pierderea temporara a
inteligibilităţii la convorbirile telefonice, pocniturile care apar la comutarea aparatelor electrocasnice; în practică, acestea se împart în:
-
2009-2010 SEM - CURS 10 6
SURSE DE INTERFERENTA
�NATURALE
�TERESTRE •Fulgere
•Radiatii
•Descarcari in gaze in atmosfera
�EXTRATERESTRE •Radiatia solara,
•Zgomotul galactic
•Raze cosmice
�ARTIFICIALE
�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
-
2009-2010 SEM - CURS 10 7
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.
-
2009-2010 SEM - CURS 10 8
CANALE DE TRANSMITERE
�prin conductie
in camp
apropiat
prin inductie
electromagnetica
prin radiatie
electromagnetica
�prin radiatie
in camp
indepartat
prin inductie
electrostatica
-
2009-2010 SEM - CURS 10 9
CANALE DE TRANSMITERE A PERTURBATIILOR ELECTROMAGNETICE.
Le Re
Sursa de
interferenta
electromagnetica
A
B
C
CM
Interferenta in camp apropiat
Interferenta in camp indepartat
Interferenta conductiva datorata
portiunilor comune de circuit
Transportul
energiei prin
spatiu are loc
sub forma
undelor
electromagnetice
-
2009-2010 SEM - CURS 10 10
�conductorul de pamantare e parcurs de curent numai in caz de defect
�punere la pamant pentru pentru protectia oamenilor, animalelor si
bunurilor
PAMANTARE (PE):
�conductorul de referinta conduce curentul de lucru si reprezinta, cel mai
adesea, conductorul comun de intoarcere la sursa.
�conductorul de referinta comun al circuitelor electrice
MASA(N)
CONCEPTE DE BAZA IN COMPATIBILITATE ELECTROMAGNETICA
-
2009-2010 SEM - CURS 10 11
CIRCUITE DE CURENTI TARI
R
S
TN, pământare
RB
RA
R
S
T
N
pământare
N
Statie de transformare
Sistem de conducte metalice ingropate
Priza de pământde adancime
Consumator trifazat
Consumator monofazat
Bara de
potentializare
Carcasa
N,
pământare
-
2009-2010 SEM - CURS 10 12
U1
Masa comună
RV
Ri
U2
Ri
UB
Ra
Ri
U1
U2
Conductor
de masă
CIRCUITE DE CURENTI SLABI
-
2009-2010 SEM - CURS 10 13
0V
0V
PUNCT DE MASA CENTRAL CU LEGATURI RADIALE
PUNCT DE MASA CENTRAL CU BARA COLECTOARE
-
2009-2010 SEM - CURS 10 14
CIRCUITE DE SEMNAL
ELECTRONICA DE PUTERE, RELEE
BLOCURI ELECTRONICE,
CELULE
PUNCT DE MASA CU GRUPAREA UNITATILOR FUNCTIONALE SIMILARE
-
2009-2010 SEM - CURS 10 15
SUBSISTEM I SUBSISTEM II SUBSISTEM III
PUNCT DE MASA SI MASA DISTRIBUITA
-
2009-2010 SEM - CURS 10 16
apar intre conductoarele de ducere si de intoarcere
ale circuitelor, respectiv intre bornele de intrare ale
sistemelor perturbate
PERTURBATIILE DE MOD
NORMAL :
�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.
ZR
I1
I2
Conductoractiv 1
Conductoractiv 2
Usursă ZS
IMN
IMN
SR
RMNP
ZZ
ZUU
+=
-
2009-2010 SEM - CURS 10 17
isi au originea in sursele de perturbatii care apar pe
fiecare din conductoarele de semnal fata de masa de
referinta
PERTURBATIILE DE MOD
COMUN :
ZR
I1
I2
Conductoractiv 1
Conductoractiv 2
UsursăZS
IMN
IMC2
Masă de referinţă
Z2masăZ1masă
IMC
U1masă
U2masă
-
2009-2010 SEM - CURS 10 18
PERTURBATII IN SEM
-
2009-2010 SEM - CURS 10 19
SISTEME DE ACTIONARE ELECTRICA
Alimentare
Convertor de putere
Masina electrica
Sarcina
Interferente de mod normal si de mod comun
Armonici
Interferente radiative
-
2009-2010 SEM - CURS 10 20
MASINI DE CURENT CONTINUU
Pozitie comutatorului si tensiune intre doua lamele adiacente
-
2009-2010 SEM - CURS 10 21
Generarea arcului
Peria deschide o bobina initial scurtcircuitata
Arcul electric la comutator Analiza spectrala a radiatiei perturbatoare
-
2009-2010 SEM - CURS 10 22
Main Circuit Breaker Switches Thermal relay
Coil Relay contact
Thermal element
Auxiliary switch
�Inchiderea sau deschiderea contactelor
�Cablurile de alimentare
�Pamantare
MASINI DE INDUCTIEMASINI DE C.A. ALIMENTATE DE LA RETEA
-
2009-2010 SEM - CURS 10 23
MASINI DE C.A. ALIMENTATE PRIN CONVERTOARE DE PUTERE
�Motoarele alimentate prin convertoare de putere sunt de obicei mai “zgomotoase” decatcele alimentate direct de la retea
�Functionarea masinilor asincrone alimentateprin invertoare de putere este intotdeaunainsotita de interferente de inalta frecventadeterminate 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 saucablurile de semnal paralele cu cablurile de alimentare precum sidispozitivele de curenti slabi.
-
2009-2010 SEM - CURS 10 24
Capacitati paraziteintre spire
Miezulstatoric
Arborele masinii
Inelexterior
Inelinterior
Bila de rulment
Carcasa masinii
Capacitati parazitedatorita lagarelor
MASINA ELECTRICA
-
2009-2010 SEM - CURS 10 25
�Modelul de inalta frecventa al masinii de inductie
Zfp/2
Zfn
Zfp/2
Faza Neutru
Pamantare
Zfn
Neutru
Zfp
Pamantare
�Evaluare experimentala
-
2009-2010 SEM - CURS 10 26
�Evaluare teoretica
MAgnetic core AirAir
h hdg+2da
Dh
Coil conductor (N turns)
dw
Dc
Ds
Topologia bobinei si o sectiune transversala a unei crestaturi
C2
RL2
RP1
RL1L1
RC1C1
Rg
Cg
RP2
L2
RC2
Rg
Cg
Circuit echivalent de inalta frecventa al uneibobine
RL1, RL2 - rezistenta echivalenta in c.a.
Rp1, Rp2 – echivalentul pierderilor in fier
C1, C2 – capacitatea bobina-bobina
Cg – capacitatea bobina-carcasa
Rc1, Rc2, Rg – modeleaza fenomenele disipativedatorate curentilor capacitivi de inalta frecventa sipierderilor in dielectrici
-
2009-2010 SEM - CURS 10 27
Circuit echivalent de inalta frecventa al unei masinide inductie trifazate
Amplitudinea impedantei faza-faza
Amplitudinea impedantei faza-pamant
-
2009-2010 SEM - CURS 10 28
RP
RL
Cs
Cp
f n
p
Cp
Circuitul echivalent simplificat
pentru o faza a masinii
( )
++
+
+++
=
++
+
=
12
6
1
12
3
2
2
2
P
dp
sdp
P
d
psd
fp
P
dp
sd
d
fn
R
Ls
CCLssC
R
LsCCLs
Z
R
Ls
CCLs
sLZ
0.2950.1862.1755
0.5300.0961.65033
0.4650.4532.21030
0.8850.7751.79015
2.951.621.10015
7.3212.971.0007.5
3.693.460.7397.5
5.108.860.7974
5.287.960.6534
17.4928.120.2501.1
RP[kΩΩΩΩ]
L
[mH]
CP[nF]
P
[kW]
-
2009-2010 SEM - CURS 10 29
�Schema echivalenta de inalta frecventa a unei celule de convertor de putere
heatsink
RC
LC
VG1
VG2
RG2
RG1
CCECEL
R
Supply
Load
Cg2
LS2
LD2
LSD
LS1
LD1
RCE
CCE
LWC
REL
LEL
RC
LC
VG1
VG2
RG2
RG1
LCE
CEL
R
Supply
Load
RW1 LW1
RW2 LW2
Cg1
-
2009-2010 SEM - CURS 10 30
Cg2
LS2
LD2
LSD
LS1
LD1
RCE
CCELWC
REL
LEL
Heatsink
RC
LC
LCE
CEL
RLoad
RW1 LW1
RW2 LW2
Cg1IMN
IMN
�Curent de mod normal
Frequency [Hz]
U [dBµV]
-
2009-2010 SEM - CURS 10 31
Cg2
LS2
LD2
LSD
LS1
LD1
RCE
CCE
LWC
REL
LEL
Radiato
r
RC
LC
LCE
CEL
R
Load
RW1 LW1
RW2 LW2
Cg1
IMC1
RWp
LWp
IMC2
�Curent de mod comun
U [dBµV]
Frequency [Hz]
-
2009-2010 SEM - CURS 10 32
Ground
AC/DC
converter
DC/AC
converterConnectors Electrical
machine
Differential-mode current
Common-mode current
�Curenti de mod comun
�Curenti de mod normal
�Armonici
�Interferente radiative
-
2009-2010 SEM - CURS 10 330∆∆∆∆Vca-VdcV’’ca-VdcV’ca
-
Vcd
∆∆∆∆Vbc
-Vdc
V’’bc
0V’bc
Vdc
∆∆∆∆Vab
0V’’ab
-Vdc
V’ab
0∆∆∆∆Vc
-Vdc
/2V’’c
-Vdc
/2V’c
Vdc
∆∆∆∆Vb
Vdc
/2V’’b
-Vdc
/2V’b
0∆∆∆∆Va
Vdc
/2V’’a
Vdc
/2V’a
Transition 1→→→→2State 2 (1,1,0)State 1 (1,0,0)
V1(1,0,0)
V6(1,0,1)
V7(1,1,1)
V5(0,0,1)
V4(0,1,1)
V3(0,1,0)
V0(0,0,0)
V2(1,1,0)
Voltage inverter
-
2009-2010 SEM - CURS 10 34
Connectors
Electrical
machine
windings
Grounding connector
Connectors
Electrical
machine
windings
Curenti de mod normal
Grounding connector
Curenti de mod comun
-
2009-2010 SEM - CURS 10 35
�Evaluarea experimentala a curentilor de mod normal si mod comun in sisteme de actionarecu masini de inductie
Caile curentilor de mod comun
-
2009-2010 SEM - CURS 10 36
�Mdul de aranjare a senzorilor de curent pe partea de curent continuu
�Modul de aranjare a senzorilor de curent pentru partea de curent alternativ
-
2009-2010 SEM - CURS 10 37
3IDM at AC side 3ICM at AC side
2ICM at DC side
-
2009-2010 SEM - CURS 10 38
CURENTI DE LAGAR SI POTENTIALUL DE ARBORE
�La functionarea sub 50hz, potentialul arborelui si curentii de lagar au 3 surse de baza:
�Inductie electromagnetica: datorata disimetriilor din circuitul rotoric sial campului in intrefier.
�Cuplaje electrostatice: posibile acumulari de sarcini datorate surselorinterne.
�Uplaje electrostatice externe: datorate diferitelor surse externe(frecarea intre curele, de exemplu)
Nesimetrii
Excentricitati rotorice
Flux homopolar
Flux axial diferit de zero Potential de arbore
-
2009-2010 SEM - CURS 10 39
�Masini alimentate prin convertoare
�Pe langa cele prezentate anterior exista si surse datorate formeitensiunii/curentului de alimentare
-
2009-2010 SEM - CURS 10 40
Potentialul de arbore
Curentide lagar
Curenti de descarcare
electrostatica
Datoratidisimetriilor sauexcentricitatilor
Datoraticomutatiei
-
2009-2010 SEM - CURS 10 41
Caile de curenti de inalta frecventa
-
2009-2010 SEM - CURS 10 42
Probleme legate de curentii de lagar
Cratere in calea de rostogolire a bilelor
Deteriorarea caii de rulare a bilelor
-
2009-2010 SEM - CURS 10 43
ARMONICI
-
2009-2010 SEM - CURS 10 44
-
2009-2010 SEM - CURS 10 45
A B C
N
π/18
π/3Faza 2 Faza 1 Faza 3Faza 3Faza 1Faza 2
x
Schema de conexiuni a uneimasini de inductie
Distributia solenatiei
Masini electrice
Armonici de spatiu ale solenatiei
16,sin2
sin6
),(
16,sin2
sin6
),(
3
1
3
1
−−−−====
++++
====ΘΘΘΘ
++++====
−−−−
====ΘΘΘΘ
∑∑∑∑
∑∑∑∑
====
====
kxtp
INxt
kxtp
INxt
pb p
cb
s
ass
pb p
cb
s
ass
ννννττττ
νπνπνπνπωωωω
ππππ
ττττ
ττττνννν
πνπνπνπν
ννννττττ
νπνπνπνπωωωω
ππππ
ττττ
ττττνννν
πνπνπνπν
νννν
νννν
-
2009-2010 SEM - CURS 10 46
Solenatia rotorica
(((( )))){{{{ }}}}∑∑∑∑ ∑∑∑∑====
∞∞∞∞
====
++++±±±±
====ΘΘΘΘ
rZ
k r
rpts
Z
It
1 1
max,sinsin
1),(
γγγγνννν
νννν
νννν ννννγγγγωωωωγαγαγαγαπγπγπγπγ
γγγγππππαααα m
Frecventele armonicelor induse in curentul statoric
fsp
Zf rstator
±−= 11 )(γ
61339
55468
4171.56
34855
26984
14242
6371
Frequency
[Hz]
Harmonic
order
(γγγγ)
0 400 800 1200 1600 f[Hz]-250
-200
-150
-100
-50
0
[dB]
50Hz
637Hz
1424Hz
Spectrul curentului statoric
-
2009-2010 SEM - CURS 10 47
Convertoare
Y Y
Y Y
∆ Y
YY
∆
YY
∆
Y
∆∆
Redresoare necomandate
-
2009-2010 SEM - CURS 10 48
Redresoare comandate
-
2009-2010 SEM - CURS 10 49
Redresoare cu IGBT
-
2009-2010 SEM - CURS 10 50
Utilizarea unei bobine de netezire
-
2009-2010 SEM - CURS 10 51
0
20
40
60
80
100
120
140
1 2 3 4
THD5th harmonic7th harmonic11th harmonic
13th harmonic
17th harmonic
19th harmonic
1 –high impedance line inductor
2 şi 3– low impedance line inductor
4– without line inductor
-
2009-2010 SEM - CURS 10 52
Filtre pasive de atenuare a armonicilor
Pe un singur brat
Pe mai multe brate
-
2009-2010 SEM - CURS 10 53
Filtre active
-
2009-2010 SEM - CURS 10 54
Sisteme de tractiune electrica
Vehicule autonome Vehicule neautonome
Instalatii fixe Vehiculul insusiVehiculul insusi
�Substatii
�Fideri
�Calea de rulare
INTERFERENte
ConductiveRadiative Capacitive Inductive
-
2009-2010 SEM - CURS 10 55
-
2009-2010 SEM - CURS 10 56
Campuri electromagnetice asociate sistemelor de transport
Perturbatii ale echipamentelor din apropiere
Influente asupralucratorilor, vatmanilor, calatorilor
�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
-
2009-2010 SEM - CURS 10 57
Valoarea media si maxima a campului magnetic (µT) masurate in 10 tipuri de sistemede transport
-
2009-2010 SEM - CURS 10 58
Cuplare capacitiva
�Cuplare statica, atunci cand componentele unui sistem de tractiune de inalta tensiuneproduc un camp electrostatic
CLE
,0
CLC
,0
Catenaryd
d3
d1
bc
bc
d2
Low voltage electric line
CLC
,LE
fc
LCLE
rb
cbd
cbd
UU2ln2
)(
)(ln
22
22
−+
++
=
CatenaryLow voltage electric line
b= 6.5m; c= 6m; rfc = 6mm; Ucatenar = 25 KVd = 10m
ULVEL = 1.56 KV
-
2009-2010 SEM - CURS 10 59
Cuplare inductiva
TEM longitudinala
El
ULCIS
ILC
ILE = 0
lLS
LLE
LLC
RS
RLE
RLC
Equivalent circuit for EMI analysis in AC traction systems
Catenary
Low voltage electric line
Railway track
Earth
catenarylMkIE ω=
-
2009-2010 SEM - CURS 10 60
TEM transversala
P
r
ed
x
h
Iνννν, magnitude of the νth harmonic of the current
BP
Third rail
Railway tracks22
22
0dh
edhlfIE
+
++=Ψ=
)(lnννννν µω
-
2009-2010 SEM - CURS 10 61
Automotive
-
2009-2010 SEM - CURS 10 62