اصول سازگاری الکترومغناطیسی (EMC)

مدارات الکترونیک اندازه گیری در ترانسمیتر های میدانی مانند فلومترها دائماً کارآمدتر و فشرده تر می شوند. لوازم پردازش داده های دیجیتال با ریزپردازنده های خود راه های جدیدی را برای ارتباطات جدید، عملکردهای تشخیصی و زمان پاسخ کوتاه باز کرده است.

طراحی نصب یکپارچه نیز به روش های جدیدی از نظر منبع تغذیه نیاز دارد. لوازم الکترونیک اندازه گیری پیشرفته معمولاً با منابع تغذیه با قابلیت سوئیچ شونده ارائه می شود.

به منظور اطمینان از عملکرد قابل اعتماد و ایمنی بالا در برابر تداخل الکتریکی، قطعات الکترونیکی اندازه گیری تحت آزمایش های مختلفی قرار می گیرند. سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) نقش اساسی در نصب و اندازه گیری الکترونیک دارد.

با ظهور بازار مشترک اروپا، اتحادیه اروپا دستورالعمل های مختلفی را تصویب کرد و مقرر شده که تمامی دستگاه هایی که به بازار اروپا عرضه می شوند باید دستورالعمل های معتبر را رعایت کنند.

این امر از طریق علامت CE که باید به روی دستگاه ها چسبانده شود و تاییدیه انطباق با CE با دستگاه ها ارایه شود و برای مشتری قابل مشاهده باشد.

در طول سال‌ها، لوازم الکترونیکی اندازه‌گیری و همچنین الزامات رویه‌های آزمایش به طور قابل توجهی تغییر کرده است. دستورالعمل EMC برای برآورده کردن این الزامات جدید دچار تجدید نظر شده است. از 20 ژوئیه 2007، دستورالعمل جدید EMC 2004/108/EC به اجرا درآمده و توسط سازندگان اعمال می شود.

دستورالعمل جدید EMC 2004/108/EC، از جمله، از طریق استانداردهای عمومی EN 61000-6-2:2005 (استاندارد ایمنی برای محیط های صنعتی) و EN 61000-6-4:2007 (استاندارد انتشار گار گلخانه ایی).

EN 61326 استاندارد محصول برای تجهیزات الکتریکی برای اندازه گیری، کنترل و استفاده آزمایشگاهی است.

علاوه بر الزامات مندرج در دستورالعمل EMC 2004/108/EC، الزامات اضافی نیز وجود دارد، به عنوان مثال برای صنایع شیمیایی، که در توصیه های NAMUR تعریف شده است. در اینجا، الزامات تست سختگیرانه تری نسبت به دستورالعمل EMC، به عنوان مثال سطح تست ایمنی بالاتر، تعیین شده است.

علاوه بر این، الزامات ویژه ای از سازمان بین المللی قوانین دمترولوژی (OIML) (نام انگلیسی: سازمان بین المللی قوانین مترولوژی) در مورد دقت اندازه گیری تحت تأثیر تداخل الکترومغناطیسی وجود دارد.

EMC چیست؟

EMC مخفف Electro-Magnetic Compatibility است. این اصطلاحی است که برای توصیف اینکه چگونه یک دستگاه یا یک سیستم می‌تواند در یک محیط الکترومغناطیسی بدون ایجاد اختلالات الکترومغناطیسی که در عملکرد سایر محصولات الکتریکی در محیط اختلال ایجاد می‌کند، خوب عمل کند، استفاده می‌شود.

انواع تداخل

در زمینه سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) بین دو نوع تداخل تفاوت قائل شده است:

• تداخل انجام شده مستقیماً از منبع تداخل از طریق خط تغذیه یا سیگنال به بار منتقل می شود. به عنوان مثال، صدای کلیکی که در رادیو خود می شنوید ممکن است به دلیل خاموش شدن کتری آب جوش برقی شما ایجاد شود. خاموش شدن خودکار ولتاژ تغذیه کتری آب یک پالس ولتاژ تولید می کند که طیف آن در محدوده فرکانس شنیداری قرار دارد. هنگامی که پالس های ولتاژ از این نوع از طریق سیم برق رادیو منتقل می شود، تداخل کلیکی رخ می دهد.
• تداخل تشعشع شده از طریق میدان های الکترومغناطیسی به بار منتقل می شود و می تواند به عنوان مثال توسط یک مسیر مدار چاپی که به عنوان آنتن عمل می کند دریافت شود. همچنین کوپلینگ خازنی یا القایی میدان های الکتریکی یا مغناطیسی امکان پذیر است. یک مثال از تداخل تشعشعی، یک ارتباط تلفن همراه است که به یک رادیو متصل شده است. دلیل این امر ممکن است بلندگویی باشد که بخوبی شیلد نشده باشد.

علل تداخل

یک سیگنال تداخل ممکن است در اثر تغییرات ولتاژ در زمان یا جریان ایجاد شود، به عنوان مثال ناشی از عملیات سوئیچینگ. اینها تغییرات دوره ای ولتاژ یا جریان را ایجاد می کنند. جریانها و ولتاژهای منبع تداخل که در زمان متغیر هستند باعث ایجاد میدان های مغناطیسی یا الکتریکی می شوند که ممکن است سیگنال تداخلی در بار ایجاد کنند. منابع تداخل ممکن است دلایل فنی یا طبیعی زیر را داشته باشند:

• تغییرات / وقفه های ولتاژ تغذیه
• میدان های الکترومغناطیسی، تولید شده توسط ترانسمیتر هایی که در محدوده فرکانسی از چند کیلوهرتز (انتقال موج بلند) تا چندین گیگاهرتز (تلفن های همراه، اجاق های مایکروویو) کار می کنند.
• پالس های الکترومغناطیسی صاعقه (LEMP)
• پالس های ولتاژ موج ناشی از عملیات سوئیچینگ در شبکه های ولتاژ پایین
• پالس های انفجاری با فرکانس بالا و کم توان ناشی از عملیات سوئیچینگ منابع تغذیه حالت سوئیچ
• تخلیه الکترواستاتیک (ESD)
• سیگنال های فرکانس بالا توسط تغییرات بار ریزپردازنده ها یا مبدل های فرکانس تولید می شوند
• یک پالس الکترومغناطیسی هسته ای (NEMP) که در اثر انفجار سلاح هسته ای تولید می شود

سیگنال های تداخل اغلب توسط سوئیچ های الکتریکی، رله ها، کنتاکتورها، لامپ های فلورسنت، شیرهای برقی، موتورهای الکتریکی، گیرنده های رادیویی یا اختلالات جوی مانند رعد و برق تولید می شوند.

 

ارزیابی پاسخ تداخل

پاسخ تداخل یک دستگاه وسیله ای برای ارزیابی نحوه واکنش دستگاه در صورت بروز اختلال یا تداخل است. سه معیار ارزیابی وجود دارد:

1. بدون کاهش در عملکرد.

عمدتاً دستگاه های آنالوگ ممکن است در محدوده خطای خود تحت تأثیر قرار گیرند. دستگاه های صرفا دیجیتال نباید به هیچ وجه تحت تأثیر قرار گیرند.

2. کاهش در عملکرد.

کاهش معینی از عملکرد در زمانی که دستگاه در معرض تداخل قرار می گیرد، با این شرط مجاز است که دستگاه می تواند پس از پایان تداخل، به طور خودکار کار عادی خود را از سر بگیرد. ممکن است آسیب دائمی ایجاد نشود.

3. از دست دادن عملکرد.

ارزیابی شده در درجه اول خرابی عملکردی در شروع تداخل تا زمانی که راه اندازی مجدد خودکار یا دستی رخ دهد، می باشد. هنگامی که از تلورانس ها فراتر رفت یا زیر خط رفت، دستگاه ها باید قابلیت راه اندازی مجدد خودکار را داشته باشند یا باید آماده راه اندازی مجدد، در موقعیت ایمن تعریف شده خود باقی بمانند.

محدودیت تداخل

تداخل ها را می توان با محافظ EMI/RFI منبع تداخل یا با ایجاد مصونیت تداخلی کافی برای بار محدود کرد.

به منظور دستیابی به یک طرح مدار مطابق با EMC، اقدامات زیر انجام می شود:

• از عملیات سوئیچینگ غیر ضروری خودداری کنید
• عملیات سوئیچینگ اجتناب ناپذیر را تا حد امکان به آرامی انجام دهید
• تا آنجا که ممکن است با استفاده از عناصر طراحی مناسب در محل تداخل های اجتناب ناپذیر را محدود کنید (به عنوان مثال عناصر RC برای محافظت از تداخل، محفظه های محافظ یا کابل ها)
• طرح PCB را انتخاب کنید که با الزامات EMC مطابقت داشته باشد (مثلاً طول مسیرهای PCB را با فرکانس تطبیق دهید، از صفحات زمین برای محافظت استفاده کنید)
• از ایمنی برای تداخل کافی اطمینان حاصل کنید (مثلاً از طریق فیلترها، خازن های مسدود کننده یا نرم افزارهای مقاوم در برابر خرابی)

در مورد حفاظت کلی در برابر EMC مستقل از هر دستگاه، موارد زیر در نظر گرفته شده است:

• منابع تداخل و بارها را از طریق تجزیه و تحلیل سیستم تعیین کنید.
• شیلد کافی فراهم کنید.
• فاصله های مشخص شده را حفظ کنید.
• ایمنی تداخل بار را بهبود بخشید.
• سازگاری الکترومغناطیسی نیروگاه ها و سیستم ها را می توان با معرفی یک مفهوم حفاظت از تداخل با شرایط تعریف شده برای دستگاه های مورد استفاده به طور قابل اعتماد تحقق بخشید.