Compatibilidad electromagnetica PDF

Preview

Summary

Compatibilidad electromagnetica...

Description

COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA

INGENIERÍA ELECTRÓNICA, ROBÓTICA Y MECATRÓNICA GRUPO: GIERM6 CURSO: SEGUNDO

ELENA MONTESANO MARTIN IGNACIO MARTINEZ RUIZ MARIA JESÚS MORA GARCÍA

ÍNDICE 1.

ASPECTOS GENERALES ……………………………………………………………… 3 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

2.

DIMENSIONES ELÉCTRICAS Y ONDAS………………………………………..…… 8 2.1 2.2 2.3 2.4

3.

Perdidas en los cables……………………………………………………….12 Fuentes de alimentación……………………………………………………..12

NORMATIVA E INSTRUMENTACIÓN………………………………..……………… 13 3.1 3.2 3.3

5.

¿Qué son? ………………………………………………………………….....8 ¿Cómo se generan?.................................................................................8 Tipos de onda………………………………………………………………….9 Parámetros……………………………………………………..……………..10

DECIBELIOS Y UNIDADES DE LA EMC ……………………………………….…… 11 3.1 3.2

4.

¿Qué es? ………………………………………………………………..……..3 Condiciones para ser EMC…………………………………………………...4 ¿Quién interviene?....................................................................................4 Transferencias intencionadas/ inintencionadas……………….…….…......5 Fuentes de EMI………………………………………………………….…….6 La importancia de la EMC…………………………………………………….7

Diferencias E.E.U.U/U. E…………………………………………………….13 Ensayos…………………………………………………………………….….15 Instrumentación……………………………………………………………….16

BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………………..19

Teoría de Circuitos

Grupo de trabajo: GIERM6

Compatibilidad electromagnética 1.

ASPECTOS GENERALES

La compatibilidad electromagnética abarca una gran variedad de debates acerca de ella, pero para poder adentrarnos en ellos necesitamos conocer unas nociones básicas sobre ésta. A continuación se explicará lo más relevante.

1.1

¿QUÉ ES?

La compatibilidad electromagnética es la rama de la tecnología electrónica y de telecomunicaciones que estudia los mecanismos para eliminar, disminuir y prevenir los efectos de acoplamiento entre un equipo eléctrico o electrónico y su entorno electromagnético, aún desde su diseño, basándose en normas y regulaciones asegurando la confiabilidad y seguridad de todos los tipos de sistemas en el lugar donde sean instalados y bajo un ambiente electromagnético específico. Además tenemos que destacar que debe de ser insensible a las emisiones que pueden causar otros sistemas para que el funcionamiento sea correcto. A la compatibilidad electromagnética se le suele abreviar como EMC, representado sus siglas en inglés “electromagnetic compatibility”. También debemos saber que existen las llamadas interferencias electromagnéticas (EMI “electromagnetic interference”). A éstas podemos definirlas como la emisión de energía electromagnética que degrada o perjudica la calidad de una señal o el funcionamiento de un sistema. Entre las principales funciones de la EMC está garantizar que los dispositivos, equipos o sistemas funcionen satisfactoriamente en presencia de otras fuentes electromagnéticas, a la vez que no afecten a otros sistemas, equipos o dispositivos como tampoco al entorno que lo rodea (entiéndase vegetación, animales o personas). Con respecto a la salud humana, esta disciplina aborda el tema de los posibles perjuicios causados por ciertos equipos electrónicos.

1

Teoría de Circuitos

Grupo de trabajo: GIERM6

Además la EMC fija normatividad para evitar que algunos equipos altamente sensibles o vitales sean afectados por alguna contaminación electromagnética, como es el caso de implementos médicos en un hospital o un equipo auxiliar en aeronavegación por QUEEE

1.2

CONDICIONES PARA QUE UN SISTEMA SEA EMC

Deben de satisfacerse una serie de condiciones de manera simultánea para un circuito sea electromagnéticamente compatible. En primer lugar lo que debe cumplirse seria no producir interferencias “intolerables” en el medio ambiente que puedan generar fallos de funcionamiento en otros dispositivos o unidades de equipos y/o sistemas. Además tiene que cumplirse la condición de que el sistema no produzca ningún tipo de interferencia que afecte a su propio funcionamiento debido a que si les afectase, esto provocaría un mal funcionamiento al resto de elementos dependientes de éste. No tiene tampoco que ser susceptible (posibilidad de que el objeto funcione de manera incorrecta debido a las interferencias) a las emisiones de cualquier otro tipo de sistemas (habilidad del dispositivo, unidad de equipo o sistema para funcionar de manera satisfactoria en un medio ambiente donde hay campos electromagnéticos causados por fuentes ajenas. Desde el 1 de enero de 1996, todo producto comercializado en el mercado Común Europeo debe de satisfacer las normas comunitarias de emisión e inmunidad. Toda fuente de energía eléctrica está inmersa en campos eléctricos y magnéticos. Una parte de la energía contenida en estos campos se radia al espacio, mientras que el resto queda almacenada en las proximidades de las fuentes. En cualquier problema de compatibilidad electromagnética existen tres tipos de elementos esenciales. Éstas son: La fuente del fenómeno electromagnético pueden ser los transmisores de radio, líneas de alta tensión, circuitos electrónicos, rayos… Todo aquello que genera o utiliza energía electromagnética; Un receptor, que no funcionará adecuadamente debido al fenómeno radio, circuito electrónico o incluso personas en algunos casos; Por último es necesario un camino entre ellos.

1.3

¿QUIÉN INTERVIENE?

Los elementos básicos que intervienen en un problema de compatibilidad electromagnética son la fuente (emisor), el camino de acoplamiento y llegará hasta un receptor (victima). 2

Teoría de Circuitos

Grupo de trabajo: GIERM6

El acoplamiento entre sistemas consiste en que un dispositivo interacciona y perturba el funcionamiento de otro. Existen cuatro modos (caminos) de acoplamiento, serían: la conducción (corriente eléctrica), el acoplo inductivo (campo magnético), el acoplo capacitivo (campo eléctrico) y por último la radiación (campo electromagnético). PREVENCIÓN DE INTERFERENCIAS Se pueden deducir tres vías para eliminar las interferencias. En primer lugar estaría la opción de suprimir la emisión en fuente, otra de las opciones sería hacer que el camino de acoplamiento sea poco efectivo. Por último podemos hacer que el receptor sea menos sensible a las emisiones. La mejor de las opciones como solución sería la primera, aunque no siempre será posible identificar la fuente de la perturbación y algunas veces no es posible eliminarlas ya que son señales activas del sistema, como por ejemplo sería el clock de un sistema digital. En dichos casos solo se puede actuar sobre el camino de acoplamiento o haciendo a la víctima más inmune. Entre las principales causas por las que la compatibilidad electromagnética cada vez cobra más interés se pueden remarcar las que se van a nombrar a continuación. La primera de las causas sería el aumento de los equipos electrónicos tanto en la industria como en el hogar (Fuentes de EMI “electromagnetic interference”). Pasaríamos ahora a hablar de la siguiente causa siendo esta el uso de equipos más grandes y complejos. En tercer lugar hay que colocar el aumento de los sistemas de telecomunicación como serían por ejemplo la radio, los móviles, etc. Otra de las causas principales por las que los sistemas EMC tienen cada vez más relevancia es porque disminuyen el margen de ruido de los sistemas digitales, es decir, hay una disminución en la tensión de trabajo. Por último pero no menos importante destacamos que también aumenta la frecuencia

1.4

TRANSFERENCIAS INTENCIONADAS / ININTENCIONADAS

Las interferencias ocurren cuando la energía recibida cauda en el receptor un comportamiento indeseado. Una transferencia de energía no intencionada causa interferencia sólo si la magnitud de esa energía es lo suficientemente grande, o su contenido espectral en la entrada del receptor hace que éste funcione de un modo indeseado. Una transmisión no intencionada de energía no tiene por qué ser necesariamente perjudicial; el comportamiento no deseado del receptor constituye la interferencia. En cuanto a lo referido a emisores y receptores intencionados y no intencionados (dependerá del camino de acoplamiento). Demos algunos ejemplos: el primero sería una estación transmisora de radio AM cuya emisión es recibida por un receptor sintonizado para recibirla (emisión intencionada); el segundo ejemplo sería una estación que emite en un rango 3

Teoría de Circuitos

Grupo de trabajo: GIERM6

de frecuencia que no esté sintonizado por el receptor, pero aun así se recibe (emisión inintencionada, es decir, camino de acoplamiento no intencionado).

1.5

FUENTES DE EMI

Por interferencia electromagnética (EMI) podemos entender la presencia de voltajes o corrientes no deseados que pueden aparecer en un equipo o en sus circuitos, como resultado de la operación de otro aparato eléctrico, o por fenómenos naturales. FUENTES EMI EXTERNAS Las emisiones de estas fuentes EMI pueden provenir tanto de fuentes terrestres como extraterrestres. Las fuentes de ruido EMI son debidas fundamentalmente a emisores de comunicaciones y navegación (banda comercial, comunicaciones de navegación aérea y radares) y a equipos industriales y de consumo, o incluso las explosiones nucleares, todas ellas debidas al hombre. Pero también hay que tener en cuenta las fuentes de interferencia electromagnética externas naturales, tales como rayos, descargas electrostáticas, ruido solar y cósmico entre otros. En una aeronave por ejemplo serían interferencias externas las ondas de radio, radares, energías externas… FUENTES EMI INTERNAS Estas fuentes de interferencia electromagnética internas serán todas aquellas producidas por los equipos y componentes de un sistema que puedan conducir o radiar energía electromagnética. Siguiendo con el ejemplo de la aeronave serían en primer lugar los generadores y motores eléctricos (las escobillas y conmutadores son fuentes EMI en forma de transitorios que se generan como resultado del arco voltaico de descarga generado por la separación de las escobillas), los relés (una vez que se descarga el relé, la energía electromagnética almacenada produce un voltaje que produce arcos de descarga en los contactos del relé generando una EMI en forma de transitorios), los cables (proporcionan un medio de acoplamiento indeseado por inducción o conducción de otros cables, circuitos o equipos de la aeronave) y por último los conectores (pueden llegar a ser una fuente indirectamente debido a una mala conexión). CLASES DE INTERFERENCIA ELECTROMAGNETICA (EMI) La interferencia electromagnética puede ser radiada o conducida. Fuentes típicas de las emisiones radiadas son los equipos de radio y los transmisores de radar así como los equipos eléctricos de generación y transformación de la energía eléctrica. La manera en la cual la interferencia electromagnética externa se introduce en un circuito se llama modo de acoplamiento. La interferencia electromagnética radiada se propaga a través del aire hacia el circuito víctima. Una antena, o un cable que puede actuar como una antena, sirve de acoplamiento a la interferencia electromagnética afecten al circuito víctima. La interferencia electromagnética conducida se acopla desde la fuente al circuito víctima a traces de conexiones comunes, bien mediante el cableado o bien desde la estructura metálica. MECANISMOS DE ACOPLAMIENTO EMI Por acoplamiento lo que nosotros entendemos es la interrelación de dos o más circuitos, y se establece la transferencia energética entre ellos. Cuando este acoplamiento se produce por 4

Teoría de Circuitos

Grupo de trabajo: GIERM6

radiacin electromagnética se denomina acoplamiento radiado. Si se produce a través de conductores o componentes, se denomina acoplamiento conducido. El acoplamiento reactivo es un caso particular de la propagación radiada, y ocurre cuando la distancia entre emisor y receptor es menor que la mitad de la longitud de onda, existiendo dos tipos, el acoplamiento capacitivo, que es el que se produce por el efecto del campo eléctrico y por otro lado el acoplamiento inductivo que es el que se produce por el efecto del campo magnético.

1.6

IMPORTANCIA DE LA EMC

La importancia de la compatibilidad electromagnética en el mundo tecnológico es tal que toda la tecnología debiera ser caracterizada y probada bajo estándares de compatibilidad, pues el hecho de hacer una prueba electromagnética permite estar bajo términos asociados a certificaciones de la industria que permiten usar y vender los productos e incluso permitir que dicho aparato esté en contacto con el cuerpo humano. Sin embargo, no siempre es así. Las pruebas de EMC son de alto costo ya que garantizan que de obtener el estándar que establece los límites de emisión electromagnética irradiada o conducida, el producto podrá ser vendido bajo normatividad de compatibilidad electromagnética en el mercado internacional. Es importante hacer estas pruebas para no generar problemas de salud al ser humano, pues con señales de alta intensidad puede generarse un daño a las células. También porque donde esté colocado un sistema bajo otro o semejante, estos no deben interferir unos con otros, es decir, evitar que actúen como control remoto entre los sistemas. Algunos otros ejemplos de incompatibilidad electromagnética es la interferencia entre aparatos de mensajería con sistemas eléctricos en automóviles, como en el caso de activación de bolsas de aire en los vehículos solo por recibir llamadas de teléfono celular o mensajes de texto y que podría provocar accidentes. O en la industria militar, el lanzamiento no intencional de misiles por el acoplamiento de señales entre los sistemas de comunicación y de control del lanzamiento. LA EMC EN LA UNIÓN EUROPEA En Europa cualquier equipo electrónico está sometido a lo establecido según la directiva 2004/108/CE en materia de compatibilidad electromagnética, la cual establece los requisitos esenciales a los que se deben someter los aparatos e instalaciones electrónicas. Para dar presunción de conformidad a la directiva 2004/108CE se utilizan las denominadas normas armonizadas. En un listado de normas que se publican en el diario oficial de las comunidades europeas (DOCE) Existen en España varios laboratorios de ensayos y certificación de compatibilidad electromagnética. Entre los más relevantes se encuentran los situados en las instalaciones del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial de Torrejón de Ardoz (Madrid), ITACA en Valencia, Applus+ en Bellatera (Barcelona), GCEM-UPC (Barcelona), Idneo Technologies en Viladecavalls (Barcelona), ITA (Zaragoza) y CEMITEC (Pamplona)

5

Teoría de Circuitos

2.

Grupo de trabajo: GIERM6

ASPECTOS GENERALES

Las mediciones eléctricas son los métodos, dispositivos y cálculos usados para medir cantidades eléctricas. La medición de cantidades eléctricas puede hacerse al medir parámetros eléctricos de un sistema. Usando transductores, propiedades físicas como la temperatura, presión, flujo, fuerza, y muchas otras pueden convertirse en señales eléctricas, que pueden ser convenientemente registradas y medidas. A partir de las mediciones eléctricas vamos a adentrarnos en las dimensiones y las ondas hablando de sus diferentes características y parámetros.

2.1

¿QUÉ SON?

Las dimensiones eléctricas son medidas en longitudes de onda. Estrictamente hablando, esto se aplica a las ondas planas, sin embargo hay otros tipos de ondas con características similares por lo que el concepto se puede ampliar. Los parámetros de nuestro fenómeno electromagnético son los mismos que cumplen las propiedades de la estructura en que la inductancia se distribuye a través del espacio en puntos concretos. Cabe destacar que cuando construimos un circuito equivalente, ignoramos la naturaleza de distribución de cargas electromagnéticas. 2.2

¿CÓMO SE GENERAN?

Las ondas electromagnéticas se generan como consecuencia de la aceleración de las cargas eléctricas. Una carga estática o en movimiento uniforme produce campos eléctricos o magnéticos que están restringidos a sus cercanías. Es necesaria la aceleración de las cargas para que los campos electromagnéticos viajen independizándose de las cargas, es decir, para que se produzca radiación electromagnética. Las ondas electromagnéticas son oscilaciones de los campos eléctricos y magnéticos, y pueden propagarse en el vacío al no suponer el desplazamiento mecánico de las partículas de un medio. También se pueden propagar en medios materiales, si bien continúan siendo oscilaciones de los campos electromagnéticos, y su velocidad cambia. En la ilustración representamos la disposición de los campos eléctrico y magnético en una onda electromagnética.

Fig. 1 Campos eléctrico y magnético en una onda electromagnética.

6

Teoría de Circuitos

2.3

Grupo de trabajo: GIERM6

TIPOS DE ONDAS

Hay distintos tipos de ondas electromagnéticas debido a su dimensión. Los principales tipos de ondas electromagnéticas, por orden creciente de frecuencia, son: -

Ondas de radio y televisión. Se utilizan, como su propio nombre indica, en la transmisión de las señales de radio y televisión. Se generan normalmente por circuitos eléctricos oscilantes.

-

Microondas. Se usan en el radar, las telecomunicaciones y para calentar sustancias que contengan agua, como en los hornos que llevan su nombre.

-

Ondas infrarrojas. Se emplean en muchas aplicaciones electrónicas, en astronomía y en medicina.

-

Luz visible. Se trata de ondas electromagnéticas que el ojo humano es capaz de captar. Forma el grueso de las radiaciones provenientes del Sol. La Óptica es la ciencia encargada de su estudio.

-

Rayos ultravioleta. Forman parte también del espectro solar, aunque, en gran medida, son filtrados por el ozono de la ionosfera. Se utilizan para esterilizar, tanto en medicina como en la industria.

-

Rayos X. Se utilizan en medicina, tanto en el tratamiento del cáncer como en el diagnóstico, y en la instrumentación científica.

-

Rayos gamma. Se generan en las estrellas y en las reacciones nucleares. Se utilizan en la terapia médica. Al igual que los rayos X, son muy destructivos y, por tanto, peligrosos.

Fig 2 Tipos de onda electromagnética

7

Teoría de Circuitos

2.4

Grupo de trabajo: GIERM6

PARÁMETROS

LONGITUD DE ONDA La longitud de onda es la distancia real que recorre una perturbación en un determinado intervalo de tiempo. Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos máximos consecutivos de alguna propiedad física de la onda.

λ = Longitud de onda en metros. c = Velocidad de la luz en el vacío (300 000 km/s). f = Frecuencia de la onda (Hz). FRECUENCIA Frecuencia una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico. Para calcular la frecuencia de un suceso, se contabilizan un número de ocurrencias de éste, teniendo en cuenta un intervalo temporal, y luego estas repeticiones se dividen por el tiempo transcurrido.

PERIODO El período de una oscilación u onda (T) es el tiempo transcurrido entre dos puntos equivalentes de la onda. El concepto aparece tanto en matemáticas como en física y otras áreas de conocimiento.

AMPLITUD La amplitud constituye el valor máximo que puede alcanzar la cresta o pico de una onda. El punto de menor valor recibe el nombre de valle o vientre, mientras que el punto donde el valor se anula al pasar, se conoce como “nodo” o “cero”.

3.

DECIBELIOS Y UNIDADES DE LA EMC