Print

Nebuďte obětí elektrického rušení a EMI

-- 14.03.16

Elektromagnetické rušení (EMI) a rádiové rušení (RFI) u automatizovaných strojních zařízení mohou negativně ovlivnit prováděné operace. Existují však možnosti pro jejich snížení nebo odstranění. Přečtěte si, jaké jsou dopady elektrického rušení a přínosy opatření pro jeho ztišení.

I když podniknete náležitá předběžná opatření, u automatizovaných strojních zařízení bude přítomno určité elektromagnetické rušení (EMI) a rádiové rušení (RFI). Komponenty by proto měly mít náležité stínění a filtrování, aby toto rušení negativně neovlivňovalo operace.

Elektrické rušení – seznamte se

EMI a RFI jsou nežádoucími elektrickými rušeními, která mohou narušovat chod digitálních, analogových a komunikačních zařízení a procesů. Ke třem oblastem zájmu u EMI/RFI patří zdroj rušení, přenosové médium a přijímač rušení. Pojmy EMI a RFI se často používají zaměnitelně, nicméně je mezi nimi rozdíl. EMI je příslušným pojmem pro nízkofrekvenční rušení přibližně pod 20 kHz a RFI je příslušný pojem pro vysokofrekvenční elektrické rušení nad 20 kHz.

Rušení EMI má složku souhlasnou („common mode“) a rozdílovou („differential mode“). Souhlasné EMI rušení je přenášeno po několika vodičích zároveň a ve stejném směru na všech vodičích od zdroje k přijímači. Většina střídavých pohonů s modulací šířky pulzu (PWM) produkuje vysokofrekvenční souhlasné rušení.

Rozdílové rušení je indukováno na vodiči a cestuje opačným směrem na uzemněném vodiči. Je to podobné jako úplný obvod se samostatnou přívodní a zpětnou cestou pro EMI.

Rušení EMI je často v závislosti na frekvenci vysíláno vedením nebo vyzařováním. Rušení EMI vedením je nízkofrekvenční rušení cestující v dráze vodiče nebo v její blízkosti. Elektrické rušení vyzařováním je vysokofrekvenční rušení, které často využívá součástku nebo kabel jako anténu a přenáší rušení na velkou vzdálenost.

Rušení EMI může být svázáno se systémem různými způsoby. Kapacitně vázané rušení vzniká, když napěťové špičky EMI, které jsou přítomny ve zdrojovém vodiči, způsobují nežádoucí rušení na souběžném vodiči. Kapacitní vazba je větším problémem u vysokých frekvencí.

Indukční vazba obvykle souvisí s vyššími proudy s magnetickými poli, která indukují proud do jiného vodiče. Indukční vazba je větším problémem u vyšších proudů. Souhlasná impedanční vazba vzniká, když proud z jednoho nebo více zdrojů proudí přes tentýž vodič.

Zdroje elektrického rušení

V průmyslu existuje mnoho zdrojů rušení EMI. Některé jsou uvedeny v tabulce 1. Ke zdrojům rušení EMI patří zesilovače PWM často využívané v mnoha střídavých pohonech motorů. Čím kratší je doba náběhu u komponenty PWM, tím více rušení vytváří v podobě harmonických složek.

Například střídavý pohon s frekvencí spínání 4 kHz má mnoho harmonických kmitočtů, které produkují problematické emise. Harmonické kmitočty nejvíce ovlivňující citlivá zařízení se pohybují v rozsahu 8 kHz až 100 MHz nebo i více.

Servopohony mohou generovat rušení podobné jako u zesilovačů PWM z důvodu napěťových poklesů a špiček způsobovaných vysokofrekvenčním spínáním a vypínáním toku spínacího proudu elektroniky. Také stejnosměrné spínané zdroje vyzařují EMI, a to na mnohem vyšší úrovni než lineární napájecí zdroje.

Rychlé zapínání a vypínání indukčních zátěží může produkovat jiskření přes elektrický kontakt, což může generovat rušení EMI, stejně jako obvod cívky provádějící spínání (viz obrázek 1). Rozepnutí spínače pod proudem způsobí elektrický oblouk a vytvoří přitom široké spektrum EMI. Tento oblouk bude mít mnohem větší amplitudu při otevření proudového toku k indukční komponentě než k rezistivní zátěži a povede k většímu generování nežádoucího rušení.

Dokonce i osvětlení může způsobovat EMI, v tomto případě z důvodu rychlých změn napětí nebo proudu. Dalším zdrojem EMI je statická elektřina a související elektrostatický výboj. V průmyslových závodech se často využívají dopravníkové pásy z nylonu nebo jiného polymeru, které mohou generovat mnoho statické elektřiny.

Oběti elektrického rušení

V průmyslových aplikacích je rušením EMI často postiženo několik druhů komponent (viz tabulka 2). Převodníky pracují s nízkoúrovňovými signály z rotačních zařízení a jsou proto náchylné na EMI. K symptomům patří změny počtů v čítači převodníku bez pohybu motoru a neopakovatelné pohyby pozice. Podobné symptomy mohou vykazovat i tachometry, jako je nesprávný odečet rychlosti a neočekávané fluktuace rychlosti.

Elektrické rušení poblíž analogových signálů a měřicí přístrojové techniky může často způsobovat symptomy, jako jsou nečekané napěťové špičky a zvlnění nebo jitter vedoucí k nesprávným nebo neopakovatelným odečtům. Dochází k tomu častěji u signálů na bázi napětí, jako je 0–10 V DC. Integrita signálu na bázi proudu 4–20 mA je méně náchylná k rušení.

U komunikačních sítí a komponent téměř vždy k symptomům elektrického rušení patří ztráta komunikace nebo chyby čtení či zápisu dat. U programovatelných automatů (PLC) a dalších mikroprocesorově řízených komponent může k symptomům náležet ztráta komunikace, chyby nebo selhání PC či procesoru, nečekané sepnutí diskrétních vstupů nebo výstupů a udávání nesprávných hodnot u analogových vstupů či výstupů.

Nyní, když jsme si vysvětlili elektrické rušení, jeho zdroje a postižené komponenty, se podívejme, jak se můžeme rušení EMI vyhnout nebo jak je možné toto rušení zmírnit.

Zamezení a zmírnění EMI

Možným zdrojem EMI jsou kabeláž a vedení. Oddělení napájecích a signálových kabelů, použití kabelů typu kroucené dvojlinky a redukce jejich délky může omezit EMI pocházející z kabelů a vodičů. Ke snížení EMI lze použít i mnoho dalších technik pro integraci a instalaci kabelů a vodičů.

Také vhodné provedení krytu může snížit EMI. Kovový kryt je dobrým začátkem, společně s pozinkovanými zadními deskami u PLC a průmyslových PC. Důležité je také náležité rozvržení, aby se udržovaly odděleně napájecí a signálové komponenty a kabeláž. Řádně uzemněný kryt, dvířka a zadní panel dále sníží vyzařované rušení EMI a náchylnost k elektrickému rušení.

Uzemnění a stínění proti EMI

Řádné uzemnění a stínění patří k nejlevnějším a nejúčinnějším metodám snížení míry EMI v systému. Pro začátek platí, že plně uzemněný systém je ten, který má náležitý zemnicí vodič poskytující nízkoimpedanční cestu proudům souhlasného rušení. Všechny zemnicí body by měly mít velkou plochu, aby nebrzdily proud vyšším odporem, než je nutné.

Splétané zemnicí pásy jsou dobrou volbou při uzemňování pohonu nebo jiného zdroje rušení ke kladným uzemňovacím kolíkům. Je dobré používat co nejkratší splétaný pás. Zvyšování plochy vodicí cesty je důležitější než zvyšování průměru vodiče. Protože vysokofrekvenční EMI cestuje po povrchu vodičů, větší plocha poskytuje lepší cestu (s menším odporem) pro uzemnění rušení. To znamená, že splétaný vodič s jemnými vlákny je lepší než celistvý vodič, protože je povrch vodiče větší – splétaný kabel je nejlepší volbou.

Při uzemňování stínění kabelu by mělo být stínění připojeno k zemi pouze na panelu nebo na zdroji rušení. To platí i pro analogové kabely. Nicméně u vysokofrekvenčních zdrojů nad 1 MHz je nejlepší připojit stínění k zemi na obou koncích kabelu.

Uzemnění v centrálním bodě snižuje možnosti vzniku zemních proudových smyček, k nimž může dojít, když jsou dva nebo více bodů v nepatrně odlišných potenciálech. To může způsobit vysoké proudy po celé zemnicí síti a dovoluje vazbu více rušení na vodiče. Někdy může mít nestíněný kabel méně rušení než stíněný, který je uzemněný na obou koncích, pokud zde existuje významná zemní smyčka. 

Technologie filtrů a odrušování

Filtr na střídavém vedení může odstranit rušení a zabránit jeho přechodu do střídavé napájecí sítě (viz obrázek 2). Filtr pro střídavé vedení by měl být nainstalován přímo na uzemněný rám nebo na zadní desku. Filtr by se měl montovat co nejblíže bodu, kde střídavé napájení vstupuje do krytu zařízení. Pro minimalizaci RF vazby by měl být střídavý napájecí kabel na linkové straně filtru vedený co nejdále od střídavého napájecího kabelu zátěžové strany a od všech ostatních kabelů a obvodů. Filtr by měl být řádně uzemněný a umístěný co nejblíže zdroji rušení a délka kabelu střídavého napájení by měla být co nejkratší, přičemž vodiče by měly být zakrouceny do sebe, pokud se používají jednotlivé vodiče. Na přívodním vedení by se měly používat tlumivky pro ochranu střídavých pohonů před přechodovým přepětím.

Tlumivky na přívodním vedení rovněž snižují harmonické složky spojené se střídavými pohony tím, že zvyšují impedanci vedení. Jsou jedním z nejvíce doporučovaných příslušenství pro střídavé pohony.

Indukční filtry nebo tlumivky na vedení doplněné k výstupu z pohonu a zapojené v sérii s motorem se používají pro zvýšení induktance zátěže, aby byly splněny požadavky zesilovače na minimální induktanci zátěže. Působí také proti účinkům kapacity vedení a jevu odražené vlny u dlouhých kabelových tras a u vysokonapěťových systémů. Tlumivky na vedení lze někdy používat namísto feritových odrušovacích jader nebo v kombinaci s nimi.

Je důležité připomenout, že pohony motoru mohou vyžadovat vlastní filtr. U některých aplikací vysoce citlivých na rušení EMI může být nutné použít hlavní filtr EMI na každém pohonu. Další zařízení by měla být napájena ze zátěžové strany těchto filtrů pohonů. Je rovněž důležité udržovat vyrovnaný proudový odběr mezi fázemi. Jednofázová zařízení připojená k třífázovému filtru mohou způsobovat nerovnováhu proudového odběru a zhoršovat schopnost filtru potlačit nežádoucí rušení EMI.

Přepínání indukčních zátěží, jako jsou stykače, relé a pneumatické elektromagnety, může produkovat silné rádiové rušení (RFI). Použití odrušovacích diod umístěných přes cívky stejnosměrných součástek a tlumicích členů typu odpor-kondenzátor (RC) umístěných přes cívky střídavých součástek může výrazně snížit napěťové a proudové špičky a související emise rušení EMI/RFI. Odrušovací diody a tlumicí členy RC je nutno umístit přímo na zdroj emisí rádiového rušení nebo na cívku.

Bez ohledu na druh elektrického rušení a druh postižené součásti existuje mnoho metod, jak zamezit a odstranit rušení EMI. Dodržování těchto doporučení vám výrazně pomůže vytvořit systém s nízkými hladinami vyzářeného elektrického rušení a s vysokou odolností vůči takovému rušení. ce

Jeb Moulton je produktový technik společnosti AutomationDirect. Upravil Eric R. Eissler, šéfredaktor časopisu Oil & Gas Engineering, eeissler@cfemedia.com.

Autor: Jeb Moulton, AutomationDirect


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Trendy v robotizaci 2020
2020-01-28 - 2020-01-30
Místo: Best Western Premier / Avanti, Brno
DIAGO 2020
2020-01-28 - 2020-01-29
Místo: Orea Resort Devět Skal ***, Sněžné - Milovy
Trendy automobilové logistiky 2020
2020-02-20 - 2020-02-20
Místo: Parkhotel Plzeň
Úspory v průmyslu
2020-03-03 - 2020-03-03
Místo: Ostrava
AMPER TOUR 2020
2020-03-17 - 2020-03-19
Místo: Brno

Katalog

BALLUFF CZ s.r.o.
BALLUFF CZ s.r.o.
Pelušková 1400
19800 Praha
tel. 724697790

EWWH, s. r. o.
EWWH, s. r. o.
Hornoměcholupská 68
102 00 Praha 10
tel. 734 823 339

B+R automatizace, spol. s r.o.
B+R automatizace, spol. s r.o.
Stránského 39
616 00 Brno
tel. +420 541 4203 -11

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

COGNEX
COGNEX
Emmy-Noether-Str. 11
76131 Karlsruhe
tel. 720 981 181

všechny firmy
Reklama


Tematické newslettery




Anketa


Na internetu
V tištěných médiích
Na veletrzích a výstavách
Jinde

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   
Copyright © 2007-2019 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI