ENSAYOS DE COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (EMC)

Transcripción

1 ENSAYOS DE COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (EMC) Donny Taipe Araujo.

2 1.- OBJETIVOS: Conocer la importancia de realizar los ensayos de EMC a los instrumentos de medición.

3 2.- COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA: QUÉ ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA? La Compatibilidad Electromagnética (EMC, del inglés Electromagnetic Compatibility ) se define como: Aptitud de un dispositivo, de un aparato o de un sistema para funcionar en su ambiente electromagnético sin perturbar o ser perturbado por ella, es decir: No causar interferencia No es susceptible a emisiones No genera interferencia a sí mismo

4 2.- COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA: EMI: Interferencia Electromagnética o emisión. EMS: Susceptibilidad Electromagnética o inmunidad. EMC EMI EMS

5 2.1.- AMBIENTE ELECTROMAGNÉTICO:

6 RADIADA TIPOS DE COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA: FUENTE ACOPLAMIENTO RECEPTOR

7 CONDUCIDA TIPOS DE COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA: FUENTE ACOPLAMIENTO RECEPTOR

8 2.4.- TIPOS DE PERTURBACIONES: El acoplamiento (medio, camino) es difícil de identificar, debido a ello se ha descrito en términos generales de: CORRIENTE O TENSIÓN, CAMPO ELÉCTRICO, CAMPO MAGNÉTICO O ALGUNAS COMBINACIÓN DE LAS ANTERIORES.

9 3.- METROLOGÍA LEGAL Consiste en ejercer controles metrológicos de los instrumentos de medición. Control metrológico? Los controles metrológico pueden comprender, para: - -Aprobación de modelo (tipo) - Verificación inicial - Verificación después de reparación o modificación - Verificación periódica - Inspección

10 3.1.- QUÉ ES APROBACIÓN DE MODELO? Dictaminar si un determinado tipo o modelo de instrumento de medición es adecuado para cumplir con las acciones para las cuales ha sido diseñado y construido.

11 3.2.- ENSAYOS DE APROBACIÓN DE MODELO ENSAYOS DE ASPECTO MECÁNICO ENSAYOS LIGADOS AL ASPECTO ELÉCTRICO ELECTRÓNICO. EMC

12 3.3.- ENSAYOS DE EMC INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN: # INSTRUMENTO NMP Ensayos Norma IEC MEE NMP Ensayos de inmunidad a las descargas electrostáticas Nº 1 Nº 2 Nº 3 Nº 4 Nº 5 Nº 6 Nº 7 Nº 8 B NMP 003 B.3.4. Descargas electrostáticas MFL NMP Descargas electrostáticas MEE NMP Ensayos de inmunidad de campos electromagnéticos de RF B NMP 003 B.3.5. Inmunidad a campos electromagnéticos radiados MFL NMP Susceptibilidad electromagnética MEE NMP Ensayos de inmunidad a las perturbaciones conducidas, inducidas por campos de RF B NMP 003 B.3.6. Inmunidad a campos de radiofrecuencia transmitidos por conducción MFL MEE NMP Ensayos de transitorios eléctricos rápidos en ráfagas B NMP 003 B.3.2. Incrementos repentinos de tensión (ráfagas eléctricas) MFL NMP Transitorios eléctricos MEE NMP Ensayo de la influencia de la tensión de alimentación: Huecos e interrupciones breves B NMP 003 B.3.1. Caídas de tensión de red de CA e interrupciones breves MFL NMP Variación de tensión de alimentación (AC y DC) MEE NMP , Ensayo de inmunidad de ondas de choque B NMP 003 B.3.3. Ondas de choque MFL NMP Inmunidad de ondas de choque MEE NMP Ensayo de inmunidad de ondas oscilatorias amortiguadas B MFL MEE NMP Supresión de las interferencias radioeléctricas. B MFL IEC IEC IEC IEC OIML D11 IEC IEC CISPR 22

13 Nº de ensayos ESE Ensayos Breve descripción del ensayo / Alcance MEE- NMP Ensayos de inmunidad a las descargas electrostáticas Aplicar 10 descargas por contacto aplicando una tensión de ensayo de 8 kv. Si no hay parte metálica para el contacto se aplica una descarga al aire de 15 kv Nº 1 B- NMP 003 B.3.4. Descargas electrostáticas Tensión continua hasta 6 kv inclusive para las descargas por contacto y 8 kv para las descargas en el aire. MFL NMP Descargas electrostáticas Aplicar 10 descargas directas (contacto) 6 kv con intervalos de 1s ó 20 descargas indirectas (por aire) de 8 kv. MEE- NMP Ensayos de inmunidad de campos electromagnénitos de RF Longitud de cable expuesto al campo: 1m Banda de frecuencia: 80 MHz a 2000 MHz Portadora modulada en 80 % AM 1kHz de onda sinusoidal. Nº 2 B- NMP 003 MFL NMP 005 MEE- NMP 014 B.3.5. Inmunidad a campos electromagnéticos radiados Rango de frecuencia: 80 MHz MHz Intensidad de campo: 10 V/m Modulación: 80 % AM, 1 khz, onda sinusoidal Suceptibilidad electromagnética Radio Frecuencia desde 26 MHz hasta 1 GHz Ensayos de inmunidad a las perturbaciones conducidas, inducidas por campos de radiofrecuencia Se aplica una frecuencia en el intervalo de 150 khz a 80 MHz a un nivel de tensión de 10 V. Nº 3 B- NMP 003 B.3.6. Inmunidad a campos de radiofrecuencia transmitidos por conducción Rango de frecuencia: 0,15 MHz-80 MHz Amplitud de RF (50Ω):10 V (emf) Modulación: 80 % AM, 1 khz, onda sinusoidal MFL NMP 005

14 Nombre presentación_calibri regular 12 pt NORMATIVA PARA ENSAYOS DE EMC Normativa internacional Descripción IEC Ed 2. Ensayo de inmunidad de descargas electrostáticas. IEC Ed 3.2 Ensayo de inmunidad de campos electromagnéticos de radio frecuencia. IEC Ed 3. IEC Ed 3. IEC Ed 4. IEC Ed 2 IEC Ed. 2. Ensayos de inmunidad a los transitorios rápidos en ráfaga. Ensayo de inmunidad a las ondas de choque. Inmunidad a las perturbaciones conducidas, inducidas por los campos de radiofrecuencia. Ensayo de inmunidad de caídas de tensión, interrupciones breves y variaciones de tensión. Ensayo de inmunidad de ondas oscilatorias amortiguadas.

15 4.- DESARROLLO: DESCARGAS ELECTROSTÁTICA: EQUIPOS E INSTRUMENTOS: Pistola para descarga electrostática que permiten descargas de tensión de hasta 16,5 kv para descargas de aire y hasta 9 KV para descargas de contacto Cuarto de ensayo (apantallado) Mesa de ensayos con plano de acoplamiento horizontal ; incluyendo set de resistencias de puesta a tierra. Multímetro.

16 DESCARGAS ELECTROSTÁTICA: A. Descarga electrostática directa PROCESO DE ENSAYO: Este ensayo está dividido por descargas por contacto y por aire. La descarga por contacto para nuestro caso no aplica divido a que el instrumento (ESE) no tiene partes metálicas, por ello no se realizó. La descarga por aire se realizó para +8 kv y -8 kv. Para realizar este ensayo se colocó en la 'pistola' una 'punta-electrodo. Se registra el valor de la indicación antes de la perturbación de descarga. Se aplica 10 descargas de nivel 3, descargas en +8 kv y -8 kv. El tiempo entre una y otra descarga es de aproximadamente, 5 s a 10 s. Se registra el valor de la indicación después de la perturbación de descarga u otra observación.

17 DESCARGAS ELECTROSTÁTICA: Registro de ensayo Descarga electrostática directa Resultados del ensayo Indicación sin perturbación (kg) 0,100 Descargas Por contacto Por aire Tensión de descarga (kv) Indicación - I (kg) NA NA NA NA NA NA 0,100 0,100 Fallas significativas (I > e)

18 DESCARGAS ELECTROSTÁTICA: B. Descargas electrostáticas indirectas PROCESO DE ENSAYO: Se realizan 10 descargas para cada una de los siguientes valores: +2 kv, -2 kv, +4 kv, -4 kv, +6 kv, -6 kv, +8 kv, -8 kv. Esto se hace en la horizontal, vertical frontal, vertical trasera, vertical lateral directa y vertical lateral izquierda. Se pone en contacto la pistola ESD con el ESE, se genera la descarga, se cuenta hasta 10, y nuevamente se genera una descarga. Esto es 10 veces. NOTA: La separación entre la plancha y el ESE debe ser de 10 cm A diferencia que el ensayo de descarga electrostática directa, en esta la pistola ESD no se descarga a la línea tierra.

19 DESCARGAS ELECTROSTÁTICA: Registro del ensayo de descargas electrostáticas indirectas Resultados del ensayo - plano horizontal Indicación sin perturbación (kg) 0,100 Descargas Por contacto Tensión de descarga (kv) Indicación - I (kg) 0,100 0,100 0,100 0,100 0,100 0,100 Fallas significativas (I > e)

20 ENSAYOS DE INMUNIDAD A LOS TRANSITORIOS RÁPIDOS EN RÁFAGA. Generador de ráfagas/transitorios rápido EFT/burst conforme a IEC/EN :2012 Ed.3 Clamp

21 ENSAYOS DE INMUNIDAD A LOS TRANSITORIOS RÁPIDOS EN RÁFAGA. PROCESO DE ENSAYO 1.- Se registra la indicación sin perturbación. 2.- Se aplica nivel de severidad 2 / tiempo 60 s para cada polaridad / Voltaje de 1 kv. 3.- Se configura L1, L2 y L3: Conexión L1 (Fase)

22 ENSAYOS DE INMUNIDAD A LOS TRANSITORIOS RÁPIDOS EN RÁFAGA. Conexión L2 (Neutro) Conexión L3 (Tierra) 4.- Se registra la indicación después de perturbar u otra observación que se tiene. La diferencia entre la indicación sin perturbación y después de la perturbación debe ser menor a la división de verificación (e).

23 ENSAYOS DE INMUNIDAD A LOS TRANSITORIOS RÁPIDOS EN RÁFAGA. Registro de los resultados del ensayo: Carga aplicada (g) 100 Conexión Resultados Fallas Significativas > e Indicación SI (Obs.) L1 L2 PE Polaridad (kg) NO Sin perturbación 0, Positiva 0, Negativa 0, Sin perturbación. Positiva 0, Negativa 0, Sin perturbación. Positiva 0, Negativa 0,

24 ENSAYO DE CAÍDAS DE TENSIÓN DE RED E INTERRUPCIONES BREVES EQUIPOS E INSTRUMENTOS: Generador de caídas de tensión, interrupciones breves de acuerdo a la Norma IEC Ed 2 Variac

25 ENSAYO DE CAÍDAS DE TENSIÓN DE RED E INTERRUPCIONES BREVES PROCESO DE ENSAYO: 1. Se aplica la reducción de voltaje en el variac, para este caso es de un 100% de voltaje nominal, luego configurar en el software del generador el tiempo de duración de 0,5 número de ciclo, cada 10 s, esto se repetirá 10 veces. 2. De la misma forma que en (1), configurar el 50% de voltaje nominal, con una duración de 1 número de ciclo, cada 10 s, esto se repetirá 10 veces. 3. En todo ese momento se observará el indicador para ver si hay algún cambio, si lo hay anotar como observación, en nuestro caso es de 0,100 kg en todo momento.

26 ENSAYO DE CAÍDAS DE TENSIÓN DE RED E INTERRUPCIONES BREVES Registro de los resultados del ensayo: Carga Aplicada (g) Reducció n (% de V N ) Duración (Ciclos) Número de Perturbaciones (s) Resultados Indicación I (kg) NO SÍ (obs.) 100 Sin perturbación 0, ,5 10 0, ,

27 INMUNIDAD A CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS RADIADOS EQUIPO E INSTRUMENTOS: Generador de señal, Amplificador de señal - Power Amplifier Coaxial Attenuator Cell GTEM Monitor donde se visualiza el display de la balanza. Monitor de un computador donde se visualiza la gráficas por medio de un software Cámara de video, blindada para que no sufra interferencias. Esta cámara nos permite visualizar el interior de la celda GTEM en un monitor externo

28 INMUNIDAD A CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS RADIADOS

29 INMUNIDAD A CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS RADIADOS GTEM Las celdas TEM (Modo Electromagnético Transversal

30 INMUNIDAD A CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS RADIADOS NOTA: EN EL CASO DE REALIZAR EN UNA CÁMARA ANECÓICA El equipamiento recomendado para la realización de los ensayos es el siguiente: 1. Cámara anecoica 2. Filtros de EMI 3. Generador de señales RF 4. Antenas 5. Amplificadores de potencia, para amplificar la señales provenientes del generador de señales RF y obtener el nivel de intensidad de campo necesario 6. Sensor isotrópico de intensidad de campo 7. Equipamiento asociado para la grabación de los niveles de potencia requeridos para obtener la intensidad de campo y controlar la generación del nivel de ensayo.

31 INMUNIDAD A CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS RADIADOS CÁMARA ANECÓICA O SEMIANECÓICA

32 INMUNIDAD A CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS RADIADOS PROCESO DE ENSAYO: 1.- Colocar el ESE en la cell GTEM y estabilizar a las condiciones ambientales adecuadas, una hora aproximadamente. 2.- Se conectó el ESE a una línea de alimentación eléctrica e inmediatamente se midió la salida de ésta. Para nuestro ensayo fue de 120,7 V en CA. 3.- Se registra la indicación sin perturbación, para nuestro caso fue de 0,100 kg, esto se visualiza con una cámara instalada en el interior de la celda GTEM 4.- Según nuestro procedimiento los parámetros de ensayo son: Frecuencia: de MHz y Campo: 3 V/m Modulación: 80% AM, 1 KHz onda senoidal.

33 INMUNIDAD A CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS RADIADOS

34 INMUNIDAD A CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS RADIADOS PROCESO DE ENSAYO: 5.- Teniendo las consideraciones precedentes, se da inicio al software; que viene con los equipos adquiridos, se coloca los parámetros como: frecuencia, campo, modulación y otros detalles, tal como se muestra. 6.- En la celda GTEM se coloca el ESE, ubicando éste en la zona de trabajo que viene demarcado, caracterizado por el proveedor cuando se adquiere el equipo. 7.- Teniendo conocimiento la zona donde se ubicará el ESE, acomodar éste y el visor de la cámara, para poder visualizar. 8.- Acomodar el ESE en la dirección. En polarización vertical (el ESE de forma: frontal, derecho, izquierdo y trasero), en polarización horizontal (el ESE de forma: frontal, derecho, izquierdo y trasero)

35 INMUNIDAD A LAS PERTURBACIONES CONDUCIDAS, INDUCIDAS POR LOS CAMPOS DE RF. EQUIPOS E INSTRUMENTOS: Generador de señal Amplificador de señal Acoplamiento, desacoplamiento de red (Coupling-Decoupling-Network/CDN). Coaxial Attenuator Electromagnetic Injection Clamp. Usado para el ensayo de inmunidad de campos electromagnéticos conducidos, en las líneas I/O y líneas de comunicación, si existen. Osciloscopio. Software del generador de señal

36 INMUNIDAD A LAS PERTURBACIONES CONDUCIDAS, INDUCIDAS POR LOS CAMPOS DE RF. Ensayo de inmunidad de campos electromagnéticos conducidos, en las líneas de alimentación. PROCESO DE ENSAYO: 1.- Colocar el ESE en la mesa de ensayo y dar un tiempo para la aclimatación. 2.- Realizar la conexiones e instalaciones pertinentes para este ensayo, el cual se usarán los siguientes equipos e instrumentos: (1) Generador de señal (2) Amplificador de señal (3) Atenuador (4) Acoplamiento, desacoplamiento de red (CDN). (5) Osciloscopio (6) ESE

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38 INMUNIDAD A LAS PERTURBACIONES CONDUCIDAS, INDUCIDAS POR LOS CAMPOS DE RF. 3.- Las conexiones e instalación será de la siguiente forma: El generador de señal es conectado al amplificador. Una salida del amplificador está conectado con el atenuador. La salida del atenuador es conectado al CDN. El CDN tiene tres salidas, una para el osciloscopio, otra para el atenuador y para un tomacorriente. En este tomacorriente será conectado el ESE. Osciloscopio Atenuador ESE

39 INMUNIDAD A LAS PERTURBACIONES CONDUCIDAS, INDUCIDAS POR LOS CAMPOS DE RF. 4.- Se confirgura el software, de acuerdo al ensayo a realizar. Para nuestro ensayo será: Rango de frecuencia: 0,15 80 MHz Modulación: 80 % AM Frecuencia de modulación: 1 khz Pasos de incremento: 1 % del anterior Amplitud de RF (50 ohms): 10 V Tiempo de permanencia en cada frecuencia: 2,9 s

40 INMUNIDAD A LAS PERTURBACIONES CONDUCIDAS, INDUCIDAS POR LOS CAMPOS DE RF. 5.- De acuerdo a los parámetros ingresados el tiempo del ensayo durará 30 min, aproximadamente. 6.- Teniendo todo armado se registra la indicación sin perturbación, para nuestro caso fue de 0,100 kg. 7.- Durante los 30 min que dura el ensayo se observa si hay un cambio en el display de la balanza, cualquier observación se registrará. La diferencia entre la indicación sin perturbación y después de la perturbación debe ser menor a la división de verificación (e).

41 INMUNIDAD A LAS PERTURBACIONES CONDUCIDAS, INDUCIDAS POR LOS CAMPOS DE RF. Ensayo de inmunidad de campos electromagnéticos conducidos, en las líneas I/O y líneas de comunicación. PROCESO DEL ENSAYO: 1.- Colocar el ESE en la mesa de ensayo y dar un tiempo para la aclimatación. 2.- Realizar la conexiones e instalaciones pertinentes para este ensayo, el cual se usarán los siguientes equipos e instrumentos: (1) Generador de señal (2) Amplificador de señal (3) Atenuador (4) Electromagnetic Injection Clamp (5) Osciloscopio (6) ESE

42 Ensayo de inmunidad de campos electromagnéticos conducidos, en las líneas I/O y líneas de comunicación

43 INMUNIDAD A LAS PERTURBACIONES CONDUCIDAS, INDUCIDAS POR LOS CAMPOS DE RF. 3.- Las conexiones e instalación será de la siguiente forma: El generador de señal es conectado al amplificador. Una salida del amplificador está conectado con el atenuador. La salida del atenuador es conectado al Clamp. El Clamp, tiene una entrada para el acoplador. El cable de líneas I/O o de comunicación, pasan por el Clamp, luego este se cierra. Un extremo del cable estará conectado al ESE y el otro al osciloscopio.

44 PROCESO DEL ENSAYO Atenuador Cable de señal de datos, etc Clamp ESE

45 INMUNIDAD A LAS PERTURBACIONES CONDUCIDAS, INDUCIDAS POR LOS CAMPOS DE RF. 4.- Se configura el software, de acuerdo al ensayo a realizar. Para nuestro ensayo será: Rango de frecuencia: 0,15 MHz 80 MHz Modulación: 80 % AM Frecuencia de modulación: 0,5 khz Pasos de incremento: 1 % del anterior Amplitud de RF (50 ohms): 10 V Tiempo de permanencia en cada frecuencia: 2,9 s 5.- De acuerdo a los parámetros ingresados el tiempo del ensayo durará 30 min, aproximadamente. 6.- Teniendo todo armado se registra la indicación sin perturbación, para nuestro caso fue de 0,100 kg. 7.- Durante los 30 min que dura el ensayo se observa si hay un cambio en el display de la balanza, cualquier observación se registrará. La diferencia entre la indicación sin perturbación y después de la perturbación debe ser menor a la división de verificación (e).

46 6.- CONCLUSIÓN: En la actualidad, debido al gran avance tecnológico estamos muy rodeados de sistemas que contienen componentes eléctricos y electrónicos, los cuales pueden ser susceptibles y/o generar perturbaciones electromagnéticas, por ello es la importante realizar los ensayos de EMC a los instrumentos de medición.

47 Gracias