D. Kováè, I. Kováèová, J. Kaòuch
EMC Z HLEDISKA TEORIE A APLIKACE
Praha 2006
Cílem publikace je seznámit ètenáøe se základními pojmy, legislativními a technickými poadavky kladenými na elektrotechnické výrobky z hlediska elektromagnetické kompatibility. V knize jsou popsány evropské smìrnice o elektromagnetické kompatibilitì, druhy norem, seznam norem, limitní úrovnì kompatibility ruení a odolnosti, definované uspoøádání mìøicích pracovi. Znaèný prostor je vìnován teoretické analýze problematiky, s dokladovanými poèítaèovými simulacemi a mìøením. Kniha mùe slouit jako teoretický a praktický prùvodce prediktivního návrhu a stanovení vlastností pøi konstrukci nových zaøízení z hlediska elektromagnetické kompatibility, a tím sníit náklady na výrobu výrobkù. Publikace je urèena posluchaèùm vysokých kol, inenýrùm, technickým pracovníkùm a návrháøùm v oboru elektrotechniky.
Dobroslav Kováè, Irena Kováèová, Ján Kaòuch
EMC z hlediska teorie a aplikace recenzenti: prof. Ing. Vladimír Ráèek, DrSc. prof. Ing. Zdenìk Èeøovský, DrSc. prof. Ing. Václav Kùs, CSc. Bez pøedchozího písemného svolení nakladatelství nesmí být kterákoli èást kopírována nebo rozmnoována jakoukoli formou (tisk, fotokopie, mikrofilm nebo jiný postup), zadána do informaèního systému nebo pøenáena v jiné formì èi jinými prostøedky. Autoøi a nakladatelství nepøejímají záruku za správnost titìných materiálù. Pøedkládané informace jsou zveøejnìny bez ohledu na pøípadné patenty tøetích osob. Nároky na odkodnìní na základì zmìn, chyb nebo vynechání jsou zásadnì vylouèeny. Vechny registrované nebo jiné obchodní známky pouité v této knize jsou majetkem jejich vlastníkù. Uvedením nejsou zpochybnìna z toho vyplývající vlastnická práva. Vekerá práva vyhrazena © Dobroslav Kováè, Irena Kováèová, Ján Kaòuch, ??? 2006 © Nakladatelství BEN technická literatura, Vìínova 5, Praha 10 Dobroslav Kováè, Irena Kováèová, Ján Kaòuch: EMC z hlediska teorie a aplikace BEN technická literatura, Praha 2006 1. vydání
ISBN 80-7300-202-7
OBSAH 1
Úvod
7
2
Pøedpisy o EMC
9
2.1
Evropská smìrnice o EMC .............................................. 10
2.2
Druhy norem o EMC ........................................................ 12
2.3
Seznam norem o EMC .................................................... 13
2.4
Mezní úrovnì kompatibility, ruení a odolnosti z vybraných èástí norem .................................................. 18
2.5
Normami definována uspoøádání mìøicích pracovi pro základní typy mìøení ................................................. 26
3
Typy vzájemných vazeb
31
3.1
Induktivní vazba ............................................................... 32
3.1.1 3.1.2
Teoretická analýza ................................................................................ 33 Simulace a mìøení ................................................................................ 39
3.2
Kapacitní vazba ............................................................... 44
3.2.1 3.2.2
Teoretická analýza ................................................................................ 44 Simulace a mìøení ................................................................................ 55
3.3
Galvanická vazba ............................................................ 61
3.3.1
Teoretická analýza jednovodièové propojení obvodù øeení pro nízké kmitoèty se soustøedìnými parametry ................................................................ 62 Simulace a mìøení jednovodièové propojení obvodù øeení pro nízké kmitoèty se soustøedìnými parametry ................................................................ 65 Teoretická analýza dvouvodièové propojení obvodù øeení pro nízké kmitoèty se soustøedìnými parametry ................................................................ 68
3.3.2 3.3.3
A
Obsah
3
3.3.4 3.3.5 3.3.6 3.3.7 3.3.8 3.3.9 3.3.10 3.3.11 3.3.12 3.3.13 3.3.14
4
Simulace a mìøení dvouvodièové propojení obvodù øeení pro nízké kmitoèty se soustøedìnými parametry ................................................................ 70 Teoretická analýza vícevodièové propojení obvodù øeení pro nízké kmitoèty se soustøedìnými parametry ................................................................ 72 Simulace a mìøení vícevodièové propojení obvodù øeení pro nízké kmitoèty se soustøedìnými parametry ................................................................ 77 Teoretická analýza dvouvodièové propojení obvodù øeení pro vyí kmitoèty s rozloenými parametry ...................................................................... 79 Simulace a mìøení dvouvodièové propojení obvodù øeení pro vyí kmitoèty s rozloenými parametry ...................................................................... 84 Teoretická analýza jednovodièové propojení obvodù øeení pro vyí kmitoèty s rozloenými parametry ...................................................................... 86 Simulace a mìøení jednovodièové propojení obvodù øeení pro vyí kmitoèty s rozloenými parametry ...................................................................... 89 Teoretická analýza vícevodièové propojení obvodù øeení pro vyí kmitoèty s rozloenými parametry ...................................................................... 91 Simulace a mìøení vícevodièové propojení obvodù øeení pro vyí kmitoèty s rozloenými parametry ...................................................................... 98 Teoretická analýza dvouvodièové a vícevodièové propojení obvodù harmonická napájecí soustava ............................................................................... 102 Simulace a mìøení dvouvodièové a vícevodièové propojení obvodù harmonická napájecí soustava ............................................................................... 104
3.4
Elektromagnetická vazba ................................................ 111
3.4.1 3.4.2
Teoretická analýza ............................................................................... 111 Simulace a mìøení .............................................................................. 122
Kováè, Kováèová, Kaòuch: EMC z hlediska teorie a aplikace
A
4
EMC výkonových elektrotechnických systémù a jejich èástí
129
4.1
Zlepení EMC elektrotechnických zaøízení prostøednictvím zmenení induktivní vazby ................... 131
4.2
Zlepení EMC elektrotechnických zaøízení prostøednictvím zmenení kapacitní vazby .................... 132
4.3
Zlepení EMC elektrotechnických zaøízení prostøednictvím zmenení galvanické vazby ................. 134
4.4
Zlepení EMC elektrotechnických zaøízení prostøednictvím zmenení elektromagnetické vazby ..... 145
4.5
Zlepení EMC elektrotechnických zaøízení prostøednictvím zmenení jiskøení kontaktù a atmosférických pøepìtí ................................................ 148
4.6
EMC nevýkonových elektronických obvodù .................. 154
4.7
EMC napájecích zdrojù malého výkonu ........................ 155
4.8
EMC výkonových polovodièových obvodù .................... 158
4.9
EMC vedení s rozloenými parametry ........................... 160
4.10 EMC zátìe ................................................................... 161 4.10.1 Diskový motor s permanentními magnety .......................................... 161 4.10.1.1 Verifikace magnetického obvodu motoru pomocí numerické poèítaèové simulace jeho magnetického pole .................................. 167 4.10.2 Problémy EMC motoru ....................................................................... 168 4.10.2.1 Simulace a mìøení EMC motoru ...................................................... 169 4.10.2.2 Zpùsoby zlepení EMC motorù ........................................................ 178
Literatura Pouité symboly a znaèky Rejstøík Adresy prodejen technické literatury Pár slov o nakladatelství A
Obsah
184 195 201 xx xx 5
ÚVODNÍ SLOVO Pojem Elektromagnetická kompatibilita vznikl u v edesátých letech v USA a oznaèoval novou vìdecko-technickou disciplínu, která zkoumala podmínky slouèitelnosti fungování jednotlivých systémù a cesty smìrující k její optimalizaci. H. M. Schlike, jeden z prùkopníkù snaících se o uznání EMC jako samostatného odboru, vedoucí oddìlení technického rozvoje firmy Allan Bradley, u koncem sedmdesátých let øekl: Systém sám o sobì mùe být dokonale spolehlivý bude vak prakticky bezcenný v provozu, pokud souèasnì nebude elektromagneticky kompatibilní. Spolehlivost a EMC jsou neoddìlitelné poadavky systému, který má správnì fungovat v kadé dobì a za vech okolností. Pøedkládaná publikace si klade za cíl obeznámit ètenáøe se základními pojmy, legislativními a technickými poadavky kladenými na elektrotechnické výrobky konstruované pro oblast mechatronických systémù. Znaèný prostor je v knize vìnován teoretické analýze opisované problematiky, která poskytuje základ pro monost prediktívního stanovení vlastností novì konstruovaných zaøízení nebo systémù, z pohledu elektromagnetické kompatibility. Na konkrétních pøíkladech je demonstrována monost vyuití dostupných poèítaèových programových prostøedkù pro získání názorných a dostateènì pøesných simulaèních výsledkù. Doufáme, e informace obsaeny v následujících kapitolách poslouí ètenáøùm nejenom jako vìdecké a akademické poznatky z oblasti elektromagnetické kompatibility, ale taky jako úvod do hlubího studia této problematiky, nebo taky jako praktický prùvodce pøi návrhu a konstrukci nových zaøízení a výrobkù. Nae podìkování za peèlivou kontrolu textu a cenné pøipomínky, které pomohli publikaci vylepit, patøí pøedevím vem recenzentùm, ale taky blízkým spolupracovníkùm. Autoøi
6
Kováè, Kováèová, Kaòuch: EMC z hlediska teorie a aplikace
A
