Prove di compatibilità elettromagnetica

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Categoria:Elettronica

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Testo

TITOLO:
Prove di compatibilità elettromagnetica

SCOPO:
Lo scopo di questa relazione è quello di analizzare il comportamento di un apparecchio asciugacapelli, verificando i limiti di compatibilità elettromagnetica stabiliti dalle norme CEI.
NORMA ATTINENTE ALL’APPARECCHIO DA NOI ANALIZZATO:
La norma presa in considerazione per l’apparecchio da noi analizzato è :
CEI CT 110 – FASCICOLO 1134 dell’anno 1988
(versione italiana della normativa Europea CENELEC EN 60555-2, contestuale alla pubblicazione IEC-555-2(1982) e modifica 1(1985)).
ARGOMENTO TRATTATO DALLA NORMA:
Limiti e metodi di misura dalle caratteristiche di radiodisturbi condotti degli apparecchi elettrodomestici e similari, a motore o termici, degli utensili elettrici e degli apparecchi elettrici similari, destinati ad essere connessi alle reti di distribuzione in corrente alternata a bassa tensione dei seguenti tipi: tensione nominale fino a 240V, monofase, distribuzione a due o a tre fili; tensione nominale fino a 415V trifase, distribuzione a tre o a quattro fili; frequenza nominale a 50 o 60 Hz.
CAMPO DI APPLICAZIONE DELLA NORMA:
Questa norma considera apparecchi come : elettrodomestici, utensili elettronici, dispositivi di comando e di regolazione che utilizzano …..
La presente norma si applica ai radiodisturbi condotti provenienti dagli apparecchi le cui principali funzioni sono espletate da motori e da dispositivi di commutazione o di regolazione. La gamma di frequenza considerata va da 9kHz a 400GHz ma non è necessario eseguire misure di radiodisturbi al di sotto di 148.45kHz e sopra i 30MHz.
SCOPO DELLA NORMA:
Lo scopo è quello di stabilire prescrizioni uniformi per il livello di radiodisturbi condotti delle apparecchiature considerate nel campo di applicazione, di fissare i limiti e descrivere i metodi di misura e di normalizzare le condizioni di funzionamento e le interpretazioni dei risultati. La norma si articola in diversi paragrafi di cui corrispondono diversi apparecchi elettrodomestici.
Le prove di prequalifica per i disturbi condotti
Lo strumento da noi analizzato, cioè il phon, deve soddisfare una norma armonizzata relativa ai disturbi condotti. In questo caso è necessario verificare che nei vari conduttori del dispositivo in esame, le componenti spettrali non assumano valori superiori ai limiti fissati nel campo di frequenza compreso tra 150kHz e 30MHz. Con una certa approssimazione lo schema di principio del nostro sistema di misurazione può essere rappresentato come riportato in figura 3. La rete di distribuzione può essere rappresentata da un generatore equivalente Eg dotato di una sua resistenza interna Rg, mentre il dispositivo sotto test è rappresentabile con un’impedenza di carico Rl. Lo strumento di misura da noi adottato è un analizzatore di spettro, la cui resistenza Rs, fissata dal costruttore, ha normalmente il valore di 50 . Il segnale di tensione Vi prelevato dallo strumento assume un’ampiezza ricavabile dalla relazione:
Vi = Eg (Rs // Rl)
Rg +(Rs // Rl)

Fig.1.Schema di principio
di un sistema di
misura per la
valutazione dei
disturbi condotti

STRUMENTI UTILIZZATI:
• Analizzatore di spettro in banda passante 9kHz a 400GHz
• LISN, per filtrare la tensione di rete dai disturbi introdotti da altri dispositivi;
• trasformatore di isolamento
ANALIZZATORE DI SPETTRO: Questo strumento è stato creato appositamente per effettuare le prove di compatibilità elettromagnetica. Per effettuare le prove condotte si utilizza un preselettore ed una LISN. Lo strumento è dotato di un lettore di schede magnetiche, tali schede contengono i limiti delle massime interferenze tollerate dalla legge; se alcuni limiti non fossero presenti sulle schede, si potranno registrare utilizzando il manuale annesso allo strumento.
LISN: Questo dispositivo ha la funzione di eliminare i disturbi provenienti dalla rete di alimentazione .
Fig.2. Schema di principio di una LISN per ognuno dei conduttori di alimentazione di
un carico monofase.
Le norme prescrivono che nei conduttori che portano alimentazione o segnali all’apparato non circolino delle componenti di disturbo superiori a un limite fisso stabilito in un determinato campo di frequenza. Le norme CISPR stabiliscono che questo campo di frequenza sia compreso fra 150kHz e 30MHz. Per la valutazione delle emissioni condotte si deve considerare l’apparato come un generatore di disturbi, l’entità di questi disturbi, oltre a vari altri parametri, dipende dall’impedenza che la rete offre a questi disturbi. Si deve inoltre tenere conto che la rete di alimentazione può anche essere fonte di disturbi. Questo può causare delle incertezze nell’identificazione della provenienza dei disturbi rilevati. Per i motivi sopra indicati le norme impongono che fra l’apparecchio in prova e la rete di alimentazione venga posto la LISN (Line Impedence Stabilization Network). La LISN è composta da una serie di filtri che eliminano alcuni degli inconvenienti prima descritti, in modo da poter eseguire correttamente le prove condotte. Si tratta concettualmente di un filtro passa basso con il quale si cerca di bloccare le componenti in alta frequenza, senza però influire sulla normale corrente di alimentazione a 50Hz.
TRASFORMATORE DI ISOLAMENTO:
Sia al momento del collegamento della LISN alla rete di distribuzione, sia durante il normale funzionamento si ha la circolazione di una corrente di non trascurabile intensità tra la fase e la terra. Per poter alimentare il dispositivo sotto test mediante la LISN è opportuno ricorrere all’uso di un trasformatore che rende indipendente il circuito della LISN e bilanciate automaticamente le correnti sul primario evitandone quindi l’intervento dell’interruttore differenziale.
Fig.3.Collegamento della LISN alla rete di alimentazione tramite trasformatore di
isolamento
PREDISPOSIZIONE DELL’ANALIZZATORE DI SPETTRO
Prima di dare inizio alle prove devono essere effettuate una serie di predisposizioni per l’analizzatore. Le norme sui disturbi condotti impongono uno span, fissato dalla norma per l’analisi condotta di elettrodomestici, da 150kHz a 30MHz. Si fa presente che è anche possibile utilizzare l’inizializzazione automatica relativa alle prove dei disturbi condotti scegliendo la funzione apposita dello strumento; in tal caso la quasi totalità dei parametri vengono fissati automaticamente dallo stesso. Un ulteriore vantaggio che comporta questo metodo, è il fatto che sullo schermo vengano proiettati i limiti di ampiezza richiesti dalle norme per una specifica prova, in modo da avere immediatamente la possibilità di valutare se i disturbi superano o meno questi limiti. Senza alcun segnale applicato all’ingresso, l’inizializzazione automatica dello strumento fissa i seguenti parametri:
frequenza di partenza
150kHz
frequenza finale
30MHz
banda di risoluzione
9kHz
banda video
30kHz
livello di riferimento
70dB7V
attenuazione RF
10dB
Le norme da considerare
L’alimentazione deve soddisfare le seguenti prescrizioni:
a.) Durante le misure la tensione deve essere mantenuto entro il 2% del valore scelto e la frequenza entro 0,5% del valore nominale.
b.) L’impedenza interna della sorgente di alimentazione, inclusa quella del sistema di misura, a ciascuna frequenza a cui si deve eseguire la misura, deve essere sufficientemente bassa, in modo che le componenti armoniche della corrente di alimentazione che vengono misurate non differiscano dai valori ideali(ottenibili in una sorgente di alimentazione ideale d’impedenza nulla) di oltre 5% dei limiti massimi.
c.) Il tasso di armonica della tensione fornita dalla sorgente (a vuoto e quando si alimenta un carico resistivo corrispondente alla potenza nominale dell’apparecchio in prova) devono rimanere piccole per non influenzare le misure.
A titolo indicativo si danno i seguenti valori massimi:
• 0.9% per l’armonica di ordine 3;
• 0.4% per l’armonica di ordine 5;
• 0.3% per l’armonica di ordine 7;
• 0.2% per l’armonica di ordine 9;
• 0.2% per le armoniche pari di ordine da 2 a 10;
• 0.1% per le armoniche dispari di ordine da 11 a 40;
La tensione di prova a circuito aperto deve essere la tensione nominale dell’apparecchio. Per gli apparecchi con più tensioni nominali, la misura o il calcolo deve essere eseguito alla tensione o alle tensioni nominali, che producono le variazioni di tensione più sfavorevoli.
Limiti delle tensioni ai morsetti compresi nella gamma di
frequenza tra 148,5 kHz e 30MHz
I limiti delle tensioni di disturbo ai morsetti sono indicati nella tabella sottostante. Le tensioni ai morsetti sono misurate conformemente all’art.5, su ciascun morsetto rispetto alla terra. I morsetti sono definiti come parti conduttrici, adatti per la connessione elettrica riutilizzabile verso i circuiti esterni.
Gamma di frequenza
Ai morsetti di alimentazione
(MHz)
DB (DV) quasi-picco
dB (dV) valore medio
da 0.15 a 0.5
diminuzione lineare con il logaritmo della frequenza
da 66 a 56 da 59 a 46
da 0.5 a 5
56
46
da 5 a 30
60
50
Mano fittizia
Per simulare l’influenza della mano dell’utilizzatore, durante la misura della tensione di disturbo si richiede l’applicazione della mano fittizia per le apparecchiature portatili. La mano fittizia consiste in un foglio metallico che viene avvolto intorno alla maniglia del phon, che successivamente viene collegato ad un circuito RC. Il circuito RC è costituito da un condensatore di 220pF(+/-20%) in serie a un resistore di 510/(+/-20%), come raffigurato in fig.4. L’altro morsetto del circuito RC deve essere collegato alla terra di riferimento del sistema di misura (vedi Pubblicazione 16 del CISPR, Parte 1, Progetto 1989).
Fig.4

Essendo il nostro un laboratorio non adibito alle prova di qualifica vengono eseguite unicamente prove di prequalifica che non necessitano di particolari accorgimenti e soprattutto di una camera anecoica, non è necessario, infatti, eseguire la misurazione seguendo la norma riguardante la mano fittizia.
Condizioni di funzionamento e carichi normali
Gli asciugacapelli devono funzionare in regime continuo con flusso d’aria massimo; se l’apparecchio è munito di riscaldatore, il ventilatore deve essere provato successivamente con e senza riscaldatore se questo è possibile tramite un interruttore.
Esecuzione della prova
Dopo aver effettuato il montaggio del circuito relativo al analizzatore di spettro, composto da trasformatore di isolamento e LISN, abbiamo collegato il nostro getto (phon) per effettuare la prova di compatibilità elettromagnetica, nello specifico l’individuazione di eventuali disturbi elettrici condotti. Successivamente abbiamo impostato l’analizzatore tenendoci strettamente alle impostazioni prima nominate ottenendo cosi la visualizzazione della soglia dei limite corrispondenti al nostro elettrodomestico (phon). In seguito abbiamo svolto la misura del phon facendoli erogare la massima potenza, cioè nel nostro caso alla seconda velocità. Tramite la visualizzazione sullo schermo dell’analizzatore dei disturbi condotti emanati dal phon abbiamo potuto constatare che in questa modalità non vengono oltrepassati i limiti massimi per questo apparecchio, come è possibile constatare nel grafico sottostante.
Fig.5. Visualizzazione dei disturbi condotti del phon a massima potenza
Per pura curiosità ci siamo cimentati a ripetere la prova impostando il phon al suo basso regime. Subito ci siamo accorti che sullo schermo(Fig.6) apparivano dei picchi che superavano la soglia dei limiti massimi ammissibili per le prove di prequalifica.

Fig.6. Visualizzazione dei disturbi condotti del phon a mezza potenza
Questo comportamento del phon ci conferma, al contrario di quello che ci farebbe intuire la nostra logica, che non sempre la massima potenza erogata genera di conseguenza i massimi disturbi elettromagnetici. Questo accorgimento ci è sembrato particolarmente interessante, dato che è la primissima volta che ci imbattiamo in un fenomeno del genere.
CONCLUSIONE
Questa esperienza ci ha permesso d’apprendere una migliore conoscenza nell’individuazione dei disturbi elettromagnetici condotti che vengono generati da oggetti dotati di motori elettrici, similari al nostro elettrodomestico. Inoltre abbiamo acquisito una certa dimestichezza nel maneggiare l’analizzatore di spettro e nella corretta interpretazione dei grafici rappresentati.

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