Immunità condotta

La norma CEI EN 61000-4-6 definisce i requisiti di immunità delle apparecchiature elettriche ed elettroniche ai disturbi elettromagnetici provenienti da trasmettitori intenzionali a radiofrequenza (RF) nell’intervallo di frequenza da 150 kHz fino ad 80 MHz. La fonte di disturbo trattata in questa normativa è essenzialmente un campo elettromagnetico, proveniente da trasmettitori intenzionali a radiofrequenza, che può agire sull’intera lunghezza dei cavi collegati all’apparecchiatura installata. Si suppone che i sistemi di cavi collegati ad un apparecchio funzionino in modo risonante e, per questo motivo, sono rappresentati da dispositivi di accoppiamento/disaccoppiamento (CDN) la cui impedenza di modo comune è di 150 Ω rispetto ad un piano di terra di riferimento. Questo metodo di prova sottopone l’EUT ad una fonte di disturbo che comprende campi elettrici e magnetici e che simula quelli provenienti da trasmettitori intenzionali a radiofrequenza.

A seconda dell’ambiente elettromagnetico in cui dovrà inserito l’EUT in prova, verrà scelto un livello di prova per il segnale non modulato; nella Tabella 4.3 sono riassunti i livelli di prova stabiliti dalla normativa di riferimento.

Tabella 4.3 Livelli di prova per l’immunità condotta

Banda di frequenza 150 kHz-80 MHz Livello di tensione (f.e.m.) Livello U0 [dBμV] U0 [V] 1 120 1 2 130 3 3 140 10 X Livello aperto

Il set-up di prova mostrato in Fig. 4.28 si riferisce in particolare alle prove eseguite sulla wheelchair elettrica (Paragrafo 5.3.4); di seguito viene indicata la legenda della figura stessa.

4

1

+

7

-

8

2

5

6

3

9

1 0

Fig. 4.28: Set-up di misura per le prove di immunità condotta Legenda della Fig. 4.28

1) Batteria della wheelchair 6) Motoruota

2) Segnale di disturbo 7) Carico da 50 ohm 3) CDN M2 8) Camera semi-anecoica 4) Inverter 9) Camera schermata 5) CDN M4 10) Connettore passante

Allestimento di prova

L’EUT deve essere posto all’interno della camera semi-anecoica su un supporto isolante alto 0,1 m sul piano di terra di riferimento. Dovranno essere inseriti dispositivi

CDN su tutti i cavi che saranno sottoposti a prova. I dispositivi CDN dovranno essere posizionati sul piano di terra di riferimento, a diretto contatto con esso a circa 0,1- 0,3 m dall’EUT e collegati al punto di terra di riferimento della rete. I cavi tra il dispositivo di accoppiamento/disaccoppiamento e l’EUT dovranno essere corti il più possibile e non dovranno mai essere riuniti in matasse né avvolti; la loro altezza sul piano di terra di riferimento dovrà essere compresa tra 30 e 50 mm. Il generatore a radiofrequenza, l’amplificatore di potenza e gli attenuatori (ad eccezione dell’attenuatore fisso da 10 dB che sarà posto nella camera semianecoica) verranno posti nella camera schermata e collegati tra di loro in modo opportuno. Nulla viene specificato nella norma circa la lunghezza dei cavi utilizzati per effettuare questi collegamenti o sull’eventuale utilizzo di un piano di massa su cui porre l’attenuatore T1; si cercherà comunque di evitare che si formino matasse e che la disposizione della strumentazione sia la più lineare possibile onde evitare interazioni non desiderate.

Il piano di terra utilizzato è lo stesso delle misure di emissione (il piano di terra della camera semianecoica stessa); qualsiasi misura venga effettuata resta valido il principio che stabilisce che l’EUT deve essere provato in condizioni di normale funzionamento.

Il generatore di prova, mostrato in Fig. 4.29, include tutte le apparecchiature ed i componenti che servono per fornire alla porta di ingresso di ciascuna rete di accoppiamento il richiesto segnale di disturbo al richiesto livello di segnale, in modo da ottenere i livelli di prova riportati in Tabella 4.3.

Fig. 4.29: Generatore di prova

Il blocco che va dal generatore a radiofrequenza all’amplificatore di potenza si trova nella camera schermata; l’attenuatore T2 si trova invece nella camera semi-anecoica (il suo compito è quello di ridurre il disaccoppiamento tra l’amplificatore di potenza e la rete e deve quindi essere posizionato il più vicino possibile al dispositivo di accoppiamento – la CDN M2). Per provare un’apparecchiatura, il segnale non modulato viene modulato in ampiezza all’80% con un’onda sinusoidale ad 1 kHz per simulare i disturbi reali. La scelta

del livello di prova più appropriato viene fatta dopo un’analisi approfondita dell’ambiente in cui l’apparecchiatura dovrà essere installata; nel nostro caso, si è deciso di adottare un livello intermedio tra il primo e il secondo (125 dBμV – il massimo consentito dal nostro generatore a radiofrequenza - che cade proprio a metà tra i 120 dBμV del primo livello “Ambienti a basso livello di radiazione elettromagnetica; livelli tipici per stazioni radio/televisive ubicate ad una distanza maggiore di 1 km e livelli tipici per trasmettitori- ricevitori a bassa potenza” e i 130 dBμV del secondo “Ambienti a radiazione elettromagnetica moderata; sono in uso trasmettitori-ricevitori portatili a bassa potenza - tipicamente minore di 1 W - ma con limitazione dell’uso nelle immediate vicinanze dell’apparato, un ambiente tipicamente commerciale”).

Il generatore di segnale a radiofrequenza deve avere una capacità di scansione automatica decadi/s e/o un controllo manuale; deve essere programmabile con variazioni discrete (passi) e tempi di attesa dipendenti dalla frequenza. I dispositivi di accoppiamento e disaccoppiamento (CDN) posizionati nella camera semianecoica sono utilizzati per un adeguato accoppiamento del segnale disturbante (sull’intera banda di frequenza) con i vari cavi di collegamento all’EUT stesso; il parametro principale del dispositivo CDN è l’impedenza di modo comune vista dalla porta dell’EUT e deve rispettare le caratteristiche della Tabella 4.4.

3

1.5 10−

≤ ⋅

Tab. 4.4 – Impedenza di modo comune di una CDN

Banda di frequenza Banda di frequenza Parametro 150 kHz- 26 MHz 26MHz-80 MHz

|ZCE| 150 ± 20 Ω 150 +60/-45 Ω

La banda di frequenza (150 kHz - 80 MHz) viene scandita con una velocità che non deve eccedere decadi/s (in ottemperanza a quanto stabilito dall ISO 7176-21, lo stato di prova su ogni frequenza perdura per un tempo di 2 s); quando la frequenza viene scandita in modo discreto, l’ampiezza del passo di scansione non dovrà eccedere l’1% del valore di frequenza iniziale e, successivamente, l’1% del valore di frequenza precedente. Il tempo di attesa ad ogni frequenza non dovrà essere minore del tempo necessario all’EUT per essere sollecitato e per rispondere. Le frequenze più sensibili, per esempio le frequenze di clock, armoniche o frequenze di particolare interesse, dovranno essere analizzate separatamente.

3

1.5 10−

In alternativa, è possibile adottare una procedura di prova dove la banda di frequenza viene scandita con un passo di scansione che non eccede il 4% del valore della frequenza di partenza e, quindi, il 4% della frequenza precedente. In questo caso, il livello di prova dovrebbe essere almeno il doppio del valore di livello di prova specificato. In caso di controversie, ha la precedenza la procedura di prova che usa un passo di scansione non eccedente l’1% del valore della frequenza di partenza e l’1% del valore di frequenza precedente. Durante la prova si dovrebbe tentare di attivare in modo completo l’EUT e verificare completamente tutti i modi di funzionamento scelti per la suscettività. Come regola generale, il risultato di prova è positivo se l’EUT dimostra la sua immunità durante tutto il periodo di applicazione della prova ed alla fine delle prove l’EUT soddisfa i requisiti funzionali stabiliti nella specifica tecnica.

Sperimentazione e Caratterizzazione EMC

5.1 Introduzione

In questo capitolo sarà descritta la sperimentazione EMC che è stata effettuata nel corso dell’attività di dottorato e nell’ambito di progetti a cui si è partecipato.

Sono stati presi in considerazione diversi tipi di apparati e sistemi nell’ottica comune di un loro utilizzo in campo automotive e sono stati inoltre analizzati dispositivi adoperati nel settore industriale. L’analisi è stata eseguita sia sull’intero sistema che sui suoi principali sottoinsiemi.

Poiché il tema centrale della mia tesi di dottorato è la compatibilità elettromagnetica negli azionamenti elettrici, in particolare nel settore della trazione leggera, uno degli obiettivi principali che ci si è prefissi è stato il raggiungimento di una caratterizzazione EMC completa ed esaustiva di apparati elettrici/elettronici utilizzati in ambito automotive; con questo obiettivo è stata condotta un’estensiva ed accurata campagna di sperimentazione EMC. L’attenzione è stata posta sugli azionamenti elettrici per veicoli elettrici ed ibridi costituiti anche da diversi sistemi di generazione e accumulo dell’energia (batterie, supercondensatori, generatori elettrici). Sono state studiate le interazioni EM presenti in sistemi complessi, isolando e valutando i singoli contributi dovuti ai principali sottoinsiemi; si è proceduto quindi all’analisi dei risultati al fine di studiare le tecniche di riduzione delle interferenze elettromagnetiche (EMI).

Nel Paragrafo 4.5 sono stati descritti i set-up di prova con cui sono state eseguite le misure EMC insieme con le relative norme di riferimento. Nei paragrafi successivi, per ogni apparato o sistema in prova, viene fornita una descrizione dell’EUT, delle prove effettuate e delle principali norme di interesse, focalizzando l’attenzione sugli obiettivi della sperimentazione EMC; vengono quindi analizzati e commentati i principali risultati sperimentali ottenuti.