Nhiễu và các phương pháp chống nhiễu EMC ( Tương hợp điện từ trường)

Nhiễu phương pháp chống nhiễu (Tương hợp điện từ trường) Chương 1: Tổng quan nhiễu phương pháp chống nhiễu Giới thiệu chung - Sử dụng ngày nhiều rộng rãi thiết bị điện-điện tử có kích thước ngày bé, hoạt động tần số ngày cao - Các thiết bị hoạt động khoảng cách ngày gần với thiết bị, hệ thống khác hay nói cách khác mật độ thiết bị không gian ngày dày đặc - Sự phổ biến thiết bị truyền dẫn, giao tiếp, điều khiển không dây hoạt động nhiều dải tần số khác Gia tăng tác động qua lại, giao thoa không mong muốn thiết bị-hệ thống trình hoạt động (tương tác điện-từ trường) Đặt vấn đề cấp bách: hạn chế tối đa tương tác điện từ trường không mong muốn, giảm nhiễu phát sinh giảm nhạy cảm thiết bị-hệ thống môi trường điện từ xung quanh Chương 1: Tổng quan nhiễu phương pháp chống nhiễu ! Vấn đề đặt ra: - Thiết bị-hệ thống phát sinh nhiễu nào, thiết bị-hệ thống nhạy cảm mức độ nhiễu môi trường hoạt động hay nói cách khác mức độ giao thoa, ảnh hưởng tác động điện từ trường từ thiết bị-hệ thống sang thiết bị-hệ thống khác ngược lại phát xác định xác đưa thiết bị-hệ thống vào hoạt động thử nghiệm (khâu cuối trình sản xuất ) Do để khắc phục, hạn chế ảnh hưởng thường kéo theo thành phần, chi tiết phải bổ sung làm thiết bị-hệ thống trở nên cồng kềnh, tin cậy tốn chi phí - Mỗi quốc gia, khu vực có tiêu chuẩn, giới hạn điện từ trường phát thiết bị không đảm bảo tính hợp pháp đưa thiết bị-hệ thống thị trường mà không tuân thủ, phù hợp tiêu chuẩn Cần đặc biệt ý đến vấn đề liên quan đến tương tác điện từ trường không mong muốn tiêu chuẩn thị trường nghiên cứu, chế tạo sản phẩm từ khâu trình sản xuất thiết kế Chương 1: Tổng quan nhiễu phương pháp chống nhiễu ! Thuật ngữ thông dụng: ElectroMagnetic Compatibility (EMC) : tương hợp điện từ trường ElectroMagnetic Interference (EMI) : giao thoa điện từ trường Chương 1: Tổng quan nhiễu phương pháp chống nhiễu Các thành phần tương hợp điện từ trường - Thông thường xem xét, nghiên cứu vấn đề tương hợp điện từ trường với trường hợp có thành phần sau: + Nguồn gây nhiễu ( hay đối tượng sinh nhiễu, nguồn phát, nguồn nguy hiểm) : tên gọi nguồn phát sinh điện từ trường có khả tác động lên đối tượng khác, gây nhiễu cho đối tượng khác hoạt động + Đối tượng bị nhiễu ( hay đối tượng thu nhiễu, nguồn thu, nạn nhân bị tác động) : đối tượng, thành phần thu nhận hay có chịu tác động, giao thoa với điện từ trường phát từ nguồn gây nhễu + Đường liên kết ( phương thức liên kết, truyền dẫn) : đường truyền tín hiệu điện từ trường từ nguồn gây nhiễu sang đối tượng bị nhiễu Chương 1: Tổng quan nhiễu phương pháp chống nhiễu Nguồn gây nhiễu Đường liên kết Đối tượng bị nhiễu Mô hình : Nguồn gây nhiễu – Đường liên kết – Đối tượng bị nhiễu Từ mô hình thấy để ngăn chặn ảnh hưởng, giao thoa điện từ trường không mong muốn thực theo cách sau: + Loại trừ phát sinh điện từ trường gây ảnh hưởng từ nguồn gây nhiễu + Cắt đứt làm giảm tính hiệu việc truyền dẫn tín hiệu đường liên kết + Làm cho đối tượng bị nhiễu không bị ảnh hưởng tín hiệu nhiễu truyền tới Chương 1: Tổng quan nhiễu phương pháp chống nhiễu ! Một số lưu ý: - Trong phương pháp phương pháp loại trừ phát sinh nhiễu từ nguồn cách thức mong muốn thực Tuy nhiên điều lúc ví dụ thiết bị thiết kế để phát sóng điện từ cách có chủ ý -Trong mô hình thành phần nguồn gây nhiễu – đường liên kết – phận bị nhiễu rõ ràng phận bị nhiễu thành phần dễ xác định ảnh hưởng nhiễu hoạt động không bình thường Nguồn gây nhiễu thường xác định từ việc xem xét loại giao thoa gây ảnh hưởng đến hoạt động không bình thường phận bị nhiễu -Thành phần quan tâm nhiều khó xác định xác đường liên kết nguồn gây nhiễu phận bị nhiễu Trong nhiều trường hợp đường liên kết gồm nhiều cách khác mà điện từ trường truyền từ nguồn gây nhiễu sang đối tượng bị nhiễu hay nói cách khác phức tạp Chương 1: Tổng quan nhiễu phương pháp chống nhiễu - Đường liên kết : chia kiểu liên kết + Liên kết kiểu truyền dẫn : liên kết kiểu hình thành nguồn gây nhiễu đối tượng bị nhiễu có liên kết với vật dẫn ( Ví dụ: giắc kết nối, cáp liên kết, vòng khép kín qua nối đất, vỏ kim loại thiết bị vv) + Liên kết sóng điện từ : liên kết nguồn gây nhiễu đối tượng bị nhiễu qua không gian số trường hợp qua trung gian vật không dẫn Liên kết kiểu thường xảy với khoảng cách nguồn đối tượng bị nhiễu lớn, cỡ vài bước sóng trở lên Do khoảng cách lớn nên liên kết kiểu này, nguồn gây nhiễu không bị ảnh hưởng có mặt hay không đối tượng bị nhiễu hay nói cách khác ảnh hưởng chiều từ nguồn đến đối tượng bị nhiễu + Liên kết từ trường: liên kết kiểu gần tương tự với liên kết sóng điện từ khoảng cách gần ( trường gần) liên kết dạng từ trường đóng vai trò chủ đạo tạo nên liên kết Và khoảng cách gần nên liên kết từ trường có mặt đối tượng bị nhiễu có tác động định trở lại lên nguồn gây nhiễu hay nói tương tác chiều Chương 1: Tổng quan nhiễu phương pháp chống nhiễu + Liên kết điện trường: liên kết kiểu gần tương tự với liên kết từ trường ( trường gần) liên kết dạng điện trường đóng vai trò chủ đạo tạo nên liên kết Phân loại nhiễu tương tác Trong thực tế loại nhiễu tương tác có xác định đầy đủ xác hay nói khác vô số Tuy nhiên loại nhiễu phổ biến hệ thống điệnđiện tử chia loại lớn nhiễu ngoại nhiễu nội sau: + Nhiễu ngoại: loại nhiễu mà nguồn gốc xuất phát từ bên đối tượng bị nhiễu chia loại - Nhiễu khí quyển: sinh bên bầu khí trái đất ví dụ tượng phóng điện, sét Đây trình diễn nhanh, gây xung điện từ cường độ mạnh với dải biến thiên lớn, lan truyền qua không gian rộng - Nhiễu khí quyển: sinh từ bên bầu khí trái đất thường xếp vào loại khác nhiễu mặt trời nhiễu vũ trụ Chương 1: Tổng quan nhiễu phương pháp chống nhiễu - Nhiễu người tạo ra: loại nhiễu có nguồn gốc người tạo thường nằm dải tần số từ MHz đến 600 MHz xếp vào loại sau Các sóng điện từ có mục đích ( có chủ ý): sóng điện từ phát từ thiết bị thiết kế để sinh sóng trình hoạt động ( ví dụ trạm ra-đa, cột thu-phát sóng, thiết bị điều khiển từ xa, điện thoại di động, đàm vv) Các sóng gây ảnh hưởng tạo nên tượng giao thoa với hệ thống thiết bị điện tử khác Các sóng điện từ ngẫu nhiên ( chủ ý): sóng điện từ phát từ thiết bị thiết kế hoạt động không sinh sóng điện từ Tuy nhiên thiết bị sinh sóng điện từ trình hoạt động ( ví dụ thiết bị điện tử số, động cơ, rơ-le thiết bị đóng/ngắt mạch vv) Các thiết bị hoạt động với sóng điện từ có chủ ý sinh sóng điện từ tần số khác với tần số hoạt động thông thường trở thành nguồn nhiễu ngẫu nhiên + Nhiễu nội: loại nhiễu mà nguồn gốc xuất phát từ thành phần, linh kiện cấu tạo nên đối tượng bị nhiễu Nhiễu nội chia loại - Nhiễu nhiệt: loại nhiễu sinh chuyển động điện tử linh kiện mang tính trở (R) 10 Chương 3: Áp dụng thực tế chống nhiễu đảm bảo tương hợp điện từ trường Các loại cáp: Phân loại tín hiệu truyền dẫn cáp ví dụ: Loại tín hiệu Độ gây nhiễu Độ nhạy cảm Ví dụ (Nhạy cảm) xx Mạch điện áp thấp với đầu tương tự Mạch đo lường… (Ít nhạy cảm) x Mạch điện áp thấp đầu số Mạch điều khiển cho tải điện trở Mạch cấp điện chiều điện áp thấp… (Ít gây nhiễu) x Mạch điều khiển cho tải điện cảm Mạch cấp điện xoay chiều… (Gây nhiễu) xx Máy hàn Các mạch công suất Các mạch cấp nguồn kiểu băm xung 53 Chương 3: Áp dụng thực tế chống nhiễu đảm bảo tương hợp điện từ trường Chọn loại cáp tương thích với loại tín hiệu truyền dẫn: Loại Tính chất Cáp đơn Cáp đôi vặn xoắn Cáp đôi vặn xoắn bọc giáp Cáp đai lưới bọc giáp Nhạy cảm Chi phí Nhạy cảm Chi phí Gây nhiễu Chi phí Màn chắn đai lưới kết hợp Gây nhiễu nhiều Không sử dụng Khuyên dùng Chi phí hợp lý Không nên dùng Chi phí cao loại tín hiệu 54 Chương 3: Áp dụng thực tế chống nhiễu đảm bảo tương hợp điện từ trường Nhiễu truyền tới Loại 1: Tín hiệu nhạy cảm Nối vỏ Cáp vặn xoắn bọc giáp Cáp bọc giáp + thêm lớp giáp bên Chú ý bắt ốc vào nơi không sơn phủ Loại 2: Tín hiệu nhạy cảm Cáp sợi đơn Nối vỏ sợi cáp không dùng đến 55 Chương 3: Áp dụng thực tế chống nhiễu đảm bảo tương hợp điện từ trường Loại 3: Tín hiệu gây nhiễu Loại 4: Tín hiệu gây nhiễu nhiều Máng kim loại có nối vỏ Ống kim loại có nối vỏ 56 Chương 3: Áp dụng thực tế chống nhiễu đảm bảo tương hợp điện từ trường Khả đảm bảo tương hợp điện từ loại cáp Loại cáp Sợi đơn Sợi đôi song song Sợi đôi vặn xoắn Sợi đôi vặn xoắn bọc giáp Màn chắn (tấm nhôm…) Đai lưới Màn chắn+đai lưới Bức xạ f= 0-50 Hz f < 5MHz Trung bình * Kém* Trung bình Kém Tốt** Tốt *** Không có ảnh Tốt Tốt hưởng Trung bình Kém Rất tốt Rất tốt Rất tốt Rất tốt Truyền dẫn f= 5-30 MHz Không đảm bảo* Không đảm bảo Kém Trung bình Không đảm bảo Tốt Rất tốt 57 Chương 3: Áp dụng thực tế chống nhiễu đảm bảo tương hợp điện từ trường Các quy tắc dây vị trí đặt cáp: 10 quy tắc dây: Đảm bảo kết nối đẳng tần số thấp tần số cao tất phần dẫn điện chạm tới theo khu vực cục Không chung dây truyền dẫn tín hiệu loại nhạy cảm với nhiễu (tín hiệu loại 2) với dây truyền tín hiệu gây nhiễu ( tín hiệu loại 4) bó dây vỏ cáp Gây nhiễu (loại 3) Tín hiệu tương tự (loại 1) Giảm tối đa chiều dài đoạn dây song song truyền dẫn tín hiệu cấp khác : tín hiệu nhạy cảm (loại 2) tín hiệu gây nhiễu ( loại 4) Quy tắc chung nên giảm chiều dài cáp ngắn 58 Chương 3: Áp dụng thực tế chống nhiễu đảm bảo tương hợp điện từ trường Tăng tối đa khoảng cách dây truyền dẫn tín hiệu cấp khác nhau, đặc biệt tín hiệu nhạy cảm (loại 2) tín hiệu gây nhiễu ( loại 4) Biện pháp nói chung hiệu có chi phí thấp Cấp (gây gây nhiễu nhiều) Cấp (gây gây nhiễu ít) Cấp (ít nhạy cảm) Cấp (nhạy nhạy cảm) Ví dụ khoảng cách cáp có chiều dài 30m đặt mặt đẳng nối đất Mặt đẳng nối đất 59 Chương 3: Áp dụng thực tế chống nhiễu đảm bảo tương hợp điện từ trường Chiều dài dây dài khoảng cách dây phải tăng tương ứng 60 Chương 3: Áp dụng thực tế chống nhiễu đảm bảo tương hợp điện từ trường Giảm thiểu diện tích vòng nối đất Dây dẫn Dây dẫn Thiết bị Thiết bị Thiết bị Dây dẫn liên kết Thiết bị Dây dẫn Mặt đẳng nối đất Mặt đẳng nối đất Dây dẫn vào phải đặt gần Thông thường việc sử dụng cáp lõi đáp ứng yêu cầu này, đảm bảo cáp vào cạnh chiều dài chúng 61 Chương 3: Áp dụng thực tế chống nhiễu đảm bảo tương hợp điện từ trường Sử dụng cáp có bọc bảo vệ cho phép chung cáp truyền dẫn tín hiệu khác rãnh cáp Cáp có bọc giáp Cáp không bọc giáp Tín hiệu đo lường Tín hiệu loại Tín hiệu công suất Tín hiệu loại Tín hiệu đo lường Tín hiệu loại Tín hiệu công suất Tín hiệu loại 62 Chương 3: Áp dụng thực tế chống nhiễu đảm bảo tương hợp điện từ trường Thực kết nối chắn/giáp cáp với mặt đẳng nối đất Mặt đẳng nối đất Không sơn phủ Thực kết nối chắn giáp cáp lặp lại phía cuối đầu cáp đem lại lợi ích sau: -Là biện pháp hiệu để chống lại nhiễu loạn từ bên ngoài, nhiễu tần số cao (HF) -Hiệu chống nhiễu tốt kể tần số cộng hưởng cáp -Không có chênh lệch điện cáp phần nối vỏ -Tăng khả chung cáp truyền dẫn tín hiệu cấp khác rãnh ; đảm bảo kết nối đẳng phần dẫn điện chạm tới 63 Chương 3: Áp dụng thực tế chống nhiễu đảm bảo tương hợp điện từ trường ! Bọc giáp chắn cáp tính hiệu chiều dài cáp lớn ! Khuyến nghị kết nối chắn giáp với mặt đẳng nối đất nhiều điểm kết nối Nếu thực kết nối chắn giáp đầu cáp: -Không hiệu để chống lại nhiễu điện trường tần số cao (HF) từ bên -Phần bọc giáp đáp ứng anten gây nên tưởng cộng hưởng Khi việc bọc giáp nguy hiểm để cáp không bọc -Có chênh lệch điện lớn phần đầu cáp không thực kết nối, điều nguy hiểm không phù hợp tiêu chuẩn kỹ thuật, cần phải có biện pháp bảo vệ phòng ngừa tiếp xúc trực tiếp với phần mang điện Màn chắn giáp không kết nối với hệ thống nối vỏ nối đất : điều nghiêm cấm phần bọc giáp bị chạm tới, gây nguy hiểm Ngoài tính hiệu việc chống nhiễu 64 Chương 3: Áp dụng thực tế chống nhiễu đảm bảo tương hợp điện từ trường Những sơi cáp không sử dụng đến bị lẻ cáp cần nối đất đầu nó, không để sợi cáp tự ( nối đất cách bắt vít vào máng cáp tủ điện…) 65 Chương 3: Áp dụng thực tế chống nhiễu đảm bảo tương hợp điện từ trường 10 Đảm bảo cáp truyền dẫn tín hiệu cấp khác nhau, đặc biệt tín hiệu loại nhạy cảm ( loại loại 2) tín hiệu loại gây nhiễu (loại loại 4) giao theo góc vuông 66 Chương 3: Áp dụng thực tế chống nhiễu đảm bảo tương hợp điện từ trường Vị trí đặt cáp: Cáp nhạy cảm Trung bình Rất tốt 67 [...]... thực tế chống nhiễu và đảm bảo tương hợp điện từ trường 35 Chương 3: Áp dụng thực tế chống nhiễu và đảm bảo tương hợp điện từ trường Quy trình thực hiện để đảm bảo chống nhiễu và tương hợp điện từ: - Đảm bảo chống nhiễu và tương hợp điện từ có thể đạt được là tổng hợp tất cả các yếu tố từ cơ sở thiết kế hợp lý, lựa chọn đúng các thành phần, thiết bị của hệ thống đến thi công, lắp đặt hệ thống một cách... sản phẩm Đảm bảo các tiêu chuẩn này thì các sản phẩm sẽ được bán hợp pháp và sử dụng rộng rãi 6 Tiêu chuẩn đánh giá nhiễu và đảm bảo EMC 15 Chương 1: Tổng quan về nhiễu và các phương pháp chống nhiễu - Các hệ số truyền đạt : 16 Chương 2: Cơ sở nghiên cứu nhiễu và chống nhiễu 1 Một số loại nhiễu điện từ trường a Nhiễu tần số thấp (LF: low-frequency) Dải tần số: 0 < f