prove di compatibilità elettromagnetica

2Il laboratorio di compatibilità elettromagnetica è attrezzato per eseguire le prove secondo le norme di seguito specificate.

Le prove sono eseguite applicando le norme armonizzate su mandato del fabbricante in applicazione della procedura di controllo Interno della fabbricazione prevista dalla Direttiva EMC.

NORME APPLICATE

EMISSIONE

Poiché è inevitabile che un dispositivo elettronico emetta disturbi le norme stabiliscono dei limiti ai disturbi che gli oggetti posso produrre attraverso il proprio cavo di alimentazione. I limiti sono specificati nella norma di prodotto che considera la tipologia il dispositivo in esame. Va aggiunto che non le tipologie di dispositivi sono considerati da una norma di prodotto dedicata, in questo caso  si devono applicare le normative generali.

Emissioni condotte

La misura delle emissioni condotte che un dispositivo produce attraverso il suo cavo di alimentazione richiede un’adeguata strumentazione e un setup di prova ben definito. Tale strumentazione e setup sono specificati in appositi documenti, denominati norme di prodotto (EN55011, EN55014-1, EN55022, EN55032. La maggior parte delle normative richiede di effettuare una misura in una camera schermata, usando un adattatore di impedenza, per disaccoppiare i disturbi, e un ricevitore di misura che possa misurare il valor medio e il valore di quasi picco del disturbo prodotto nella gamma di frequenza 0.15–30 MHz (EN55015 0.009-30 MHz). Lo scopo della misura delle emissioni condotte è quello di controllare il disturbo dovuto alla corrente che fuoriesce dal cavo di alimentazione dell’oggetto sotto test, disturbo che propagandosi attraverso la rete di alimentazione alla quale è collegato l’oggetto creando così una grande antenna che irradia disturbi; queste correnti che si propagano possono perciò causare disturbi alle apparecchiature collegate alle rete o nelle vicinanze.

Possiamo distinguere i disturbi condotti in due categorie:

  • disturbi di modo comune, che si presentano tra i conduttori di fase o neutro verso terra;
  • disturbi di modo differenziale, che si presentano tra i due conduttori.

Queste distinzioni valgono sia per le correnti che per le tensioni. Le correnti di modo comune scorrono attraverso i cavi di alimentazione e vanno a chiudersi sull’involucro collegato a terra attraverso piccole capacità parassite presenti tra i conduttori e l’involucro stesso. Le correnti di modo differenziale e tendono a scorrere sui conduttori chiudendosi tra di loro, sfruttando un conduttore come andata e l’altro come ritorno.

Potenza di disturbo

I cavi di alimentazione possono comportarsi come antenne e pertanto irradiare i radiodisturbi generati  dai dispositivi di piccole dimensioni ai quali sono collegati.

La misura della potenza di disturbo consiste nel verificare i disturbi emessi dall’EUT in termini di potenza di disturbo tramite uso del ricevitore EMI conforme alla CISPR 16 e di pinza assorbente che copra la banda di frequenza d’indagine siano al di sotto dei limiti imposti dalle norme applicabili. Il test richiede che l’EUT sia posizionato, all’interno della camera schermata, su un tavolo isolante sul quale far scorrere la pinza assorbente da un estremo all’altro del cavo d’alimentazione, lungo 6 m. La prova si esegue nella banda da 300 MHz a 1GHz. La misura è gestita tramite software dedicato.

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Emissioni Armoniche di rete

L’analisi delle emissioni armoniche di corrente permette di individuare il di armoniche di corrente prodotte dai carichi elettronici. Queste emissioni armoniche di corrente sono causate da carichi non lineari sulla rete, e ciò avviene perché si crea una distorsione della sinusoide della tensione di alimentazione. Queste distorsioni dipendono dalla situazione di fase e comunque sono sempre multipli della frequenza di rete.

Nei test che rispondono alla normativa EN61000-3-2 vengono definiti i limiti di distorsione della sinusoide di rete.  La presente norma tratta delle limitazioni delle correnti armoniche immesse nella rete pubblica di alimentazione e definisce i limiti delle componenti armoniche della corrente d’ingresso che possono essere prodotte da apparecchi provati in condizioni specifiche. La norma è applicabile agli apparecchi elettrici ed elettronici aventi una corrente assorbita il cui valore sia inferiore o uguale a 16A per fase e che siano destinati ad essere collegati alle reti pubbliche di distribuzione a bassa tensione. La finalità della prova è di verificare che l’ampiezza delle armoniche di rete nella gamma di frequenza 50-2000Hz (fino alla 40° armonica) siano contenute entro i livelli consentiti.

 

IMMUNITA’

Scariche elettrostatiche (ESD)

La norma EN 61000-4-2, descrive i metodi e i livelli di prova con cui è possibile verificare l’immunità di apparecchiature elettriche o elettroniche alle scariche elettrostatiche (ESD). La norma ha lo scopo di valutare il comportamento dell’EUT alle scariche elettrostatiche provocate principalmente dalle cariche accumulate sul corpo umano. La scarica elettrostatica avviene quando, tra due corpi vicini o a contatto, ha luogo un trasferimento di cariche. In molti casi la scarica non necessita di un contatto fisico, ma solo della vicinanza perché l’aria non ha rigidità dielettrica infinita, ma circa pari a 25kV/cm nel caso di aria secca. Quindi se il corpo elettricamente caricato genera un campo maggiore del dielettrico dell’aria la scarica avviene prima del contatto fisico.

Le scariche elettrostatiche, a prima vista, possono sembrare fenomeni poco importanti, ma invece non vanno sottovalutate in quanto anche se di brevissima durata , possono raggiungere elevati valori di corrente (sulla decina di ampere). L’andamento della scarica specificato nella norma rappresenta un andamento il più veritiero possibile che comprende una gamma abbastanza ampia tra le infinite scariche esistenti in natura in quanto le variabili in gioco sono molte e ogni scarica ha valori diversi.

Un picco di corrente così elevato anche se di brevissima durata passando per l’EUT provoca cambiamenti di funzionamento e di stato e in base alla robustezza dell’apparecchio sotto test si possono avere vari difetti come ad esempio: generazione di falsi segnali e variazione di stringhe dati con conseguente malfunzionamento dei microprocessori. Una corretta progettazione richiede quindi il raggiungimento di soluzioni che rendano immune il dispositivo alle scariche elettrostatiche.

Le scariche possono essere classificate in due categorie: dirette o indirette. Le prime sono quelle inviate direttamente all’oggetto da testare mentre le seconde sono quelle applicate al piano di riferimento di massa. Le scariche dirette si suddividono a loro volta in due categorie: in aria o a contatto. La scarica in aria viene effettuata in prossimità delle parti isolate dell’involucro dell’EUT (le parti plastiche), mentre le scarica a contatto viene eseguita su qualsiasi parte metallica conduttrice accessibile dall’utente come ad esempio le viti e la carcassa.

Immunità irradiata

La norma EN 61000-4-3 tratta l’immunità ai campi elettromagnetici irradiati di apparecchiature elettriche o elettroniche, fornendo le specifiche necessarie per eseguire questo tipo di prova. Per capire l’importanza della prova di immunità irradiata basta pensare all’ambiente in cui la maggior parte dei prodotti vengono installati e fatti funzionare. La maggior parte dei luoghi oramai sono interessati dalla presenza di campi elettromagnetici di varie intensità che possono influenzare il funzionamento dell’EUT, provocando malfunzionamenti indesiderati e magari pericolosi per l’utilizzatore. Queste radiazioni sono generate da vari dispositivi come ad esempio, stazioni radio, trasmettitori televisivi, piccoli ricetrasmettitori, ripetitori usati nel settore telefonico, cellulari ecc. Inoltre, poiché le frequenze di clock oggi utilizzate nei dispositivi della tecnologia dell’informazione sono sempre a frequenza più elevata esse costituiscono la fonte del campo elettromagnetico irradiato durante il normale funzionamento. La maggior parte dei dispositivi in esercizio, infatti, sono interessati da dei disturbi che si sviluppano nei conduttori e nelle parti elettriche e da qui vengono irradiati nell’ambiente circostante. È importante che il prodotto sia immune a tali campi e che quindi non subisca deteriorazioni delle caratteristiche di funzionamento dichiarate dal fabbricante.

Il parametro utilizzato per misurare il campo elettromagnetico è l’intensità, e viene valutata in Vm. La sua misura è influenzata da molti parametri come l’ambiente circostante che distorce e/o riflette le onde del campo. Per eseguire tale prova si deve utilizzare un’apposita camera anecoica al cui interno venga riprodotto un ambiente stabile e senza riflessioni.

 

 

Burst

La norma EN 61000-4-4 considera l’immunità ai transitori veloci ed ai treni d’impulsi. Lo scopo della norma è di andare a valutare il comportamento delle apparecchiature elettriche ed elettroniche sottoposte a disturbi transitori su porte di alimentazione, di segnale e di controllo. Questi tipi di disturbi sono generati da brusche variazioni di tensioni e correnti dovute alle commutazioni e alle interruzioni di carichi induttivi, a rimbalzi dei contatti di relais, ecc. Ogni pacchetto (burst) è composto da parecchi impulsi (picchi di tensione) di breve durata e modesto contenuto energetico. Tali disturbi possono penetrare nelle altre apparecchiature collegate alla rete o ad altri dispositivi tramite le porte di segnali, dati, ecc. I burst hanno influenza in particolare sui circuiti digitali (microcontrollori o microprocessori), provocando la creazione di falsi segnali o il cambiamento di alcuni bit dei segnali di comunicazione provocando mal funzionamenti.

La norma EN 61000-4-4 oltre a descrivere le caratteristiche del disturbo, indica anche le modalità di svolgimento della prova. Il disturbo va applicato sull’alimentazione e su tutte le porte di I/O. Per verificare il comportamento dell’EUT in presenza di un treno di impulsi nell’alimentazione, dobbiamo assicurarci che non siano presenti altri disturbi indesiderati su quest’ultima, i quali potrebbero alterare la prova e allo stesso tempo bisogna impedire che i disturbi generati dall’apparecchio vadano ad inquinare la rete di alimentazione. Per questi motivi l’EUT è collegato alla rete tramite una rete di disaccoppiamento. Il disturbo a cui si deve sottoporre l’ EUT viene riprodotto in laboratorio servendosi di un apposito generatore.

Il burst ha durata di 15ms e si ripete ogni 300ms. Nelle prove di norme più comuni ogni treno di impulsi è composto da 75 picchi di tensione con un tempo tra due impulsi pari a 200ms (maggiore della durata di un singolo impulso) che equivale ad avere una frequenza di 5kHz (1/0.2 ms). La norma specifica anche i valori dei livelli dell’impulso riferendosi ad una situazione di generatore

Surge

La norma EN 61000-4-5 specifica  l’immunità agli impulsi ad alta tensione. In essa è esplicitata la descrizione del tipo di disturbo da utilizzare nella prova e la modalità con cui bisogna procedere nell’esecuzione del test. Lo scopo è verificare il comportamento dell’EUT sottoposto ad un disturbo costituito da una tensione impulsiva ad alto contenuto energetico generato da:

  • scarica diretta di un fulmine sui circuiti esterni (all’aperto);
  • scarica di fulmine indiretta (ovvero una scarica tra o all’interno di nubi o su oggetti circostanti che produce un campo elettromagnetico);
  • circolazione di corrente di fulmine nel terreno, risultato di scariche dirette a terra nelle vicinanze.

La forma dell’impulso di surge differisce da quello di burst solo per quel che riguarda i tempi, infatti per questo tipo di prova la durata dell’impulso è dell’ordine dei ms. e non dei ns. Si ha quindi un tempo di salita più alto e una maggior durata del picco di tensione col conseguente innalzamento dell’energia e un effetto più grave in termini di energia da sopportare da parte dell’EUT. Un’altra differenza rispetto al burst sta nel fatto che non vi sono treni di picchi, ma singoli impulsi distanziati decine di secondi uno dall’altro. La norma fissa una durata massima di intervallo tra un picco e il successivo pari a 60s, precisa che il numero di impulsi da applicare per ogni polarità è di 5 e inoltre specifica i valori dei livelli dell’impulso riferendosi alla situazione di generatore funzionante a vuoto.

Correnti iniettate

La norma EN 61000-4-6 tratta l’immunità, degli apparecchi elettrici ed elettronici, ai disturbi elettromagnetici provenienti da trasmettitori a radiofrequenza (RF) con range di frequenza da 0.15 a 230MHz. Questa norma è collegata alla EN 61000-4-3 (immunità irradiata) in quanto il tipo di disturbo è uguale e l’unica differenza è il suo range di frequenza, molto più basso per la prova delle correnti iniettate. Questa diversità ha portato alla divisione delle due prove, infatti, per eseguire l’immunità irradiata a basse frequenze sarebbe necessario un’antenna troppo difficile da realizzare e una camera anecoica di dimensioni esagerate per poterla contenere. La prova delle correnti iniettate consiste nell’accoppiare il disturbo ai cavi dell’EUT, sia di alimentazione che di segnale. L’onda prodotta dall’apposito generatore è sinusoidale con frequenza variabile da 0.15 a 230MHz, modulata in ampiezza all’80% alla frequenza pari a 1kHz.

Il valore dell’intensità di campo varia in base al livello di severità a cui si vuole sottoporre l’EUT. In questa prova non è previsto l’uso di una camera anecoica, in quanto il disturbo viene iniettato nel cavo di alimentazione grazie ad una CDN (coupling decoupling network) e nei cavi di segnale tramite l’uso di una pinza di corrente.

 

NSG_3040-IEC-PlusMicro interruzioni e variazioni di tensione

La norma EN 61000-4-11 fa riferimento al comportamento di un’apparecchiatura elettrica o elettronica nel caso si verifichino variazioni della tensione di alimentazione o addirittura brevi tratti di totale assenza; inoltre, indica il corretto svolgimento della prova necessaria per verificare il funzionamento del dispositivo in queste particolari situazioni.

La rete di distribuzione dell’alimentazione ha l’obbligo di mantenere entro certe tolleranze i valori di tensione e di frequenza (230±10% – 50Hz) fornita dall’utente. La norma EN 61000-4-11 è resa necessaria dal fatto che, a causa di malfunzionamenti, guasti o di collegamenti improvvisi di grossi carichi da parte di particolari utenti, esistono dei casi in cui l’alimentazione ha degli abbassamenti o addirittura dei buchi di tensione. Il valore della tensione è dipendente dalla corrente assorbita dai carichi che sono connessi in un determinato momento alla rete, ciò significa che cambiando il numero e le caratteristiche dei sistemi utilizzatori collegati si veri creerà una variazione di tensione della rete e conseguentemente una variazione dell’assorbimento da parte dei carichi.

La norma prescrive la tipologia del disturbo da applicare, i livelli di prova e le modalità di esecuzione delle prove a seconda delle diverse tipologie di prodotto. Il disturbo considerato è una variazione di tensione di alimentazione oltre il valore contrattuale. La durata minima specificata da norma è superiore a mezzo periodo e quella massima è di parecchi periodi (a seconda della norma da applicare). La prova richiede quindi l’utilizzo di generatori in grado di fornire le variazioni desiderate per un tempo ben preciso, inoltre deve essere in grado di permettere l’interruzione ad un qualsiasi angolo di fase dell’alimentazione per ricercare così il caso peggiore.