Электромагнитная совместимость (ЭМС). Особенности

Электромагнитная совместимость (ЭМС) простыми словами – это способность приборов и устройств, работающих за счет использования э/м полей, нормально функционировать в условиях внешнего магнитного воздействия. Обязательное условие соблюдения этого принципа по отношению к определенной группе электронных изделий – сохранение работоспособности каждого их них и отсутствие вредного влияния на окружающую среду.

Чем важна ЭМС для современных радиотехнических и электронных систем

При разработке современной аппаратуры этому принципу уделяется повышенное внимание. Это объясняется появлением множества радиотехнических и электронных устройств, имеющих в своем составе чувствительные к э/м излучениям компоненты. На практике соблюдение принципа под названием «электромагнитная совместимость», как правило, сводится к обеспечению помехозащищенности конкретного прибора или электронного устройства.

Elektromagnitnaia sovmestimost 2

Особое внимание этому вопросу уделяется при разработке современных миниатюрных полупроводниковых компонентов. К их числу чаще всего относятся микросхемы повышенной степени интеграции (контроллеры и микропроцессоры, в частности).

По характеру паразитного воздействия влияние э/м полей на работу большинства электронных устройств подразделяется на два типа. Оно бывает кондуктивным, представляющим собой э/м наводки и помехи, или излучательным. Второй вариант обычно проявляется в виде взаимодействия собственного э/м поля прибора и внешней намагничивающей структуры.

Электромагнитная совместимость и существующие нормативные требования

Обеспечение совместимости устройств в широком диапазоне частот э/м колебаний в существующих нормативных документах, как правило, рассматривается с точки зрения их надежной помехозащищенности. Причем частотным характеристикам действующих наводок и помех уделяется особое внимание. В соответствие с требованиями нормативов, действующих в странах Таможенного союза, помехоустойчивость систем должна обеспечиваться в диапазоне частот до 440 ГГц.

В трех его членах (Беларуси, России и Казахстане) требования к этому показателю регламентируются действующим документом под обозначением «ТР ТС 020/2011».

Согласно нормативам, в качестве источников электромагнитных помех могут рассматриваться следующие процессы и факторы:

Собственные э/м поля.
Грозовые природные явления.
Наводки от технологического оборудования, имеющего в своем составе силовые коммутирующие элементы.

В качестве мощных переключающих компонентов традиционно используются либо механические контакторы, либо полупроводниковые приборы, рассчитанные на большие рабочие токи.

В последнем случае помехи образуются в виде периодически действующих в электрических линиях процессов. При любом характере воздействия они рассматриваются как непреднамеренное и нежелательное изменение величины напряжения или тока в цепи передачи энергии. Наведенная в таких системах помеха проявляется в непредсказуемой форме. Это может быть не только обычное распространяющееся вдоль кабеля колебание, но и одиночный импульс, например, или характерный всплеск.

От чего зависит электромагнитная совместимость

В качестве «классических» примеров образования технической помехи обычно приводятся следующие процессы:

Излучения от современных систем мониторинга и контроля.
Работа мощных передающих станций и радаров.
Излучения ретрансляционных вышек.
Помехи от воздушных лайнеров, ведущих активный радиообмен.
Коронные разряды в высоковольтных линиях электропередач и т. п.

Elektromagnitnaia sovmestimost 3

Мешающее действие всех перечисленных источников в общем случае зависит от электрической мощности входящих в их состав генераторов и передатчиков полезного сигнала. С увеличением напряжения или тока во вносящем помеху устройстве ее паразитный эффект заметно усиливается. В ряде случае особое внимание обращается на функционирование специальной аппаратуры, не защищенной от мощного э/м импульса, образующегося в результате ядерного взрыва.

Теоретические основы ЭМС

В перечне терминов, которыми оперирует теория электромагнитной совместимости, нередко используются такие понятия как «приемник» и «передатчик» сигнала, мешающего нормальной работе аппаратуры. Передатчики помех – это радиовещательные станции и телевизионные вышки, а также электрические цепи с электродвигателями и высоковольтные линии и сети.

К приемникам паразитных сигналов чаще всего относятся следующие электронные системы:

Антенны радио- и телевизионных приемников.
Чувствительные датчики в составе систем автоматизации.
Элементы автомобильной электроники.
Средства автоматики и модули релейной защиты.
Цифровые системы обработки информационных массивов и т. п.

Некоторые из перечисленных систем в одной ситуации выступают в качестве приемника помех, а в других условиях – генерируют их. В связи с этим электромагнитная совместимость конкретного прибора или устройства зависит от характера его работы, описываемого следующими положениями:

Когда это изделие выступает в качестве генератора помехи – ее величина не должна превышать нормируемых показателей.
Если оно является приемником паразитных колебаний – данный прибор должен обладать высоким показателем помехоустойчивости.
Выполнить оба эти требования удается ценой дополнительных затрат, связанных с необходимостью экранирования сигнальных цепей и отдельных модулей защищаемого объекта.

Несмотря на это, электромагнитная совместимость в реальных условиях должна соблюдаться применительно ко всем электронным и электротехническим устройствам. В большинстве мест скопления множества людей наблюдается огромное количество паразитных излучений самого различного типа. Результат этого имеющиеся у пользователей, например, электронные девайсы в большей или меньшей степени испытывают их воздействие. В случае, если меры по поддержанию ЭМС этих устройств не приняты заблаговременно – нельзя быть уверенным в их корректной и продолжительной работе.

Особенности разработки систем обеспечения ЭМС

Необходимость в учете совместимости различных изделий в части их взаимного э/м воздействия учитывается еще на стадии проектирования электронной аппаратуры и электротехнических устройств. Только после выполнения этого условия спроектированные приборы и оборудование поступают в массовое производство и на рынок. Электромагнитная совместимость устройств обязательно проверяется при вводе объектов и аппаратуры в эксплуатацию, а при необходимости – и контролируется в процессе их функционирования.

Особо остро вопрос обеспечения ЭМС стоит перед предприятиями и организациями, для большинства из которых характерна высокая насыщенность помехообразующими системами. К ним принято относить следующие промышленные узлы и модули:

Генераторные и распределительные станции.
Местные линии электропередач.
Кабельные трассы.
Линии радиорелейной связи и т. п.

С учетом этого фактора на промышленных предприятиях, в организациях и на других подобных объектах предъявляются повышенные требования к помехозащищенности различных систем (включая информационные). Электромагнитная совместимость и возможность защиты информации особо востребованы в банковских учреждениях и на серверных центрах с хранящимися на них массивами данных.

Важность выполнения требований ЭМС также касается предприятий по производству современных электронных компонентов. При неблагоприятном электромагнитном фоне на этих объектах отсутствие продуманной системы защиты от помех не позволит организации работать на полную мощность.

ЭМС тестирование – что это такое

Для обеспечения требований электромагнитной совместимости на стадии запуска промышленного оборудования в эксплуатацию производится его тестирование на помехозащищенность и излучающую способность. При случае если габариты испытуемого объекта не слишком велики – такие обследования проводятся в специальных лабораториях, оснащенных всем необходимым инструментом и измерительной аппаратурой.

В ситуации, когда его линейные размеры слишком большие или испытуемый узел встроен в действующую установку – обследования на помехозащищенность проводятся прямо по месту его эксплуатации. В практике ЭМС такой подход называется тестированием «на рабочем месте».

Для проведения исследований на помехозащищенность, как правило, приглашаются специалисты высокой квалификации, имеющие большой опыт подобных операций. Оперативный персонал испытательных станций должен уметь обращаться со сложной электромагнитной аппаратурой и досконально разбираться во всех тонкостях работы тестируемого оборудования.

Только после всестороннего обследования запускаемых в эксплуатацию объектов на ЭМС их производитель сможет получить сертификат качества, выдаваемый соответствующими органами Таможенного Союза. В заключение отметим, что большинство промышленных изделий, относящихся к классу станочного оборудования, идущего на экспорт, тестируется в полном соответствии с действующими европейскими стандартами CISPR 11 или EN 55011.