Building a low cost artificial network for emi test



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BUILDING A LOW COST ARTIFICIAL NETWORK FOR EMI TEST

Paper Code: 154






Fernando Soares dos Reis, Elio Freitas Magnus, R. Tonkoski, J. C. M. Lima e V. M. Canalli

Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul

Faculdade de Engenharia - Departamento de Engenharia Elétrica

CEP 90619-900 - Avenida Ipiranga, 6681

Porto Alegre – RS – Brasil



f.dosreis@ieee.org


Abstract – In this paper will be presented a methodology for implementation of a Line Impedance Stabilization Network - LISN, symmetric commutable, in accordance with the specifications of the Normative IEC CISPR 16-1, using easily acquirable components in the electro-electronic stores. The Line Impedance Stabilization Network is used for conducted EMI test in equipment’s witch current is not above 16 Amperes.

  1. INTRODUÇÃO

Para realização de um ensaio de Interferência Eletromagnética (EMI) Conduzida [1] um laboratório deve possuir, além da área de ensaio e condições ambientais adequadas, equipamentos que atendam as especificações da Norma IEC CISPR 16-1 [2]. Os principais equipamentos, indispensáveis à realização dos ensaios, são a Rede Artificial e o Receptor de EMI.

Em ensaios de EMI Conduzida, os quais estão bem detalhados por Magnus, Dos Reis e CISPR 16 nas referências [3], [4] e [5], o objetivo é analisar a tensão interferente, gerada por um determinado equipamento, para poder compará-la com os limites estabelecidos por uma Norma específica, como por exemplo a Norma IEC CISPR 14 [6]. Assim, a Rede Artificial é necessária para que o sinal interferente seja aplicado a uma impedância conhecida nos terminais de alimentação do equipamento sob teste, isolar o circuito de ensaio das interferências provindas da rede de alimentação e acoplar a tensão interferente ao receptor EMI.

Na Rede Artificial, a impedância medida entre o terra e cada terminal do equipamento sob teste, deve manter-se invariável, independente da carga que está conectada em seus terminais, inclusive um curto-circuito, com o receptor de medida conectado ou uma resistência equivalente.

A Rede Artificial, cuja construção será apresentada, é do tipo simétrica comutável, isto é, o usuário poderá utilizá-la para realizar medições tanto na fase como no neutro, apenas trocando de posição uma chave. O exemplo apresentado possui como principal característica uma impedância de 50  em paralelo com um indutor de 50 H associado em série com uma resistência de 5 .

  1. A CONSTRUÇÃO DA REDE ARTIFICIAL

A construção da Rede artificial conforme a descrição apresentada neste paper, resulta em uma economia significativa na implementação de um laboratório de ensaios EMI, pois terá uma Rede Artificial para ensaios de EMI Conduzida com um custo inferior a 20 % do custo de uma rede comercial.



Figura 1 – Esquema da Rede Artificial.




O esquema desta Rede Artificial apresentado na e os componentes necessários para a sua construção estão listados na .
Tabela 1 – Lista de componentes para a Rede Artificial.

COMPONENTE

VALOR

R1

5 

R2

10 

R3

1 000 

R4

50 

R5

50  (impedância do instrumento de medição)

C1

8 F

C2

4 F

C3

250 nF

L1

50 H

L2

250 H

A impedância da Rede Artificial é definida pelos componentes: L1, C1, R1, R4 e R5. E os componentes L2, C2 e R2 implementam um filtro de entrada provendo a rede artificial a necessária isolação de espúrios da rede de alimentação, sendo opcional, quando a rede de alimentação do local de medição for adequada.

Para os capacitores de maior valor foram adquiridos capacitores para corrente alternada utilizados em motores (polipropileno), atendendo as necessidades com baixo custo.

  1. A CONSTRUÇÃO DO INDUTOR

O indutor L1 consiste de uma bobina com 35 espiras, formando uma única camada com fio esmaltado, cujo diâmetro é de 6 mm. O passo da bobina é de 8 mm, enrolado em um núcleo de material isolante com 130mm ou 5 polegadas, segundo as especificações contidas na Norma IEC CISPR 16-1 [2].

O diâmetro do fio é de dimensão considerável para minimizar a componente resistiva do indutor. Entretanto, na bobina construída foi utilizado um fio com 4 mm de diâmetro, pois a corrente dos equipamentos que serão ensaiados é inferior a 5 A.

O núcleo foi construído com cano de PVC comercial de 150 mm com um comprimento de 280 mm. A redução do diâmetro, de 150 mm


para 130 mm, foi conseguida com um corte longitudinal, retirando uma faixa de 63 mm. Internamente foi colocado um tubo de PVC de 75 mm de diâmetro e o espaço entre o cano externo e o interno foi preenchido com poliuretano expandido para dar rigidez mecânica, Figura 2.

Figura 2 – Detalhe da montagem do indutor L1.


O controle do passo do enrolamento do indutor foi feito colocando-se uma linha de pesca (nylon) de aproximadamente 4 mm de diâmetro entre cada espira.
Para suprimir ressonâncias internas no indutor, a Norma IEC CISPR 16-1 [2], estabelece que resistores de 430   10 % sejam conectados entre as espiras: 4 e 8, 12 e 16, 20 e 24, 26 e 32 conforme Figura 3 e detalhe na Figura 4.




Figura 3 – Esquema de colocação dos resistores no indutor.




Figura 4 - Detalhe da colocação dos resistores.


Para o conseguir o resistor de 430 , que não é comercial, foram associados em paralelo 1 resistor de 470  com 1 resistor de 4700 .

A fixação dos resistores à bobina foi feita raspando-se o esmalte do fio nas espiras indicadas pelo esquema da Figura 3. Após a soldagem foi aplicada cola térmica para fornecer estabilidade mecânica destes componentes.




  1. GABINETE

O indutor e os outros componentes da Rede Artificial devem ser montados em um gabinete metálico. Quando for necessário, a base e laterais podem ser perfuradas para permitir a dissipação de calor. As dimensões sugeridas pela Norma são 360 x 300 x 180 mm, Figura 5. Na prática foi utilizado um gabinete de microcomputador, com dimensões de 380 x 320 x 180 mm, mostrado na Figura 6.



Figura 5 – Gabinete sugerido pela Norma.


  1. A VALIDAÇÃO DA REDE ARTIFICIAL

A Norma determina que a Rede Artificial tenha uma impedância com comportamento equivalente ao apresentado na Figura 7, com uma tolerância de 20 %.

A validação da Rede Artificial montada, foi realizada com o auxílio de um gerador de sinais e um instrumento de medição de nível de sinais, além de uma terminação padrão de 50 .

Para executar a validação o gerador de sinais foi ajustado para a freqüência de 9 kHz e foi medida a atenuação causada pela Rede Artificial. O processo foi repetido para outras freqüências, avaliando-se a faixa de freqüência em que o equipamento será utilizado. Com os resultados obtidos foi montado o gráfico da Figura 8.


Figura 6 – Rede Artificial montada em gabinete de microcomputador.



Figura 7 - Impedância da Rede Artificial de acordo com a Norma.


Figura 8 – Comprovação da Rede Artificial construída.



Os resultados obtidos para a Rede Artificial implementada, demonstram que a impedância está fora dos valores especificados pela Norma para as freqüências inferiores a 20 kHz. Estes resultados não inviabilizam a sua utilização, pois os equipamentos que serão ensaiados, na maioria dos casos, operam em freqüências

superiores a 20 kHz, onde a Rede Artificial atende perfeitamente bem.



  1. CONCLUSÕES

O ponto de maior importância deste trabalho está no fato de tornar a realização de ensaios mais acessível, diminuindo os custos de montagem de um laboratório de ensaios EMI, refletindo tanto no meio acadêmico como industrial.

Os componentes utilizados na construção da Rede Artificial são de fácil aquisição, pois não são específicos para esta finalidade, resultado no baixo custo de montagem deste equipamento.

O único problema para quem desejar uma Rede Artificial será a sua calibração. No entanto é uma necessidade também para equipamentos comerciais, pois para garantir que as medições estejam corretas é necessário que os equipamentos estejam rastreados à padrões reconhecidos internacionalmente.



  1. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS





  1. IEC 61000-1-1, Electromagnetic compatibility (EMC) – Application and interpretation of fundamental definitions and terms, 1 ed., Apr. 1992.

  2. IEC CISPR 16-1, Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods – Part 1: Radio disturbance and immunity measuring apparatus, 2 ed., Oct.1999.

  3. MAGNUS, ELIO F., 2001, Desenvolvimento de uma ferramenta para ensaios de EMI Conduzida de baixo custo. Dissertação de M.Sc., Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Brasil.

  4. DOS REIS, F. S., 1995, Estudio y Criterios de Minimizacion y Evaluacion de las Interferencias Eletromagneticas conducidas en los convertidores ca – cc. Tese de D.Sc., Universidade Politécnica de Madri, Espanha.

  5. IEC CISPR 16-2, Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods – Part 2: Methods of measurement of disturbances and immunity, 1.1 ed., Aug.1999.

  6. IEC CISPR 14, Limits and methods of measurement of radio disturbance characteristics of electric motor-operated and thermal appliances for household and similar purpouses, electric tools and electric apparatus, 3 ed - amendment 1, Aug.1996.


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