LE PROVE DI PREQUALIFICAZIONE PER I DISTURBI CONDOTTI

In questo articolo verranno presentate le principali caratteristiche di un sistema di misura per le prove di prequalificazione dei disturbi condotti di un generico apparato. Lo scopo principale di queste prove è di verificare se l'apparecchiatura in esame può affrontare le prove di qualificazione per la compatibilità elettromagnetica presso un laboratorio.

misura di disturbi elettromagnetici

Individuazione delle norme a cui un prodotto deve soddisfare

Le norme emanate dai Comitati Tecnici della Comunità Europea relativi alla compatibilità elettromagnetica classificano i prodotti in sottoinsiemi o famiglie. L'appartenenza di un prodotto ad uno di questi sottoinsiemi è legata alla funzione svolta dall'apparato e dall'ambiente nel quale verrà normalmente utilizzato. In questo tipo di norme, dette armonizzate, sono stabiliti i limiti che non devono essere superati dai disturbi; inoltre sono specificate le modalità di esecuzione delle singole prove.

Richiede una certa esperienza stabilire a quali norme un determinato apparato deve soddisfare. Se un prodotto è di tipo innovativo, il costruttore deve sottoporre la sua apparecchiatura ad un organismo, chiamato Organo Competente (Competent Body).

Le prove di prequalificazione per i disturbi condotti

In questo caso è necessario verificare che nei vari conduttori del dispositivo in esame le componenti spettrali non assumano valori superiori ai limiti fissati per quel tipo di prodotto nel campo di frequenza compreso tra 150 kHz e 30 MHz.

Con una certa approssimazione lo schema di principio dell'intero sistema può essere il seguente:

sistema di misura

La rete di distribuzione può essere schematizzata con un generatore equivalente E_g dotato di una resistenza interna R_g, mentre il dispositivo sotto test è rappresentabile con una impedenza di carico R_L. Il sistema di misura con il quale si analizza il disturbo presente nel conduttore di alimentazione è schematizzato mediante la sua resistenza di ingresso R_S.

Lo strumento di misura utilizzato è un analizzatore di spettro la cui resistenza R_S è fissata e normalmente di 50 Ω.

Il segnale di tensione Vi prelevato dallo strumento assume un'ampiezza ricavabile dalla relazione:

Si evince dalla relazione che il valore di tensione V_i dipende dalla posizione nella rete di distribuzione da dove si preleva l'energia, cioè in pratica dalla presa dove si inserisce la spina del dispositivo da alimentare.

Una simile condizione non è accettabile.

La LISN

Per evitare che l'ampiezza delle componenti spettrali dei disturbi condotti sui cavi di alimentazione risulti influenzata dal punto da cui si preleva l'energia elettrica nella rete di distribuzione, le norme hanno prescritto di utilizzare una struttura con caratteristiche note per l'alimentazione dell'apparecchiatura sotto test. Questa struttura prende il nome di LISN (Line Impedence Stabilization Network). Il suo schema di principio per ogni conduttore è il seguente:

schema di principio di una LISN

La LISN presenta per ogni conduttore un ingresso ed una uscita di potenza per l'alimentazione ed una ulteriore uscita per prelevare il disturbo da analizzare. L'ingresso della LISN va collegato alla rete di distribuzione dell'energia elettrica, mentre la sua uscita di potenza va collegata all'alimentazione del dispositivo sotto test.

Il filtro passa basso, costituito dall'induttore L ed il condensatore C, sono fissati in modo da consentire la circolazione della corrente a 50 Hz, necessaria per l'alimentazione del dispositivo, ed invece bloccare i segnali a frequenza più elevata. In particolare il filtro impedisce ad eventuali disturbi presenti nella rete con frequenza nel campo in esame di entrare nel dispositivo ed essere quindi interpretati come generati dal dispositivo sotto test. Contemporaneamente lo stesso filtro impedisce che i disturbi condotti generati dall'apparato possano andare ad interessare la rete di distribuzione.

Il disturbo da analizare è prelevato mediante una derivazione formata da una capacità C₁ in serie con una resistenza R. I valori scelti per questi componenti, fissati dalle norme, sono tali per cui l'impedenza equivalente che si vede ai capi della resistenza R assume il valore di 50 Ω nel campo di frequenza previsto per la misura dei disturbi condotti.

Nel seguito si prenderà in esame una linea monofase; il filtro sarà presente in entrambi i conduttori di alimentazione, cioè fra la fase ed il conduttore di terra e fra il neutro ed il conduttore di terra. Con un carico monofase è necessario verificare la presenza di disturbi separatamente sulla fase e sul neutro.

La presenza di una capacità C alquanto elevata fra ogni conduttore di alimentazione ed il conduttore di terra può far sorgere qualche difficoltà. Anche durante il normale funzionamento si ha la circolazione di una corrente non trascurabile fra la fase e la terra per la presenza del condensatore C, mentre non si ha tale circolazione di corrente tra il neutro e la terra, in quanto il neutro è posto a terra dalla società distributrice di energia e quindi si trova allo stesso potenziale del conduttore di terra; perciò sul condensatore posto fra questi due conduttori non si ha circolazione di corrente. Si ha perciò una differenza fra le correnti che circolano sulla fase e sul neutro, che quasi certamente provocherà l'intervento dell'interruttore differenziale (il quale interviene se la differenza fra le correnti presenti sulla fase e sul neutro supera un valore fissato).

Per ovviare a questo problema è necessario utilizzare un trasformatore, il quale rende bilanciate automaticamente le correnti sul primario, evitando l'intervento dell'interruttore differenziale.

collegamento LISN all'alimentazione tramite trasformatore

Il limitatore di transitori

Si deve porre particolare attenzione alla massima potenza inviata in ingresso all'analizzatore di spettro, per evitare spiacevoli danni. Perciò è consigliabile inserire fra l'uscita della LISN e l'analizzatore di spettro un limitatore di transitori, il quale è in grado di limitare i picchi di tensione (e di potenza), che si possono verificare durante i transitori. Questo blocco però ha l'inconveniente di introdurre un'attenuazione di solito dell'ordine di 10 dB (ed in ogni caso specificata dal costruttore), che deve essere tenuta presente nella valutazione dei risultati.

Il limitatore di transitori è un dispositivo passivo, costituito da alcuni diodi opportunamente polarizzati, in grado di limitare il valore massimo di tensione che può arrivare alla sua uscita e quindi all'ingresso dell'analizzatore dispettro.

Il sistema di misura

L'intero sistema per la misurazione dei disturbi condotti può essere schematizzato come segue.

schema a blocchi di un sistema di misura

Lo scopo primario del test è verificare se i disturbi condotti sono inferiori ai limiti stabiliti dalle norme. Se ciò non fosse verificato è necessario individuare la sorgente del disturbo e scegliere i più opportuni accorgimenti per la sua attenuazione.

Le norme sui disturbi condotti impongono che lo span da analizzare sia compreso nell'intervallo di frequenza fra 0.15 - 30 MHz; è necessario anche fissare la banda di risoluzione anch'essa stabilita dalle norme (9 kHz); per la banda video si può scegliere una frequenza superiore (ad esempio 100 kHz) o anche leggermente inferiore. E' anche possibile utilizzare l'inizializzazione automatica relativa alle prove dei disturbi condotti, in questo caso la quasi totalità dei parametri verranno fissati automaticamente dallo strumento.

Esempio:

frequenza di partenza 150 kHz

frequenza finale 30 MHz

banda risoluzione 9 kHz

banda video 30 kHz

livello di riferimento 70 dBμV

attenuazione RF 10 dB

rappresentazione dello schermo

La traccia sullo schermo rappresenta il rumore di fondo introdotto dall'analizzatore.

Collegamento dell'analizzatore al dispositivo sotto test non alimentato

E' opportuno collegare all'ingresso dell'analizzatore il limitatore di transitori e all'ingresso di quest'ultimo il cavo coassiale che porta il segnale da analizzare, proveniente dall'uscita della LISN, senza però dare tensione aldispositivo da esaminare. Si nota un aumento dei distturbi rispetto al rumore di fondo, non attribuibili al dispositivo sotto test in quanto spento.

L'origine di questi disturbi è attribuibile alla presenza di disturbi irradiati presenti nell'ambiente dovesi effettua la misura e captati tramite i vari conduttori presenti nel sistema. In altre parole i cavi di collegamento svolgono impropriamente la funzione di antenna ricevente.

L'ideale sarebbe condurre le misure in una caemra schermata o addirittura anecoica, ma l'alto costo di questa camera difficilmente consente di poter procedere in questo modo.

visualizzazione rumori esterni

Si vuole far notare la notevole influenza della disposizione del sistema di misura sui risultati, che significa la scarsa ripetibilità delle misure. E' quindi giustificato che le norme fissino con notevole dettaglio le condizioni operative del sistema di misura al fine di ottenere dei risultati fra loro confrontabili.

riduzione dei rumori esterni

Una volta acceso il dispositivo da esaminare è necessario effettuare una serie di prove per trovare la condizione di massimo disturbo, verificando lo spettro visualizzato sullo schermo e mettendolo a confronto con i limiti richiesti dalle norme.

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Bibliografia

Appunti e dispense prof. C.Offelli