ЭМС в изделиях

Электромагнитная совместимость (ЭМС) технических средств — способность технических средств одновременно функционировать в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством при воздействии на них непреднамеренных электромагнитных помех и не создавать недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам

Невыполнение требований ЭМС может иметь достаточно серьезные последствия в различных сферах деятельности человека и на производственных предприятиях: привести к сбою в электронных системах управления воздушного, железнодорожного транспорта, автоматических производственных линий, систем управления промышленных объектов и объектов энергетики, медицинского оборудования. В настоящее время, когда в целях повышения эффективности работы, предприятия стали переходить на цифровые устройства, проблема ЭМС встает особенно остро: под воздействием помех основные системы контроля могут выходить из строя и срабатывать ложно. Электромагнитная совместимость нарушается, если уровень помех слишком высок или помехоустойчивость оборудования недостаточна. В этом случае возможны нарушения в работе компьютеров, цифровых устройств релейной защиты, систем цифрового управления и АСУ разного уровня, появление ложных команд в указанных системах, что может привести к катастрофическим последствиям. Над проблемой ЭМС долгое время не задумывались, пока не были зарегистрированы массовые сбои в банковских системах при воздействии помех. Это и привело к появлению директивы 336ЕС 89, которая обязала страны Европейского сообщества ввести единые стандарты по электромагнитной совместимости и разработать систему сертификации. В результате с 1996 года в Европе не допускается продажа технических средств без сертификата соответствия стандартам по электромагнитной совместимости. Решением Комиссии Таможенного союза от 9 декабря 2011 года № 879 принят технический регламент Таможенного союза ТР ТС 020/2011 «Электромагнитная совместимость технических средств». Настоящий технический регламент Таможенного союза распространяется на  выпускаемые в обращение на единой таможенной территории Таможенного союза  технические средства, способные создавать электромагнитные помехи и (или) качество функционирования которых зависит от воздействия внешних электромагнитных помех.

2. Основные термины и определения.

Основным государственным стандартом в области терминологии электромагнитной совместимости технических средств является ГОСТ 30372-95 (ГОСТ Р 50397-2011), в котором содержится официальное определение терминов в области электромагнитной совместимости: •  Электромагнитная обстановка (ЭМО) (electromagnetic environment) — совокупность реальных электромагнитных явлений, существующих в данном месте, в частотном и временном диапазонах. •  Электромагнитная совместимость (ЭМС) (electromagnetic compatibility — EMC) — это способность технического средства (ТС) эффективно функционировать с заданным качеством в определенной ЭМО, не создавая при этом недопустимых электромагнитных помех другим ТС. •  Электромагнитная помеха (ЭМП) (electromagnetic disturbance) — электромагнитные явления, которые ухудшают или могут ухудшить качество функционирования ТС (электрической сети, приборов и устройств потребителей). Уровень ЭМП — значение величины помехи, измеренное в регламентированных условиях. •  Влияние помехи (electromagnetic interference — EMI) — снижение показателей качества функционирования ТС при воздействии помехи. •  Устойчивость к ЭМП, помехоустойчивость (immunity) — способность ТС сохранять заданное качество функционирования при воздействии помех. Основные понятия электромагнитной совместимости рассматривают воздействие как излучаемых, так и кондуктивных помех (наводки), распространяющихся по провод­никам (например, наводки по цепям пита­ния), а также чувствительность электрообо­рудования к воздействию помех (помехоус­тойчивость). При этом характеристики электромагнитной совместимости могут оп­ределяться в полосе частот 0…400 ГГц. Взаи­мосвязь основных понятий электромагнит­ной совместимости приведена на рисунке

3. Классификация электромагнитных помех.

В качестве ЭМП может фигурировать практически любое электромагнитное явление в широком диапазоне частот, способное негативно влиять на работу аппаратуры. Ниже представлена  краткая классификация помех, которая широко используется инженерами, работающими в области ЭМС.

В зависимости от источника ЭМП можно разделить на естественные и искусственные. Естественная помеха: электромагнитная помеха, источником которой являются природные физические явления. Наиболее распространенной естественной ЭМП является электромагнитный импульс при ударе молнии.

Искусственная помеха: электромагнитная помеха, источником которой является устройство, созданное человеком.

В зависимости от среды распространения ЭМП могут разделяться на индуктивные и кондуктивные. Индуктивными называются ЭМП, распространяющиеся в виде электромагнитных полей в непроводящих средах. Кондуктивные ЭМП представляют собой токи, текущие по проводящим конструкциям и земле. Деление помех на индуктивные и кондуктивные является условным. В реальности протекает единый электромагнитный процесс, затрагивающий проводящую и непроводящую среду. В ходе распространения многие помехи могут превращаться из индуктивных в кондуктивные и наоборот. Так, переменное электромагнитное поле способно наводить токи в кабелях, которые далее распространяются как классические кондуктивные помехи. С другой стороны, токи в кабелях и цепях заземления сами создают электромагнитные поля, т.е., индуктивные помехи. Деление помех на индуктивные и кондуктивные можно считать относительно строгим лишь в низкочастотной (до десятков кГц) области, когда емкостные и индуктивные связи обычно малы.

    Кондуктивные помехи в цепях, имеющих более одного проводника, принято также делить на помехи «провод — земля» (синонимы — несимметричные, общего вида, Common Mode) и «провод-провод» (симметричные, дифференциального вида, Differential Mode). В первом случае («провод-земля») напряжение помехи приложено, как следует из названия, между каждым из проводников цепи и землей. Во втором — между различными проводниками одной цепи. Обычно самыми опасными для аппаратуры являются помехи «провод-провод», поскольку они оказываются приложенными так же, как и полезный сигнал.

Схема приложения помехи «провод-земля» (а) и «провод-провод» (б).

     Следующие два способа классификации помех основываются на их спектральных характеристиках.  ЭМП делятся на узкополосные и широкополосные . К первым относятся помехи спектр которых близок к линейчатому — максимальный уровень на основной частоте, пики меньшего уровня на частотах гармоник. Такие помехи обычно возникают от систем связи на несущей частоте, систем питания переменным током. Широкополосные помехи обычно проявляются в виде либо отдельных импульсов, либо их последовательности. Спектр периодических широкополосных помех состоит из большого набора пиков на частотах, кратных частоте основного сигнала. Для апериодических помех спектр является непрерывным и описывается спектральной плотностью.

    Другой спектральной характеристикой эмси является область частот, в которой лежит основная часть спектра помехи. Условно принято делить все помехи на низкочастотные (5 — 2 кГц) и высокочастотные (с частотой выше 2 кГц). Иногда также вводят понятия радиочастотной помехи (диапазон — от 150 кГц до 1 ГГц) и СВЧ-помехи (порядка нескольких ГГц).

Непрерывная помеха: электромагнитная помеха, уровень которой не уменьшается ниже определенного значения в регламентированном интервале времени.

Кратковременная помеха: электромагнитная помеха, длительность которой, измеренная в регламентированных условиях, меньше некоторой величины, регламентированной для данного технического средства.

Индустриальная помеха: электромагнитная помеха, создаваемая техническими средствами.

Импульсная помеха: электромагнитная помеха в виде одиночного импульса, последовательности или пачки импульсов.

Шумовая помеха: электромагнитная помеха, источником которой является электромагнитный шум.