منظور از تداخل الکترومغناطیسی یا نویز EMI سیگنال ناخواسته ای است که در سیگنال های کنترل، مانیتورینگ و ارتباطی اختلال ایجاد می کند. EMI شامل دو نوع: تداخل هدایتی و تداخل تشعشعی می باشد.
مطابقت الکترومغناطیسی(EMC)
توانایی یک تجهیز الکتریکی/الکترونیکی برای عملکرد بدون مشکل در یک محیط الکترومغناطیسی، مطابقت آن تجهیز با محیط الکترومغناطیسی یا EMC نامیده می شود. بدین ترتیب تجهیز موردنظر نباید تزاحم یا تداخل برای تجهیزات دیگری که در آن مکان قرار گرفته اند، ایجاد نماید.
دستور العمل های EMC بر مطابقت با محدوده فرکانس رادیویی هنگام استفاده از VFD تاکید دارند. محدوده فرکانس رادیویی از ۹KHz آغاز می شود اما دستورالعمل ها عموما برای فرکانس های بیش از ۱۵۰KHz به کار می روند.
چون VFD به عنوان منشا تداخل مطرح می شود، تمامی تجهیزاتی که از طریق اتصال الکتریکی یا هوابرد با درایو در ارتباط اند، مورد بررسی مطابقت EMC قرار می گیرند. بر این اساس سیستم درایو که شامل اجزا مرتبط نیز می باشد، به اندازه ضعیف ترین جزء خود به لحاظ EMC؛ ضعیف است. شکل زیر به مفهوم مطابقت الکترومغناطیسی یک سیستم درایو اشاره دارد.
تداخل هدایتی
تداخل هدایتی نوعی از تداخل الکترومغناطیسی است که از طریق هادی به اجزا دیگر سیستم منتقل می شود. از طریق روش های زیر می توان منابع تولید نویز هدایتی را محدود کرد.
- استفاده از فیلتر RFI برای تداخل فرکانس بالا
- استفاده از هسته فریت در نقاط اتصال کابل های قدرت.
- استفاده از چوک ورودی AC یا چوک DC که علاوه بر حذف هارمونیک تداخل فرکانس بالا را نیز کاهش می دهد.
- استفاده از فیلتر خروجی
همچنین در ادامه دسته انواع تداخل های هدایتی و راهکار های مقابله با هر کدام به طور ویژه بیان می شود.
تزویج امپدانسی
تزویج امپدانسی زمانی پیش می آید که منابع ایجاد تداخل مسیر های جریان یکسان به زمین داشته باشند. همان طور که در شکل زیر ملاحظه می شود، تغییر جریان یک مدار نسبت به زمین می تواند سبب تغییر ولتاژ ناشی از امپدانس مشترک شود.
در شکل زیر ملاحظه می شود که امپدانس زمین درایو بین دو حلقه مداری مشترک است. بدین ترتیب متاثر از جریان نشتی خازنی، امکان افزایش ولتاژ امپدانس زمین درایو وجود دارد.
برای مقابله با تزویج امپدانسی می توان از راهکار های زیر استفاده کرد:
- اتصال به زمین از یک نقطه انجام گیرد تا بین نقاط اتصال به زمین امپدانسی وجود نداشته باشد.
- اندوکتانس هادی اتصال به زمین برای جلوگیری از تزویج فرکانس بالا و شکل گیری Ground Loop حتی المقدور کوتاه باشد. بدین منظور می بایست نسبت طول به عرض هادی اتصال دهنده حداکثر ۵ باشد. لازم به ذکر است در عمل این کار از اتصال زمین به یک نقطه جلوگیری می کند و مورد اول نقض می شود.
تزویج خازنی
تداخل خازنی از طریق تغییرات میدان الکتریکی ایجاد می شود. این نوع تزویج مابین مداراتی که دارای خازن شنتی هستند، امکان ظهور و بروز دارد. ولتاژ ناشی از این نوع تداخل که با Un نشان داده شده است، وابسته به فرکانس، خازن نشتی و منبع تداخل دارد.
مقابله با تزویج خازنی از طرق زیر امکان پذیر است:
- کاهش خازن نشتی بین مدار ها. برای این منظور استفاده از بدنه فلزی برای تجهیزات، هادی های شیلد شده، صفحه زمین بین هادی ها و افزایش فاصله بین هادی ها پیشنهاد می شود.
- کاهش امپدانس زمین مدار برای کاهش تاثیر تزویج خازنی.
تزویج القایی
منشا تزویج القایی، میدان مغناطیسی ناشی از جریان تولید شده توسط منبع تداخل می باشد که حول هادی حامل جریان به وجود می آید. همان طور که در شکل زیر ملاحظه می کنید، میدان مغناطیسی مربوطه در صورت تغییر با زمان در هر حلقه بسته ای که در معرض آن قرار گیرد، ولتاژ القا می کند و سبب تداخل می گردد.
در فرمول زیر نیز مشاهده می شود که ولتاژ القایی در یک حلقه بسته علاوه بر جریان هادی تولید کننده میدان تداخلی، به فرکانس جریان مذکور و اندوکتانس متقابل دو مدار بستگی پیدا می کند. اندوکتانس متقابل خود متاثر از سطح مقطع مدار بسته ی قطع کننده میدان مغناطیسی و فاصله ی آن تا هادی مولد میدان می باشد.
مقابله با تزویج القایی از طریق روش های زیر صورت می گیرد:
- کاهش اندوکتانس متقابل بین مدار ها. کاهش اندوکتانس با استفاده از جفت سیم تابیده شده (Twisted Pair) به عنوان کابل سیگنال، افزایش فاصله بین هادی ها، کاهش وسعت حلقه مدار با ایزولاسیون گالوانیک و اجتناب از موازی شدن هادی ها و سیم پیچی ها امکان پذیر است.
- فیلتر کردن محتوای فرکانس بالا در منبع تداخل.
- ایجاد مسیر جدید برای منبع تداخل جهت تضعیف انرژی آن: شیلد با نقوذ پذیری مغناظیسی بالا برای بستن مسیر شار مغناطیسی و جلوگیری از ایجاد تداخل در هادی موردنظر به کار می رود و استفاده از شیلد یا یک محفظه فلزی برای جلوگیری از تداخل فرکانس بالا نیز مفید است.
تداخل تشعشعی
انرژی الکترومغناطیسی در فضای آزاد به صورت موج انتشار می یابد. در نتیجه هر سیم هادی جریان یا هر هادی به عنوان قسمتی از یک مدار الکتریکی، پتانسیل تبدیل شدن به آنتن یا مدل تداخل الکترومغناطیسی را دارد. در مقابل هر هادی می تواند به عنوان گیرنده عمل کند.
زمانی که ابعاد آنتن به به بیش از ۰٫۰۱ طول موج یک فرکانس برسد (فرکانس بالای ۱۰ MHz)، بازده آن آنتن افزایش می یابد. بنابراین ابعاد و فرکانس های کاری مدار های دیجیتال معمول در این محدود قرار می گیرند.
از جمله اقدامات بنیادین برای مقابله با تداخل تشعشعی موارد زیر را درنظر بگیرید:
- استفاده از ساختار های شبکه ای یا صفحات زمین به عنوان زمین محلی.
- استفاده از کابل شیلددار.
- استفاده از محفظه فلزی برای تجهیزات.
- جلوگیری از ایجاد آنتن ناخواسته. (توجه به شکل هادی)
- اتصال به زمین به صورت متقارن در فواصل کوتاه. (کمتر از ۰٫۱ طول موج)
در مجموع برای جلوگیری از تداخل الکترومغناطیسی از طریق هوا، همه اجزا سیستم درایو بر اساس تعریف ارائه شده؛ می بایست تشکیل قفس فارادی بدهند. اجزا سیستم درایو شامل: تابلو، محفظه های جانبی، کابل، موتور و غیره می باشد. برای اطمینان از پیوستگی قفس فارادی راهکار هایی برای اجزا سیستم درایو ارائه می شود که در زیرعنوان های این بخش قابل ملاحظه است.
تابلو برق و محفظه ها
- تابلو می بایست در سطوحی بدون رنگ و بدون خوردگی به صفحات یا در متصل شود.
- اتصالات می بایست از طریق واشر فلزی انجام شود.
- از صفحات بدون رنگ برای نصب استفاده شود تا یک نقطه زمین مشترک برای اجزا فلزی تابلو مهیا شود.
- بیشینه قطر سوراخ های محفظه ۱۰ cm است که برابر ۱ طول موج فرکانس ۳۰۰ MHz می باشد و در تست های EMC پذیرفته شده است. سوراخ های بزرگتر از ۱۰ cm می بایست با قاب فلزی پوشانده شوند.
- جداسازی کابل ورودی تغذیه و کابل خروجی VFD از طریق صفحه فلزی انجام گیرد. لازم به ذکر است زمانی که اجزائی چون کنتاکتور و کلید ازوله برای Change-Over استفاده می شوند، اجرا کردن ایزولاسیون دشوارتر است.
کابل کشی و سیم کشی
- استفاده از کابل شیلددار و همچنین گلند مناسب برای اتصال مناسب شیلد کابل قدرت و کنترل به زمین.
- جداسازی کابل کشی کابل های قدرت و کنترل.
- استفاده از سیم های تابیده شده برای جلوگیری از تداخل.
امپدانس انتقال
امپدانس انتقال موج الکترومغناطیسی ایجاد کننده تداخل تشعشعی می بایست کمتر از ۱۰۰ mW/m در محدود فرکانس ۱۰۰ MHz باشد تا بتوان از تشعشع آن به محیط جلوگیری کرد. بیشترین تاثیر را بر جلوگیری از تشعشع، شیلد آلومینومی و خرطومی فلزی دارند.
همچنین با افزایش طول کابل نیازمندی به امپدانس انتقال کمتر احساس می شود. شکل زیر نشانگر ایمنی انواع کابل کشی با توجه به امپدانس انتقال است.
منبع:گروه الکترونیک قدرت دانشگاه تهران
