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Perú, calidad que deja huella

ENSAYOS DE COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (EMC)

Donny Taipe Araujo.


• Conocer la importancia de realizar los ensayos de EMC a los instrumentos de medición.

1.- OBJETIVOS:


¿QUÉ ES LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA?

La Compatibilidad Electromagnética (EMC, del inglés “Electromagnetic

Compatibility”) se define como:

“Aptitud de un dispositivo, de un aparato o de un sistema para funcionar en su

ambiente electromagnético sin perturbar o ser perturbado por ella”, es decir:

• No causar interferencia

• No es susceptible a emisiones

• No genera interferencia a sí mismo

2.- COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA:


2.- COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA:

• EMI: Interferencia Electromagnética o emisión.

• EMS: Susceptibilidad Electromagnética o inmunidad.

EMI EMS

EMC


2.1.- AMBIENTE ELECTROMAGNÉTICO:


2.3.- TIPOS DE COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA:

FUENTE ACOPLAMIENTO RECEPTOR

RA

DIA

DA


ACOPLAMIENTO

2.3.- TIPOS DE COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA:

CO

ND

UC

IDA

RECEPTORFUENTE


2.4.- TIPOS DE PERTURBACIONES:

El acoplamiento (medio, camino) es difícil de identificar, debido a ello se ha descrito en términos generales de:

• CORRIENTE O TENSIÓN,

• CAMPO ELÉCTRICO,

• CAMPO MAGNÉTICO O

• ALGUNAS COMBINACIÓN DE LAS ANTERIORES.


3.- METROLOGÍA LEGAL

Consiste en ejercer controles metrológicos de los instrumentos de medición.

¿Control metrológico?

Los controles metrológicopueden comprender,

para:

--Aprobación de modelo (tipo)- Verificación inicial- Verificación después de reparación omodificación- Verificación periódica- Inspección


3.1.- ¿QUÉ ES APROBACIÓN DE MODELO?

Dictaminar si un determinado tipo o modelo de instrumento de medición es adecuado para cumplir con las acciones para las cuales ha sido diseñado y construido.


3.2.- ENSAYOS DE APROBACIÓN DE MODELO

ENSAYOS DE ASPECTO MECÁNICO

ENSAYOS LIGADOS AL ASPECTO ELÉCTRICO –ELECTRÓNICO. EMC


3.3.- ENSAYOS DE EMC INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN:

# INSTRUMENTO NMP Ensayos Norma IEC

Nº 1

MEE NMP 014 7.5.2. Ensayos de inmunidad a las descargas electrostáticas

IEC 61000-4-2B NMP 003 B.3.4. Descargas electrostáticas

MFL NMP 005 9.4.1. Descargas electrostáticas

Nº 2

MEE NMP 014 7.5.3. Ensayos de inmunidad de campos electromagnéticos de RF

IEC 61000-4-3B NMP 003 B.3.5. Inmunidad a campos electromagnéticos radiados

MFL NMP 005 9.4.2 Susceptibilidad electromagnética

Nº 3

MEE NMP 014 7.5.5. Ensayos de inmunidad a las perturbaciones conducidas, inducidas por campos de RF

IEC 61000-4-6B NMP 003 B.3.6. Inmunidad a campos de radiofrecuencia transmitidos por conducción

MFL

Nº 4

MEE NMP 014 7.5.4. Ensayos de transitorios eléctricos rápidos en ráfagas

IEC 61000-4-4B NMP 003 B.3.2. Incrementos repentinos de tensión (ráfagas eléctricas)

MFL NMP 005 9.5.4 Transitorios eléctricos

Nº 5

MEE NMP 014 7.1.2. Ensayo de la influencia de la tensión de alimentación: Huecos e interrupciones breves

OIML D11B NMP 003 B.3.1. Caídas de tensión de red de CA e interrupciones breves

MFL NMP 005 9.5.1 - 9.5.5. Variación de tensión de alimentación (AC y DC)

Nº 6

MEE NMP 014 7.5.6, Ensayo de inmunidad de ondas de choque

IEC 61000-4-5B NMP 003 B.3.3. Ondas de choque

MFL NMP 005 9.5.3. Inmunidad de ondas de choque

Nº 7

MEE NMP 014 7.5.7. Ensayo de inmunidad de ondas oscilatorias amortiguadas

IEC 61000-4-12B

MFL

Nº 8

MEE NMP 014 7.5.8. Supresión de las interferencias radioeléctricas.

CISPR 22B

MFL


Nº de ensayos ESE Ensayos Breve descripción del ensayo / Alcance

Nº 1

MEE-NMP 014

7.5.2. Ensayos de inmunidad a las descargas electrostáticas

Aplicar 10 descargas por contacto aplicando una tensión de ensayo de 8 kV . Si no hay parte metálica para el contacto se aplica una descarga al aire de 15 kV

B-NMP 003

B.3.4. Descargas electrostáticasTensión continua hasta 6 kV inclusive para las descargas por contacto y 8 kV para las descargas en el aire.

MFLNMP 005

9.4.1. Descargas electrostáticasAplicar 10 descargas directas (contacto) 6 kV con intervalos de 1s ó 20 descargas indirectas (por aire) de 8 kV.

Nº 2

MEE-NMP 014

7.5.3. Ensayos de inmunidad de campos electromagnénitos de RF

Longitud de cable expuesto al campo: 1mBanda de frecuencia: 80 MHz a 2000 MHzPortadora modulada en 80 % AM 1kHz de onda sinusoidal.

B-NMP 003

B.3.5. Inmunidad a campos electromagnéticos radiados

Rango de frecuencia: 80 MHz-2 000 MHzIntensidad de campo: 10 V/mModulación: 80 % AM, 1 kHz, onda sinusoidal

MFLNMP 005

9.4.2 Suceptibilidad electromagnética Radio Frecuencia desde 26 MHz hasta 1 GHz

Nº 3

MEE-NMP 014

7.5.5. Ensayos de inmunidad a las perturbaciones conducidas, inducidas por campos de radiofrecuencia

Se aplica una frecuencia en el intervalo de 150 kHz a 80 MHz a un nivel de tensión de 10 V.

B-NMP 003

B.3.6. Inmunidad a campos de radiofrecuencia transmitidos por conducción

Rango de frecuencia: 0,15 MHz-80 MHzAmplitud de RF (50Ω):10 V (emf)Modulación: 80 % AM, 1 kHz, onda sinusoidal

MFLNMP 005


3.4.- NORMATIVA PARA ENSAYOS DE EMC

Nombre presentación_Calibri regular 12 pt.

Normativa internacional Descripción

IEC 61000-4-2 Ed 2. Ensayo de inmunidad de descargas electrostáticas.

IEC 61000-4-3 Ed 3.2 Ensayo de inmunidad de campos electromagnéticos de radio

frecuencia.

IEC 61000-4-4 Ed 3. Ensayos de inmunidad a los transitorios rápidos en ráfaga.

IEC 61000-4-5 Ed 3. Ensayo de inmunidad a las ondas de choque.

IEC 61000-4-6 Ed 4. Inmunidad a las perturbaciones conducidas, inducidas por los campos

de radiofrecuencia.

IEC 61000-4-11 Ed 2 Ensayo de inmunidad de caídas de tensión, interrupciones breves y

variaciones de tensión.

IEC 61000-4-12 Ed. 2. Ensayo de inmunidad de ondas oscilatorias amortiguadas.


DESCARGAS ELECTROSTÁTICA:

EQUIPOS E INSTRUMENTOS:

• Pistola para descarga electrostática que permiten descargas de tensión de hasta 16,5 kV para descargas de aire y hasta 9 KV para descargas de contacto

• Cuarto de ensayo (apantallado)

• Mesa de ensayos con plano de acoplamiento horizontal ; incluyendo set de resistencias de puesta a tierra.

• Multímetro.

4.- DESARROLLO:


A. Descarga electrostática directa

Este ensayo está dividido por descargas por contacto y por aire.• La descarga por contacto para nuestro caso no aplica divido a que el

instrumento (ESE) no tiene partes metálicas, por ello no se realizó.• La descarga por aire se realizó para +8 kV y -8 kV. Para realizar este ensayo

se colocó en la 'pistola' una 'punta-electrodo’. • Se registra el valor de la indicación antes de la perturbación de descarga.• Se aplica 10 descargas de nivel 3, descargas en +8 kV y -8 kV. El tiempo entre

una y otra descarga es de aproximadamente, 5 s a 10 s .• Se registra el valor de la indicación después de la perturbación de descarga

u otra observación.

PROCESO DE ENSAYO:




Resultados del ensayo

Indicación sin perturbación (kg) 0,100

Descargas Por contacto Por aire

Tensión de descarga (kV) +2 -2 +4 -4 +6 -6 +8 -8

Indicación - I (kg) NA NA NA NA NA NA 0,100 0,100

Fallas significativas (I > e) --- --- --- --- --- --- --- ---

Registro de ensayo Descarga electrostática directa


B. Descargas electrostáticas indirectas

PROCESO DE ENSAYO:

• Se realizan 10 descargas para cada una de los siguientes valores: +2 kV , -2 kV , +4 kV , -4 kV, +6 kV , -6 kV , +8 kV , -8 kV . Esto se hace en la horizontal, vertical frontal, vertical trasera, vertical lateral directa y vertical lateral izquierda.

• Se pone en contacto la pistola ESD con el ESE, se genera la descarga, se cuenta hasta 10, y nuevamente se genera una descarga. Esto es 10 veces.

NOTA: La separación entre la plancha y el ESE debe ser de 10 cmA diferencia que el ensayo de descarga electrostática directa, en esta la pistola ESD no se descarga a la línea tierra.



Resultados del ensayo - plano horizontalIndicación sin perturbación (kg) 0,100Descargas Por contactoTensión de descarga (kV) +2 -2 +4 -4 +6 -6Indicación - I (kg) 0,100 0,100 0,100 0,100 0,100 0,100Fallas significativas (I > e) --- --- --- --- --- ---


Registro del ensayo de descargas electrostáticas indirectas


ENSAYOS DE INMUNIDAD A LOS TRANSITORIOS RÁPIDOS EN RÁFAGA.

• Generador de ráfagas/transitorios rápido “EFT/burst” conforme a IEC/EN 61000-4-4:2012 Ed.3

• Clamp


PROCESO DE ENSAYO

1.- Se registra la indicación sin perturbación.2.- Se aplica nivel de severidad 2 / tiempo 60 s para cada polaridad / Voltaje de 1 kV.3.- Se configura L1, L2 y L3:

• Conexión L1 (Fase)



• Conexión L2 (Neutro)

• Conexión L3 (Tierra)

4.- Se registra la indicación después de perturbar u otra observación que se tiene. La diferencia entre la indicación sin perturbación y después de la perturbación debe ser menor a la división de verificación (e).



Carga aplicada

(g)

Conexión

Polaridad

Resultados

L1 L2 PE

Fallas Significativas > eIndicación

(kg) NOSI (Obs.)

100

Sin perturbación 0,100 --- --- . Positiva 0,100 --- ---

Negativa 0,100 --- ---Sin perturbación . Positiva 0,100 --- ---

Negativa 0,100 --- ---Sin perturbación

. Positiva 0,100 --- ---Negativa 0,100 --- ---


Registro de los resultados del ensayo:


ENSAYO DE CAÍDAS DE TENSIÓN DE RED E INTERRUPCIONES BREVES


• Generador de caídas de tensión, interrupciones breves de acuerdo a la Norma IEC 61000-4-11 Ed 2

• Variac


PROCESO DE ENSAYO:

1. Se aplica la reducción de voltaje en el variac, para este caso es de un 100% de voltaje nominal, luego configurar en el software del generador el tiempo de duración de 0,5 número de ciclo, cada 10 s , esto se repetirá 10 veces.

2. De la misma forma que en (1), configurar el 50% de voltaje nominal, con una duración de 1 número de ciclo, cada 10 s , esto se repetirá 10 veces.

3. En todo ese momento se observará el indicador para ver si hay algún cambio, si lo hay anotar como observación, en nuestro caso es de 0,100 kg en todo momento.



Carga Aplicada (g)

Reducción (% de

VN)

Duración (Ciclos)

Número de Perturbaciones

(s)

ResultadosIndicación I (kg) NO SÍ

(obs.)

100 Sin perturbación 0,100 --- ---

100 0,5 10 0,100 --- ---

50 1 10 0,100 --- ---


Registro de los resultados del ensayo:


INMUNIDAD A CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS RADIADOS

EQUIPO E INSTRUMENTOS:

• Generador de señal,

• Amplificador de señal - Power Amplifier

• Coaxial Attenuator

• Cell GTEM

• Monitor donde se visualiza el ‘display’ de la balanza.

• Monitor de un computador donde se visualiza la gráficas por medio de un software

• Cámara de video, blindada para que no sufra interferencias. Esta cámara nos permite

visualizar el interior de la celda GTEM en un monitor externo



Las celdas TEM (Modo Electromagnético Transversal

GTEM


NOTA: EN EL CASO DE REALIZAR EN UNA CÁMARA ANECÓICA

El equipamiento recomendado para la realización de los ensayos es el siguiente:

1. Cámara anecoica

2. Filtros de EMI

3. Generador de señales RF

4. Antenas

5. Amplificadores de potencia, para amplificar la señales provenientes del generador de señales RF y

obtener el nivel de intensidad de campo necesario

6. Sensor isotrópico de intensidad de campo

7. Equipamiento asociado para la grabación de los niveles de potencia requeridos para obtener la

intensidad de campo y controlar la generación del nivel de ensayo.




CÁMARA ANECÓICA O SEMIANECÓICA



PROCESO DE ENSAYO:

1.- Colocar el ESE en la cell GTEM y estabilizar a las condiciones ambientales adecuadas, una hora

aproximadamente.

2.- Se conectó el ESE a una línea de alimentación eléctrica e inmediatamente se midió la salida de ésta.

Para nuestro ensayo fue de 120,7 V en CA.

3.- Se registra la indicación sin perturbación, para nuestro caso fue de 0,100 kg, esto se visualiza con

una cámara instalada en el interior de la celda GTEM

4.- Según nuestro procedimiento los parámetros de ensayo son:

– Frecuencia: de 80 - 1 000 MHz y

– Campo: 3 V/m

– Modulación: 80% AM, 1 KHz onda senoidal.



PROCESO DE ENSAYO:

5.- Teniendo las consideraciones precedentes, se da inicio al software; que viene con los equipos

adquiridos, se coloca los parámetros como: frecuencia, campo, modulación y otros detalles, tal

como se muestra.

6.- En la celda GTEM se coloca el ESE, ubicando éste en la zona de trabajo que viene

demarcado, caracterizado por el proveedor cuando se adquiere el equipo.

7.- Teniendo conocimiento la zona donde se ubicará el ESE, acomodar éste y el visor de la

cámara, para poder visualizar.

8.- Acomodar el ESE en la dirección. En polarización vertical (el ESE de forma: frontal, derecho,

izquierdo y trasero), en polarización horizontal (el ESE de forma: frontal, derecho, izquierdo y

trasero)


INMUNIDAD A LAS PERTURBACIONES CONDUCIDAS, INDUCIDAS POR LOS CAMPOS DE RF.


• Generador de señal

• Amplificador de señal

• Acoplamiento, desacoplamiento de red (Coupling-Decoupling-Network/CDN).

• Coaxial Attenuator

• Electromagnetic Injection Clamp . Usado para el ensayo de inmunidad de campos

electromagnéticos conducidos, en las líneas I/O y líneas de comunicación, si existen.

• Osciloscopio.

• Software del generador de señal



Ensayo de inmunidad de campos electromagnéticos conducidos, en las líneas de

alimentación.

PROCESO DE ENSAYO:

1.- Colocar el ESE en la mesa de ensayo y dar un tiempo para la aclimatación.

2.- Realizar la conexiones e instalaciones pertinentes para este ensayo, el cual se usarán los

siguientes equipos e instrumentos:

(1) Generador de señal

(2) Amplificador de señal

(3) Atenuador

(4) Acoplamiento, desacoplamiento de red (CDN).

(5) Osciloscopio

(6) ESE


1

5

6

43

2



3.- Las conexiones e instalación será de la siguiente forma:

• El generador de señal es conectado al amplificador.

• Una salida del amplificador está conectado con el atenuador.

• La salida del atenuador es conectado al CDN.

• El CDN tiene tres salidas, una para el osciloscopio, otra para el atenuador y para un tomacorriente. En este tomacorriente será conectado el ESE.

Atenuador

OsciloscopioESE



4.- Se confirgura el software, de acuerdo al ensayo a realizar. Para nuestro ensayo será:

• Rango de frecuencia: 0,15 – 80 MHz

• Modulación: 80 % AM• Frecuencia de modulación: 1 kHz• Pasos de incremento: 1 % del

anterior• Amplitud de RF (50 ohms): 10 V• Tiempo de permanencia en cada

frecuencia: 2,9 s



5.- De acuerdo a los parámetros ingresados el tiempo del ensayo durará 30 min, aproximadamente.

6.- Teniendo todo armado se registra la indicación sin perturbación, para nuestro caso fue de 0,100 kg.

7.- Durante los 30 min que dura el ensayo se observa si hay un cambio en el ‘display’ de la balanza, cualquier observación se registrará. La diferencia entre la indicación sin perturbación y después de la perturbación debe ser menor a la división de verificación (e).


Ensayo de inmunidad de campos electromagnéticos conducidos, en las líneas I/O y líneas de comunicación.PROCESO DEL ENSAYO:


1.- Colocar el ESE en la mesa de ensayo y dar un tiempo para la aclimatación.2.- Realizar la conexiones e instalaciones pertinentes para este ensayo, el cual se usarán los siguientes equipos e instrumentos:

(1) Generador de señal(2) Amplificador de señal(3) Atenuador (4) Electromagnetic Injection Clamp(5) Osciloscopio(6) ESE


1

5

643

2

Ensayo de inmunidad de campos electromagnéticos conducidos, en las líneas I/O y líneas de comunicación.



3.- Las conexiones e instalación será de la siguiente forma:

• El generador de señal es conectado al amplificador.

• Una salida del amplificador está conectado con el atenuador.

• La salida del atenuador es conectado al Clamp.

• El Clamp, tiene una entrada para el acoplador.

• El cable de líneas I/O o de comunicación, pasan por el Clamp, luego este se cierra. Un

extremo del cable estará conectado al ESE y el otro al osciloscopio.


PROCESO DEL ENSAYO

Atenuador

Cable de señal de datos, etc

ESE

Clamp


4.- Se configura el software, de acuerdo al ensayo a realizar. Para nuestro ensayo será:

• Rango de frecuencia: 0,15 MHz – 80 MHz

• Modulación: 80 % AM

• Frecuencia de modulación: 0,5 kHz

• Pasos de incremento: 1 % del anterior

• Amplitud de RF (50 ohms): 10 V

• Tiempo de permanencia en cada frecuencia: 2,9 s

5.- De acuerdo a los parámetros ingresados el tiempo del ensayo durará 30 min, aproximadamente.

6.- Teniendo todo armado se registra la indicación sin perturbación, para nuestro caso fue de 0,100 kg.

7.- Durante los 30 min que dura el ensayo se observa si hay un cambio en el ‘display’ de la balanza,

cualquier observación se registrará. La diferencia entre la indicación sin perturbación y después de la

perturbación debe ser menor a la división de verificación (e).



• En la actualidad, debido al gran avance tecnológico estamos muy rodeados de sistemas que contienen componentes eléctricos y electrónicos, los cuales pueden ser susceptibles y/o generar perturbaciones electromagnéticas, por ello es la importante realizar los ensayos de EMC a los instrumentos de medición .

6.- CONCLUSIÓN:


[email protected].

Gracias

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