Kompatybilność elektromagnetyczna w przemyśle motoryzacyjnym

Problemami związanymi z wpływem środowiska elektromagnetycznego na urządzenia zajmuje się dziedzina zwana kompatybilnością elektromagnetyczną (EMC). Każdy pojazd oraz podzespół elektryczny/elektroniczny pojazdu musi mieć homologację. Istnieje jasne wymaganie prawne dotyczące procesu homologacji pojazdów i ich podzespołów. W przypadku kompatybilności elektromagnetycznej wymagana jest zgodność produktów z wymaganiami Regulaminu EKG ONZ nr 10 (lub równorzędnymi dyrektywami).

Zakres badań

W trakcie badań wykonywanych na rzecz homologacji sprawdza się, czy urządzenie może zaburzać pracę innych oraz czy samo nie jest podatne na takie zaburzenia. Jest to szczególnie istotne w przypadku urządzeń mających tzw. „funkcje związane z odpornością” przywoływane przez Regulamin EKG ONZ nr 10 jako:

• funkcje związane z bezpośrednim kierowaniem pojazdem;
• funkcje związane z ochroną kierowcy, pasażera oraz innych użytkowników drogi;
• funkcje, których zakłócenie powoduje dezorientację kierowcy lub innych użytkowników drogi;
• funkcje związane z działaniem magistrali danych w pojeździe;
• funkcje, których zakłócenie wpływa na wymaganą przepisami rejestrację danych dotyczących jazdy: tachograf, drogomierz;
• funkcje związane z trybem ładowania przy podłączeniu do sieci elektroenergetycznej.

W zakresie EMC

Obszar badawczy EMC dzieli się na cztery główne grupy:

• pomiar emisji zaburzeń promieniowanych;
• pomiar odporności na zaburzenia promieniowane;
• pomiar emisji zaburzeń przewodzonych;
• pomiar odporności na zaburzenia przewodzone.

Badania emisji zaburzeń promieniowanych (szeroko- i wąskopasmowych) wykonuje się na zgodność z normami z serii CISPR. Najczęstszymi powodami ich występowania są: szum indukowany w przewodach, nieskuteczne odsprzęganie obwodów drukowanych, wadliwe zakończenie przewodu, urządzenia peryferyjne niespełniające wymagań, wybór zasilacza niewłaściwej klasy, rozmieszczenie komponentów (w tym kondensatorów odsprzęgających i ich ścieżek), duże pętle prądowe.

Odporność promieniowana badana jest wg serii norm ISO 11451 (odporność pojazdów) oraz ISO 11452 (odporność podzespołów). Obiekt badany poddawany jest działaniu pola elektromagnetycznego o określonej normami modulacji i natężeniu, co ma symulować pracę urządzenia w charakterystycznym środowisku elektromagnetycznym. Służy to weryfikacji poprawności jego działania pod wpływem zaburzeń. Tak jak w przypadku emisji, duże znaczenie ma tutaj odpowiednie ekranowanie okablowania oraz obwodu drukowanego, a także odpowiednie filtrowanie sygnałów.

Badania zaburzeń przewodzonych przeprowadza się zgodnie z serią norm ISO 7637, jak również serią norm EN 61000. W skład tych badań wchodzą:

• Pomiary emisji stanów przejściowych w trakcie włączania i wyłączania urządzeń – niektóre urządzenia w trakcie włączania/wyłączania generują skoki napięcia, które jeśli przekraczają dopuszczalne limity, potrafią uszkodzić elementy instalacji lub inne urządzenia;
• Sprawdzenia odporności na przejściowe stany nieustalone, tzw. impulsy – to badanie symuluje impulsy elektryczne pojawiające się w instalacji pojazdu podczas np. rozruchu pojazdu, załączaniu przekaźników, itp.;
  Emisje zaburzeń radiowych przewodzonych wzdłuż linii zasilania – zaburzenia radiowe o względnie niskich częstotliwościach przewodzone są do sieci energetycznej i mogą powodować jej niepoprawne funkcjonowanie oraz zaburzać pracę innych urządzeń podpiętych do instalacji w niedużej odległości od urządzenia generującego zaburzenia;
• Emisje harmonicznych generowanych z urządzenia do sieci energetycznej – zbyt wysokie wartości prądów harmonicznych mogą powodować przegrzewanie się i spadek wydajności źródła zasilania oraz mają wpływ na jakość energii dostarczanej do innych urządzeń w sieci elektroenergetycznej;
• Emisje zmian napięcia, wahań napięcia i migotania światła w przewodach prądu przemiennego – określany jest wpływ na źródła światła podłączone do tej samej sieci elektroenergetycznej;
• Odporność na szybkie elektryczne zaburzenia przejściowe/impulsowe przewodzone wzdłuż linii zasilania AC (tzw. BURST) – niskoenergetyczne, ale wysokonapięciowe impulsy generowane m.in. przez: przełączanie przełączników elektrycznych w pobliżu, pojemnościowe sprzężenia zakłóceń w wiązce z przełączanych obciążeń, silniki i przekaźniki elektromechaniczne, stateczniki do lamp fluorescencyjnych;
• Odporność na udary przewodzone wzdłuż linii zasilania AC (tzw. SURGE) – wysokoprądowe, względnie długotrwałe impulsy generowane m.in. przez: przełączanie zasilania, uszkodzenia izolacji w sieci energetycznej, przełączanie obciążeń biernych (np. silniki) w pobliżu, przepalanie bezpieczników, pobliskie (pośrednie) wyładowanie atmosferyczne.

W praktyce

Dla przeciętnego użytkownika pojazdu pojęcie kompatybilności elektromagnetycznej jest czymś kompletnie nieznanym, a niewielka część użytkowników, która o tej dziedzinie słyszała, utożsamia ją z tzw. sianiem, czyli emisją zaburzeń promieniowanych. Powszechne jest stwierdzenie, że urządzenia/pojazdy nie powinny siać, a zgodnie z powyższym należy mieć świadomość, że poprawnie rozumianą kompatybilność elektromagnetyczną stanowi seria pomiarów różnych wartości fizycznych oraz sprawdzeń odporności na różnego rodzaju anomalie. Niestety w kanałach nowoczesnej sprzedaży wciąż można zakupić m.in. gadżety, alarmy, systemy wspomagania parkowania i inne urządzenia, które nie zostały przebadane pod kątem EMC. Zachowanie czujności podczas zakupu tego typu urządzeń jest podstawą do zachowania pełni bezpieczeństwa i funkcjonalności pojazdu.

Laboratorium badawcze

Nadzieję przynosi fakt, że w ostatnim czasie można zaobserwować wzrost świadomości oraz zainteresowania tematyką EMC w środowisku producentów elektroniki, jak również konsumentów. Względnie droga aparatura do badań powodowała do niedawna trudności ze znalezieniem laboratoriów oferujących kompleksowe możliwości badawcze.

Obecnie w Polsce już istnieją laboratoria tego typu, które wspierają producentów na etapie projektu, prototypu, badań inżynierskich oraz wdrożeniowych, w tym na rzecz homologacji. Jedną z takich jednostek jest Łukasiewicz – PIMOT, w którego strukturze znajduje się Laboratorium Elektroniki i Akustyki oraz jedna z największych komór EMC w Europie. Infrastruktura badawcza laboratorium umożliwia wykonanie wszystkich ww. badań dla obiektów od drobnej elektroniki (np. lokalizatory GPS, alarmy oraz oświetlenie) poprzez duże podzespoły elektryczne/elektroniczne (np. systemy informacji pasażerskiej, baterie do pojazdów elektrycznych) po kompletne pojazdy (spalinowe, hybrydowe, wodorowe, elektryczne) osiągające wymiary do 12 m oraz masę do 50 t.

Sieć Badawcza Łukasiewicz – Przemysłowy Instytut Motoryzacji