Was ist elektromagnetische Störung?
Was ist elektromagnetische Störung?
Definition der elektromagnetischen Störung
Elektromagnetische Störungen (EMI) werden definiert als eine Störung, die auf einen elektrischen Schaltkreis durch elektromagnetische Induktion oder Strahlung wirkt.
Elektromagnetische Störungen (EMI) werden definiert als eine Störung in einem elektrischen Schaltkreis, die durch elektromagnetische Induktion oder äußere elektromagnetische Strahlung entsteht. Sie treten auf, wenn die elektromagnetischen Felder eines Geräts mit einem anderen Gerät interferieren.
Elektromagnetische (EM) Wellen entstehen, wenn ein elektrisches Feld mit einem magnetischen Feld interagiert. Sie bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von 3,0 × 10^8 m/s im Vakuum. EM-Wellen können durch Luft, Wasser, feste Stoffe oder sogar Vakuum reisen.
Die folgende Abbildung zeigt das EM-Spektrum, das zur Darstellung verschiedener Arten von EM-Energie nach ihren Frequenzen (oder Wellenlängen) verwendet wird. EMI begegnet uns allen im täglichen Leben und es wird erwartet, dass sie in Zukunft exponentiell zunehmen wird, aufgrund der wachsenden Anzahl an drahtlosen Geräten und Standards, einschließlich Mobiltelefonen, GPS, Bluetooth, Wi-Fi und Near-Field Communication (NFC).
EMI kann über einen weiten Bereich des elektromagnetischen Spektrums auftreten, einschließlich Radiowellen- und Mikrowellenfrequenzen. Es stört andere elektrische Geräte. Jedes Gerät mit schnell wechselnden elektrischen Strömen kann elektromagnetische Emissionen erzeugen.
Die Emission von einem Objekt „interferiert“ also mit der Emission eines anderen Objekts. Wenn eine EMI mit einer anderen interferiert, führt dies zu einer Verzerrung der elektromagnetischen Felder. Elektromagnetische Strahlung kann auch dann ineinander greifen und stören, wenn sie nicht auf derselben Frequenz sind. Diese Interferenz kann im Radio gehört werden, wenn Frequenzen umgeschaltet werden, und im Fernsehen, wenn das Signal verzerrt wird und das Bild gestört wird. Daher wird EMI im Frequenzspektrum des Radios auch als Funkstörung bezeichnet.
EMI kann leicht die Funktion eines elektronischen Geräts beeinträchtigen. Im Allgemeinen entsteht, da in den Schaltkreisen elektronischer Geräte Strom fließt, eine gewisse Menge an elektromagnetischer Strahlung. Die Energie, die vom Gerät 1 erzeugt wird, wird als Strahlung durch die Luft propagiert oder in die Kabel des Geräts 2 gekoppelt. Dies führt zum Fehlfunktionieren des Geräts 2. Die Energie von Gerät 1, die die Funktion von Gerät 2 stört, wird als elektromagnetische Störung bezeichnet.
Ursachen von EMI
EMI kann aus verschiedenen Quellen stammen, darunter natürliche Ereignisse wie Blitze und von Menschen geschaffene Quellen wie industrielle Ausrüstungen.
Sendungen vom Fernsehen
Radio AM, FM und Satellit
Solarmagnetischer Sturm
Blitz, der als hohe Spannung und hoher Strom erscheint
Flughafenradar, elektrostatische Entladung und Weißes Rauschen
Schaltnetzteile
Schweißgeräte, Motorbürsten und elektrische Kontakte
Arten von EMI
Von Menschen verursachte EMI
Von Menschen verursachte EMI tritt von einem anderen hergestellten elektronischen Gerät auf. Diese Art der Störung tritt auf, wenn zwei Signale einander nahe kommen oder wenn mehrere Signale durch ein Gerät auf derselben Frequenz passieren. Ein gutes Beispiel ist, wenn das Radio im Auto gleichzeitig zwei Sender empfängt.
Natürliche EMI
Diese Art von EMI beeinflusst ebenfalls Geräte, aber sie ist nicht von Menschen gemacht, sondern entsteht durch natürliche Phänomene auf der Erde und im Weltraum wie Blitze, elektrische Stürme, kosmisches Rauschen usw.
Die zweite Methode der Klassifizierung basiert auf der Dauer der EMI. Dauer der Störung bedeutet die Zeitspanne, während der das Gerät Störungen erfährt.
Kontinuierliche EMI
Wenn eine Quelle kontinuierlich EMI emittiert, spricht man von kontinuierlicher EMI. Die Quelle kann von Menschen gemacht oder natürlich sein. EMI tritt auf, wenn ein langer Kopplungsmechanismus zwischen EMI-Quelle und Empfänger besteht. Diese Art von EMI entsteht aus Quellen wie Schaltkreisen, die ein kontinuierliches Signal emittieren.
Impulsartige EMI
Diese Arten von EMI treten für sehr kurze Dauer, wie Pulsfolgen, auf. Daher wird sie als Impuls-EMI bezeichnet. Die Quelle kann sowohl natürlich als auch von Menschen gemacht sein, wie bei der kontinuierlichen Art von EMI. Gute Beispiele, um dies zu verstehen, sind Geräusche, die von Schaltern, Beleuchtung usw. emittiert werden, die Signale erzeugen, die Störungen in Spannung und Strom verursachen können.
Die dritte Methode der Klassifizierung basiert auf der Bandbreite der EMI. Die Bandbreite der EMI bezieht sich auf den Frequenzbereich, der von der EMI erfahren wird. Basierend darauf wird EMI in zwei Typen unterteilt: schmalbandige und breitbandige EMI.
Schmalbandige EMI
Diese Art von EMI tritt bei einer einzigen Frequenz auf, die von einem Oszillator erzeugt wird. Sie kann auch durch verschiedene Arten von Verzerrungen in einem Sender entstehen. In Kommunikationssystemen spielt schmalbandige EMI normalerweise nur eine sehr geringe Rolle und kann leicht korrigiert werden. Allerdings sollte die Grenze der Störung innerhalb bestimmter Grenzen gehalten werden.
Breitbandige EMI
Der Hauptunterschied zur schmalbandigen EMI ist, dass diese Art von EMI nicht bei einer einzigen Frequenz auftritt. Wenn man das magnetische Spektrum betrachtet, deckt diese Art von EMI ein breites Spektrum ab und existiert in verschiedenen Formen. Die Quelle kann sowohl natürlich als auch von Menschen gemacht sein. Ein Beispiel für eine von Menschen gemachte Quelle ist das Lichtbogenschweißen, bei dem Funken kontinuierlich emittiert werden. Ebenso ist ein Beispiel für eine natürliche Quelle Sonnenstürme für ein Satelliten-TV-System.
Kopplungsmechanismen von EMI
Die Kopplungsmechanismen von EMI helfen, zu verstehen, wie EMI von der Quelle erzeugt wird und zum Empfänger gelangt. Um die Probleme, die durch EMI entstehen, zu beheben, muss die Natur der EMI und wie sie von der Quelle zum Empfänger koppliert wird, klar verstanden werden. Wenige Arten der Kopplung sind Leitung, Strahlung, kapazitive und induktive Kopplung. Durch das Verständnis der Kopplungsmechanismen kann EMI reduziert werden, indem Maßnahmen ergriffen werden, um die Kopplung und das Störniveau zu reduzieren.
Leitungskopplung
Leitungskopplung tritt auf, wenn EMI-Emissionen entlang der Leiter, Drähte und Kabel laufen, die Quelle und Empfänger verbinden. Wenn es eine Leitung entlang des Weges gibt, auf dem die Signale reisen, treten geleitete Emissionen auf, und dies wird als geleitete EMI verstanden. Sie kann entlang der Stromleitungen oder jeder Verbindungskabel auftreten. Leitung kann in einem von zwei Modus stattfinden,
Gemeinsamer Modus
EMI tritt auf, wenn Rauschen in der gleichen Phase entsteht, wenn zwei Leiter verwendet werden. Bsp.: + und - einer Stromleitung
Differentialmodus
Wenn zwei Leiter verwendet werden und das Rauschen auf den Leitern außer Phase ist, wird gesagt, dass es im Differentialmodus arbeitet.
Strahlungskopplung
Die häufigste Art der Kopplung, die auftritt, wenn Quelle und Empfänger durch eine große Distanz getrennt sind, die größer als eine Wellenlänge ist. Es gibt keine physische Verbindung zwischen Quelle und Empfänger, da die EMI über den Raum zum Empfänger strahlt. Daher, wenn das unerwünschte Signal von der Quelle zum Empfänger durch Strahlungstechnik über den Raum übertragen wird, wird es als gestrahlte EMI bezeichnet.
Kapazitive Kopplung
Diese Art der Kopplung wird zwischen zwei verbundenen Geräten erreicht. Sie tritt auf, wenn eine sich ändernde Spannung von einer Quelle kapazitiv Ladung zum Opfer überträgt.
Induktive Kopplung
Wenn ein Leiter Störungen in einem anderen Leiter induziert, der in der Nähe liegt, basierend auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion, entsteht EMI, die als magnetisch gekoppelte EMI bekannt ist. Mit einfachen Worten, wenn ein sich änderndes magnetisches Feld zwischen Quelle und Opfer vorhanden ist, wird ein ausreichender Strom im Opferschaltkreis induziert. Dies führt zur Signalübertragung von der Quelle zum Opfer.
Kopplungsmechanismen von EMI
EMI kann von einer Quelle zu einem Empfänger durch Leitung, Strahlung, kapazitive und induktive Kopplung übertragen werden.
Reduzierung von EMI
Erdung
In Industrien werden Signale und Rückströme über Erdungssysteme übertragen. Sie bilden auch Referenzen für analoge und digitale Schaltkreise und schützen so Menschen und Ausrüstungen vor Fehlern und Blitzschlägen. Wenn Strom im Erdungssystem fließt, entstehen Potentialunterschiede.
Wenn ein Blitz einschlägt, entstehen Potentialunterschiede in Größenordnungen von Tausend Volt. Schon beim Beginn der Schaltungsentwicklung sollte das Erdungssystem berücksichtigt werden, damit das System mit den erforderlichen Sicherheitsanforderungen funktioniert. Bei der Planung einer Erdung oder der Behebung eines Erdungsproblems muss zunächst geklärt werden, wo der Strom fließt.
Wenn verschiedene Arten von Erdungen zusammenfallen, könnte der Strom nicht den angenommenen Pfad zurücklegen. Eine ordnungsgemäße Erdung hängt von mehreren Faktoren ab, wie Frequenzen und Impedanzen, der Länge der benötigten Kabel und Sicherheitsfragen.
Die vorteilhafteste Art der Erdung für Niederfrequenzanwendungen ist die Einpunkterdung, wie in der folgenden Abbildung gezeigt. Wenn empfindliche Schaltungen oder Kabel verwendet werden, sollte eine Reihenschaltung oder Daisy-Chain vermieden werden, da die Rückströme der drei Schaltkreise durch die gemeinsamen Erdimpedanzen, die die Schaltkreise verbinden, fließen.
Aus der Abbildung geht hervor, dass das Erdpotential des Schaltkreises 1 nicht nur durch seinen Rückstrom durch die Impedanz Z1, sondern auch
