CAPITOLUL 3SURSE DE PERTURBAII3.1. Clasificarea perturbaiilor
Prin semnal, n cazul cel mai general, se nelege orice manifestare
fizic care
sepoatepropagaprintr-unmediudat.Perturbaiareprezintoricesemnal
carese suprapune, n mod nedorit, peste semnalul util; ntruct n
compatibilitatea electromagnetic, nmod paradoxal, semnalul ideal
este 0, prinurmare, toate semnalele reprezint perturbaii!Apar ns
dou probleme:unele semnale sunt utile pentru anumite aplicaii i de
aceea admitem anumite excepii, iar pe de alt parte, din punct de
vedere tehnic, nu se pot rezolva toate problemele i din aceast cauz
suntem tolerani cu unele perturbaii!Mai general, avnd n vedere
marea diversitate a perturbaiilor considerate ca semnale nedorite
care se suprapun n mod nedorit peste semnalul util i/sau semnale
care pot s afecteze funcionarea sau pot s distrug echipamentele
electrice, electronice sau de radio respectiv, canalele de
transmisie - exist mai multe criterii de clasificare a acestora;
astfel, dupbandade frecveneocupat de spectrele lor, perturbaiile
pot fi de joas frecvensau de nalt frecven(eventual, completat cu
frecvene foarte joase, frecvene foarte nalte etc.), sau duplimea
benzii de frecvene: deband ngustsau deband larg. Ca
provenien,perturbaiile pot fi naturale(zgomotul termic, descrcrile
electrice atmosferice etc.) sauprodusen activitileumaneman-made -
(echipamente electrice, descrcri electrostatice, explozii nucleare
etc.).Din punctul de vedere al mediului de transmitere,
perturbaiile pot fi conduse dac exist un suport fizic prin care se
propag, sau radiate, n cazul n care cuplajul se realizeaz prin cmp
electromagnetic. Dupduratade manifestare, perturbaiile pot
fipermanente(n und continu), sau de regim tranzitoriu (n impuls sau
semnale singulare cu durat finit). Referitor la poziia sursei n
raport cu victima, perturbaiile pot fi interne sau externe. Fa de
maniera n care afecteaz cile de semnal, perturbaiile pot fi de mod
comun - MC sau de mod diferenial - MD. Camrimi fizice, perturbaiile
pot fi: cureni, tensiuni, cmpuri electrice, magnetice sau
electromagnetice i sunt caracterizate prin banda de frecvene, nivel
de vrf, vitez de variaie a fronturilor, timp de cretere, durat,
putere, energie etc. Este important s se cunoasc tipurile i sursele
de perturbaii n vederea reducerii efectului acestora prin msuri
adecvate; de asemenea, cunoaterea formelor de und ale
62perturbaiilor, precum i a nivelurilor acestora, permite
stabilirea unor norme care s includ, n afara unor cerine legate de
sintetizarea i generarea acestora i metodele de msurare i de
testare ale echipamentelor. Deoarece perturbaiile sunt extremde
diverse, cu o form de und complex, de regul, nerepetitiv, ele pot
fi studiate prin msurri i prelucrri statistice.3.2. Reprezentarea
semnalelor n domeniul timp i n domeniul frecvene O pondere
important n CEM o au impulsurile perturbatoare (fig. 3.1), care pot
fi caracterizate prin urmtoarele elemente: amplitudinea impulsului:
S0 sau amplitudinea vrf la vrf: S0 + S0', timpul de cretere
corespunztor variaiei semnalului de la 0,1 S0 la 0,9 S0: tc, durata
impulsului (timpul la jumtate), pentru care semnalul este mai mare
ca jumtate din amplitudinea acestuia: t1/2, perioada oscilaiei de
baz: T0 sau frecvena oscilaiei de baz: f0=1/T0, duratatotala
impulsului:Tsauperioadaderepetiiea impulsului:Tr, (respectiv,
frecvena de repetiie a impulsurilor: fr).Caracterizarea
impulsurilor se face prin : amplitudine datorit necesitii de
cunoatere a comportrii dinamice a semnalului, timp de cretere
pentru a caracteriza banda spectruluidefrecvenei prin timpul
lajumtate din amplitudine (inclusiv amplitudine) prin care se fac
referiri la nivelul energetic al semnalului.Semnalele de testare
folosite n CEM pot
fi:a)Impulsuridubluexponenialecufronturiledecreterei
decdereexponeniale, caracterizate prin amplitudine, timpul de
cretere definit pentru variaia semnalului de
63S00,9S00,5S00,1S0tct0,5T0tcb)Fig. 3.1. a) Impuls dublu
exponenial; b) Impuls sinus amortizat0,9S00,1S0la 10 % la 90 % i
durata impulsului - egal cu intervalul de timp pentru care semnalul
este mai mare ca jumtate din amplitudine. Denumirea impulsului se
compune din: 1) raportul timp de cretere/durat (exprimate n s), 2)
amplitudine i unitatea de msur a acesteia (de exemplu, 1,2/50 s, 6
kV).b) Oscilaiile amortizate, caracterizate prin amplitudine,
timpul de cretere i frecvena acestora; se noteaz prin:1) raportul
timp de cretere/frecvena semnalului, 2) amplitudinea primului
impuls al undei i unitatea de msur (de exemplu, 0,5 ms/100 kHz, 10
V).Ambele impulsuri pot fi descrise matematic prin relaia:( ) ( )0
0exp cos _ + ,abs t S t tt(3.1)unde a i b sunt constante cuprinse,
de obicei, ntre 1 i 5.De multe ori se face distincie ntre semnalul
de regim tranzitoriu i impuls. Pentru aceasta, se definete factorul
de umplere: =rf (3.2)unde:este limea impulsului la 50% din
amplitudine (timpul la jumtate), iarfr- frecvena de repetiie a
impulsului.Dac factorul de umplere,< 10-5, se consider
perturbaie de regim tranzitoriu,
ncazcontrarseconsiderimpuls(ncadrul zgomotului continuu). n tabelul
3.1se prezint caracteristicile regimului tranzitoriu/zgomotului
produs de unele echipamente electrice.Tabelul 3.1. Caracteristicile
regimului tranzitoriu/zgomotului produs de unele echipamente
electrice Echipamentul Frecvena[Hz]Limea impulsului[s]Factorul de
umplereTuburi fluorescente 10010-710-5Motoare cu
perii10310-810-5Relee industriale 1010-710-6Maini automate
110-710-7Comutatoare iluminat casnic10-310-610-964Comutatoare
echipamente casnice10-410-610-10Caracterizarea n domeniul frecvene
a semnalelor are la bazseriasau transformata Fourier; dac semnalul
este periodic, de perioad T, adic, s(t) = s(t +T), el poate fi pus
n forma:( ) ( ) ( )011cos exp j2 + + + + k k kks t A A k t A k t
(3.3)unde:=2/T, iarAkreprezintamplitudineacomponentei
spectrale/armoniciide ordinul k i este dat de relaia:( ) ( ) tkdt t
jk t sTA0exp2(3.4)n figura 3.2.se prezint ntr-o reprezentare
tridimensional, maniera n care se realizeaz
descompunerea/compunerea unui semnal periodic n componentele sale
spectrale. nmodnormal, suntemobinuii cureprezentareavariaiei
semnalelorn domeniul timp; se observ ns, c prinnsumarea unor
semnale sinusoidale cu frecvene multipli ai frecvenei de baz,
cuanumite amplitudini i faze, rezult semnalul periodic iniial. Dac
se consider planul frecven-amplitudine,semnalele sinusoidale vor fi
reprezentate prin proieciile acestora, rezultnd o diagram format
din bare care reprezint nivelul componentelor spectrale. Rezult c
spectrul semnalelor periodiceestediscret i uniformrepartizat
peaxafrecvenelor; pentru impulsurile singulare spectrul este
continuu.Aplicaia 3.1.S se reprezinte grafic fazorul corespunztor
semnalului ( ) ( ) cos + s t A tpornind de la reprezentarea
temporal.Soluie:n figura 3.3 se reprezint desfurarea semnalului n
timp; dac se construiete un cerc cu diametrul egal cu amplitudinea
semnalului A i un cerc cu raza egal cu nivelul semnalului n
origine, adicAcos, punctul de intersecieB, corespunde direciei
fazorului n raport cu originea O. ntr-adevr, triunghiul OBC este
dreptunghic n B, de unde rezult c unghiul BCO este egal cu i deci,
unghiul BOt este egal cu ; evident, c segmentul OM, de lungime A,
va reprezenta fazorul corespunztor aplicaiei.Trebuie reinut faptul
c la trecerea semnalelor prin sisteme, ele pot s sufere o serie de
transformri care depind de caracteristicile de transfer ale
acestora; astfel, 65TimpFrecvenAmplitudineFig. 3.2. Explicativ la
seria FourierFig. 3.3. Reprezentarea grafic a fazoruluitOBM+A Cc
cT0tFrecvena Frecvena FrecvenaTimpTimpReea linearFig. 3.4. Efectul
modificrii nivelului unei componente spectralepentru sistemele
liniare, pot interveni modificri ale amplitudinii i/sau fazei
componentelorarmonicecare, nfinal, conduclaschimbareaformei
semnalului n domeniul timp. Dac se consider semnalul ( ) ( ) ( )
sin 1 3 sin3 1 5 sin5 f t t t t + +, la trecerea acestuia printr-un
circuit rezonant derivaie, se poate produce atenuarea uneia dintre
componentele spectrale i de aici, modificarea formei de und de la
ieire (fig. 3.4). Aplicnd acelai semnal unui circuit care modific
faza uneia dintre componentele spectrale, se produce din nou
modificarea formei de und a semnalului de la ieire (fig. 3.5).n
afara acestor distorsiuni liniare,la trecerea semnalelor prin
circuite neliniare, se produc distorsiuni neliniare care se
manifest prin prezena unor componente spectrale i/sau produse de
intermodulaie, inexistente n semnalul iniial.Pentru CEMprezint
importan trenurile de impulsuri dreptunghiulare, triunghiulare i
trapezoidale i mai rar, cele nform de dinte de fierstrusau
exponeniale. ntabelul 3.2sunt prezentate componentele spectrale
pentructeva trenuri de impulsuri reprezentative. Uneori, n CEM, se
folosete o alt abordare pentru determinarea
componentelorspectralealeunui trendeimpulsuri; deexemplu,
pentruuntrende impulsuri cu forma dreptunghiular, toate
componentele spectrale admit ca nfurtoare funcia sinc(x) = sinx/x.
Dac se consider c forma de und dreptunghiular este normat, adicare
amplitudinea egal cuunitatea, atunci la frecvene nalte (k >>
1), deoarece( )0sin 1 k T , se poate scrie:66c cT0tReea
linearTimpTimpFrecvena FrecvenaFrecvena0-180-360Fig. 3.5. Efectul
modificrii fazei unei componente spectralemax2 1kAk (3.5)sau n
uniti logaritmice:[ ] [ ]max 120lgkL A L A k (3.6)unde:[ ]1220lg 4
L A dB _ ,(3.7)Tabelul 3.2. Componentele spectrale pentru trenuri
de impulsuriForma impulsului Ak( )00 0sin2k TAT k T( )200 0sin2k
TAT k T 1 1 ]( )( )00212 sinccTA k TkDin relaia 3.6 se observ c
nivelul componentelor armonice de ordin
superior(lafrecveneridicate),
scadecu20dB/decadpentruuntrendeimpulsuri dreptunghiulare (fig.
3.6).La frecvene joase, n cazul n care 01 T