EMC

Wat is EMC?

Op Twitter stelde iemand me een vraag over de invloeden van EMC op elektronische apparatuur. Als elektronicus ben ik daar uiteraard ook veel mee bezig, hierom een woordje uitleg.

EMC, of elektromagnetische compatibiliteit, verwijst naar het vermogen van elektronische apparatuur om goed te functioneren in de elektromagnetische omgeving zonder interferentie te veroorzaken of erdoor beïnvloed te worden. De effecten van EMC op elektronische apparatuur kunnen onder meer zijn: storingen of uitval van de apparatuur, onnauwkeurige of onbetrouwbare gegevens en een verhoogde gevoeligheid voor schade of degradatie door elektromagnetische velden. Om deze effecten te beperken, kan elektronische apparatuur worden ontworpen en getest om te voldoen aan EMC-normen en -voorschriften. Bovendien kunnen maatregelen zoals afscherming, filtering en aarding worden toegepast om het effect van elektromagnetische interferentie op elektronische apparatuur te verminderen.

EMC kan worden onderverdeeld in twee categorieën: elektromagnetische interferentie (EMI) en elektromagnetische gevoeligheid (EMS). EMI verwijst naar de ongewenste elektromagnetische energie die de normale werking van elektronische apparatuur kan verstoren. Deze kan worden veroorzaakt door verschillende bronnen, zoals radio- en televisiezenders, hoogspanningsleidingen en industriële apparatuur.

EMC verwijst naar het vermogen van elektronische apparatuur om in aanwezigheid van elektromagnetische velden naar behoren te functioneren. Dit kan een probleem zijn in omgevingen waar elektronische apparatuur wordt blootgesteld aan hoge niveaus van elektromagnetische energie, zoals in de buurt van radarinstallaties of in vliegtuigen.

Het beperken van de effecten van EMC op elektronische apparatuur kan een combinatie zijn van ontwerpen en testen, alsmede het gebruik van EMC-conforme materialen en onderdelen. Elektronische apparatuur kan bijvoorbeeld worden afgeschermd om te voorkomen dat ongewenste elektromagnetische energie de apparatuur binnenkomt of verlaat, en er kunnen filters worden gebruikt om het niveau van ongewenste elektromagnetische energie dat gevoelige onderdelen bereikt, te verlagen. Bovendien kan elektronische apparatuur worden geaard om een stabiel referentiepunt voor de elektromagnetische energie te bieden.

Het is belangrijk op te merken dat de EMC-voorschriften en -normen per land en regio verschillen, dus fabrikanten en ontwerpers van elektronische apparatuur moeten zich bewust zijn van de specifieke eisen die voor hun producten gelden.

Hier volgen enkele voorbeelden van hoe EMC elektronische apparatuur kan beïnvloeden:

Mobiele telefoons: Als een mobiele telefoon niet is ontworpen voor EMC-conformiteit, kan deze tijdens het gebruik interferentie ondervinden van andere elektronische apparaten of bronnen van elektromagnetische energie, met als gevolg slechte gesprekskwaliteit of wegvallende gesprekken.

Medische apparatuur: EMC kan ernstige gevolgen hebben voor medische apparatuur, aangezien zelfs een kleine hoeveelheid interferentie kan leiden tot onnauwkeurige of onbetrouwbare resultaten. Een elektrocardiogramapparaat (ECG) dat niet goed is afgeschermd, kan bijvoorbeeld onnauwkeurige metingen geven door interferentie van andere elektronische apparaten in de kamer.

Automobielelektronica: EMC kan de prestaties van elektronische systemen in voertuigen beïnvloeden, zoals motorbesturingssystemen, antiblokkeerremsystemen en navigatiesystemen. Als het motorbesturingssysteem van een voertuig bijvoorbeeld niet goed is afgeschermd, kan het interferentie ondervinden van een nabijgelegen radiozender, wat kan leiden tot slechte motorprestaties of zelfs het afslaan van de motor.

Vliegtuigelektronica: EMC is van cruciaal belang voor luchtvaartapparatuur, aangezien zelfs een kleine hoeveelheid interferentie ernstige gevolgen kan hebben voor de veiligheid van een vliegtuig. Als een navigatiesysteem bijvoorbeeld niet goed is afgeschermd, kan het interferentie ondervinden van een nabijgelegen radarinstallatie, met als gevolg onnauwkeurige of onbetrouwbare navigatie-informatie.

Industriële apparatuur: EMC kan de prestaties van industriële apparatuur beïnvloeden, zoals PLC's (Programmable Logic Controllers) en VFD's (Variable Frequency Drives). Als een PLC bijvoorbeeld niet goed is afgeschermd, kan deze interferentie ondervinden van nabijgelegen elektriciteitsleidingen of industriële apparatuur, met onnauwkeurige of onbetrouwbare besturingssignalen tot gevolg.

Hoe de gevolgen van EMC te beperken:

Er zijn verschillende manieren om elektronische apparatuur af te schermen tegen elektromagnetische interferentie (EMI), afhankelijk van de specifieke eisen van de apparatuur en de omgeving waarin deze zal worden gebruikt. Enkele van de meest gebruikelijke methoden zijn

Metalen afscherming: Dit is een van de meest doeltreffende manieren om elektronische apparatuur af te schermen tegen EMI. Metalen afscherming kan de vorm hebben van een metalen behuizing, zoals een metalen doos of kast, of kan worden toegepast op specifieke onderdelen of subsystemen van de apparatuur.

Geleidende pakkingen: Deze worden gebruikt om de verbindingen tussen verschillende onderdelen van de apparatuur af te dichten, bijvoorbeeld tussen een deksel en een chassis. Geleidende pakkingen zijn gemaakt van materialen zoals koper of aluminium en zijn ontworpen om een pad met lage impedantie te bieden voor ongewenste elektromagnetische energie.

Filters: Dit zijn apparaten die worden gebruikt om het niveau van ongewenste elektromagnetische energie die gevoelige onderdelen van de apparatuur bereikt, te verminderen. Dit kunnen passieve componenten zijn, zoals condensatoren en inductoren, of actieve componenten, zoals versterkers.

Kooien van Faraday: Dit is een metalen omhulsel dat de apparatuur omgeeft, het is ontworpen om externe statische en niet-statische elektrische velden te blokkeren.

Aarding: Dit is een ander belangrijk aspect van EMI afscherming, waarbij de apparatuur wordt verbonden met een stabiel referentiepunt voor de elektromagnetische energie. Dit kan gebeuren door de apparatuur te verbinden met een aardingsstaaf of door gebruik te maken van een aardingsband.

Het is ook belangrijk om bij de keuze van de juiste afschermingsmethode rekening te houden met de specifieke vereisten van de apparatuur en de omgeving waarin deze zal worden gebruikt. Zo kan een metalen behuizing geschikter zijn voor apparatuur die in een ruwe industriële omgeving wordt gebruikt, terwijl een geleidende pakking geschikter is voor apparatuur die in een meer gecontroleerde laboratoriumomgeving wordt gebruikt.

Chris de professor

Toevoeging:

De vergelijkingen van Maxwell zijn vier partiële differentiaalvergelijkingen die het gedrag van elektrische en magnetische velden beschrijven. Zij werden voor het eerst gepubliceerd door James Clerk Maxwell in 1861 en 1864 en vormen de basis van het klassieke elektromagnetisme. De vergelijkingen zijn:

De wet van Gauss voor elektrische velden: Deze vergelijking stelt dat de divergentie van het elektrische veld evenredig is met de ladingsdichtheid.

De wet van Gauss voor magnetische velden: Deze vergelijking stelt dat de divergentie van het magnetisch veld altijd nul is.

De inductiewet van Faraday: Deze vergelijking stelt dat een veranderend magnetisch veld een elektrisch veld induceert.

Wet van Ampere: Deze vergelijking stelt dat de krul van het magnetische veld evenredig is met de stroomdichtheid plus een term die de verandering van het elektrische veld in de loop van de tijd verklaart.

De vergelijkingen van Maxwell verklaren met succes vele verschijnselen zoals elektromagnetische golven, licht en radiogolven. Zij voorspellen ook het bestaan van elektromagnetische golven, die aan het eind van de 19e eeuw door Heinrich Hertz werden ontdekt.

Naast de vier eerder genoemde vergelijkingen bevatten de vergelijkingen van Maxwell ook aanvullende wiskundige uitdrukkingen die bekend staan als de "verplaatsingsstroom" en de "Lorentz-kracht".

De verplaatsingsstroom is een extra term die aan de wet van Ampère is toegevoegd om rekening te houden met het veranderende elektrische veld dat kan worden veroorzaakt door een veranderend magnetisch veld, zoals beschreven in de wet van Faraday.

De Lorentz-kracht is de kracht die een geladen deeltje ondervindt in een elektromagnetisch veld. Het is de vectorsom van de elektrische en magnetische krachten die op het deeltje werken en wordt gegeven door de vergelijking F = q(E + v x B), waarbij F de kracht is, q de lading van het deeltje, E het elektrische veld, v de snelheid van het deeltje en B het magnetische veld.

De vergelijkingen van Maxwell zijn van grote invloed geweest op de ontwikkeling van de moderne natuurkunde en hebben vele praktische toepassingen. Zij worden gebruikt om het gedrag van elektrische schakelingen, radio- en televisietechnologie en het gedrag van elektromagnetische golven in materialen te verklaren. Zij vormen ook de basis voor de studie van de kwantumelektrodynamica, de theorie van de elektromagnetische interactie tussen deeltjes op kwantumniveau.

Ter herhaling:

Wetenschappelijk gezien zijn de vergelijkingen van Maxwell een verzameling van vier partiële differentiaalvergelijkingen die het gedrag van elektrische en magnetische velden beschrijven. Deze vergelijkingen zijn gebaseerd op experimentele waarnemingen en wiskundige principes en worden algemeen aanvaard als een fundamentele beschrijving van het gedrag van het elektromagnetische veld.

De eerste vergelijking, de wet van Gauss voor elektrische velden, stelt dat de elektrische flux (de stroom van het elektrische veld door een oppervlak) evenredig is met de ladingsdichtheid binnen dat oppervlak. Deze vergelijking brengt de verdeling van de elektrische lading in verband met het elektrische veld dat zij opwekt.

De tweede vergelijking, de wet van Gauss voor magnetische velden, stelt dat de magnetische flux (de stroom van het magnetisch veld door een oppervlak) altijd nul is. Deze vergelijking stelt dat magnetische ladingen, ook wel magnetische monopolen genoemd, in de natuur niet bestaan.

De derde vergelijking, de inductiewet van Faraday, stelt dat een veranderend magnetisch veld een elektrisch veld induceert. Deze vergelijking verklaart het verschijnsel elektromagnetische inductie, het proces waarbij een veranderend magnetisch veld een elektrische stroom opwekt in een geleider.

De vierde vergelijking, de wet van Ampere, legt een verband tussen de stroom door een draad en het magnetische veld dat door die stroom wordt opgewekt. Deze vergelijking bevat ook de term verplaatsingsstroom, die rekening houdt met het veranderende elektrische veld als gevolg van een veranderend magnetisch veld.

Samen beschrijven deze vergelijkingen het gedrag van het elektromagnetische veld onder verschillende omstandigheden en kunnen ze worden gebruikt om het gedrag van elektromagnetische golven en de interacties tussen geladen deeltjes en elektromagnetische velden te voorspellen.

Chris de professor