Tipos de acoplamientos electromagnéticos
Modelo elemental de acoplamiento de EMI
Para describir el mecanismo de una interferencia electromagnética lo más fácil es empezar con un modelo muy sencillo. Consiste en una fuente que produce la interferencia, un mecanismo o medio de acoplamiento y el dispositivo perturbado.
Ejemplos de fuentes de perturbaciones son, como se ha mencionado anteriormente, las líneas de los sistemas de distribución eléctrica, las antenas de los sistemas LAN inalámbricos, etc. El acoplamiento se produce a través de la corriente si conductores comunes a diferentes circuitos son afectados por campos eléctricos, magnéticos o electromagnéticos. Los dispositivos perturbadores pueden ser aparatos de cualquier tipo o cualquier parte de la instalación eléctrica. Naturalmente, la interacción electromagnética completa de todas las instalaciones de un edificio o instalación es una combinación muy compleja de estas interacciones elementales. Además, cualquier dispositivo consumidor puede actuar también como fuente de EMI, y viceversa.
Durante la fase de planificación de una instalación nueva o remodelada se debe elaborar un cuadro en el que se incluyan todas las fuentes, rutas de acoplamiento y posibles elementos perturbadores. Con la ayuda de este cuadro, se estimará la posible intensidad de las interferencias mutuas para determinar qué perturbaciones EMI pueden producirse y cuáles pueden ser importantes. Sólo sobre la base de un cuadro de interacción de las EMI se pueden planificar desde el inicio aquellas contramedidas que aseguren una puesta en servicio rápida y económica.
Se pueden distinguir cuatro tipos diferentes de interferencias electromagnéticas (EMI) elementales:
◆ Acoplamiento impedante
◆ Acoplamiento inductivo
◆ Acoplamiento capacitivo
◆ Acoplamiento por radiación
Los fenómenos perturbadores preponderantes en los edificios se deben al acoplamiento inductivo, seguido del capacitivo y del impedante. En general, el acoplamiento por radiación no ha sido importante hasta ahora, ya que las intensidades de los campos EM presentes normalmente están muy por debajo de los valores límite requeridos para las pruebas de susceptibilidad de la directiva de EMC de la UE. No obstante, el uso cada vez más frecuente de dispositivos inalámbricos puede, en el futuro, llegar a producir un aumento de los fenómenos de EMI debidos a esta fuente.
Acoplamiento por impedancia
El acoplamiento galvánico se produce cuando diferentes
circuitos utilizan líneas comunes y/o impedancias de
acoplamiento. Esto puede suceder, por ejemplo, cuando
circuitos diferentes utilizan la misma fuente de tensión. El
principio subyacente del acoplamiento por impedancia se
puede ver fácilmente en la Figura 2.
El circuito I puede formar parte de una red de suministro
eléctrico y el circuito II puede ser parte de una red de
transferencia de datos. La tensión uc se superpone a la
señal u2 debido a la impedancia del acoplamiento común
Zc
= Rc
+ j Lc
A altas frecuencias la autoinducción de las líneas desempeña claramente un papel preponderante. Esto
sigue siendo cierto incluso si se hubiera tenido en cuenta el aumento de la resistencia aparente de la línea
debida al efecto pelicular, que no es despreciable para regímenes transitorios rápidos y señales digitales.
De acuerdo con las leyes de Kirchhoff, las señales perturbadoras pueden propagarse por la instalación de
todo un edificio e incluso llega a afectar a instalaciones de complejos vecinos. Para reducir al mínimo el
acoplamiento galvánico será necesario evitar las conexiones entre sistemas independientes y, en los casos
en que sean necesarias, mantener su autoinductancia tan baja como sea posible. Generalmente el
desacoplamiento galvánico de circuitos de alimentación eléctrica se puede conseguir más fácilmente
cuando se utiliza un esquema TN-S en lugar del esquema TN-C.
Acoplamiento Inductivo
Una corriente externa que varía con el tiempo i1(t) genera un campo magnético B(t), que induce una
tensión perturbadora udist(t) en un circuito próximo. En un circuito equivalente esto se puede describir
como un acoplamiento de ambos circuitos a través de una inductancia de acoplamiento M. La tensión
udist(t) genera una corriente común i2(t) que, a su vez, genera por sí misma un campo magnético para
debilitar el campo externo. La corriente i2(t) se superpone a las corrientes del sistema perturbado y puede
introducir anomalías en el sistema. El acoplamiento de los campos magnéticos de los diferentes sistemas
puede representarse por un circuito equivalente por medio de inductancias mutuas de los circuitos
acoplados.
La relevancia del acoplamiento depende principalmente de tres parámetros:
◆ la intensidad de la corriente perturbadora
◆ la distancia entre la fuente y el receptor
◆ la frecuencia del campo perturbador
La señal perturbadora se hace grande y significativa si:
◆ las corrientes de los circuitos exteriores son grandes
◆ las corrientes de una línea con ida y retorno están desequilibradas (como ocurre en una red TN-C)
◆ los circuitos están muy próximos y cubren un área grande
◆ las señales del circuito externo varían rápidamente en el tiempo y por tanto tienen un contenido de
alta frecuencia