Transcript Lab EMKOM

Centrum excelentnosti integrovaného výskumu a využitia
progresívnych materiálov a technológií v oblasti
automobilovej elektroniky
Aktivita 2.6
Zriadenie Laboratória EMC elektronických zariadení a
biologických systémov
Kód projektu: 26220120055
Skratka: CE III
Cieľ aktivity
Primárny cieľ: Spracovanie základného a realizačného projektu na zriadenie
špecializovaného pracoviska pre výskum v oblasti diagnostiky,
testovania a vplyvu elektronických zariadení z hľadiska
ElektroMagnetickej KOMpatibility so zameraním na technické zariadenia
a biologické systémy

Sekundárny cieľ: podpora pracoviska pre elektronické prvky a zariadenia
slúžiacich na ochranu elektronických systémov a počítačových sietí a príspevok k
rozvoju ďalšej možnej spolupráce medzi špecializovanými pracoviskami
vykonávajúcim vedeckovýskumnú a vývojovú činnosť a priemyselnými subjektmi
v oblasti materiálových technológií v elektrotechnike a elektronike.
Riešitelia
prof. Ing. Roman Cimbala, PhD. – koordinátor Aktivity 2.6
prof. Ing. Iraida Kolcunová, PhD.
prof. Ing. Karol Marton, DrSc.
prof. Ing. Michal Kolcun, PhD.
Dr. Ing. Bystrík Dolník, PhD
Ing. Juraj Kurimský, PhD.
Ing. Jozef Balogh, PhD
Ing. Jaroslav Džmura, PhD.
Ing. Jaroslav Petráš, PhD.
Ing. Jana Varnavčinová
Opis aktivít a harmonogram

2.6.1 Spracovanie návrhu pracoviska pre výskum v oblasti diagnostiky, testovania
a vplyvu elektronických zariadení z hľadiska elektromagnetickej kompatibility so
zameraním na technické zariadenia a biologické systémy


2.6.2. Zriadenie pracoviska pre výskum v oblasti diagnostiky, testovania a vplyvu
elektronických zariadení z hľadiska elektromagnetickej kompatibility so
zameraním na technické zariadenia a biologické systémy.


Termín realizácie časti aktivity: 9/2010-3/2011
Termín realizácie časti aktivity: 04/2011 – 8/2013
2.6.3 Transfer poznatkov EMC do oblasti výučby, výskumu a vývoja, návrhu a
výroby komponentov, systémov a elektronických modulov pre využitie v
elektrotechnike a iných príbuzných vedných odboroch.

Termín realizácie časti aktivity 12/2010 – 12/2012
Orientácia EMKOM



1. Vplyv vonkajších polí na riadiace a komunikačné systémy (korónové
výboje, prepätia, vysokofrekvenčné a telekomunikačné signály,
elektrostatické výboje, testovanie voči prúdovým a napäťovým rázom
2. Elektromobily a ich interakcia s elektroenergetickými sieťami (Smart
Grids, Smart Metering
3. EMC/EMI autoelektroniky a biologických systémov
EMKOM 1 - Vplyv vonkajších polí na riadiace
a komunikačné systémy
Citlivosť na EM polia
Kompozitné
materiály
Zariadenia
Vyžarovanie EM polí
Osobná výbava
interferences
Plošné
spoje
Bezpečnostné systémy
Radar
Komponenty
Poruchy hardvéru
Poruchy softvéru
Strata funkčnosti
EMKOM 1 - Vplyv vonkajších polí na riadiace
a komunikačné systémy

IO: zdroj – obeť
Integrované obvody generujú parazitné polia a súčasne sú citlivé na
vonkajšie cudzie polia
Vyžarovanie
Čip
Vyžarovanie
Prvok
PCB
Systém
Šum IO
Interferencia
Citlivý IO obeť
Čip
Prvok
Väzba
PCB
Systém
EMKOM 1 - Vplyv vonkajších polí na riadiace
a komunikačné systémy
Väzby
Väzba spoločnou
impedanciou
Integrita napájania
Napäjacie napätie
prenáša rušiace napätia
Väzba poľom
Šírenie EM vĺn vzduchom
Elektromagnetická interferencia
(EMI)
EMKOM 1 - Vplyv vonkajších polí na riadiace
a komunikačné systémy
Riziko interferencie - Úrovne odolnosti a citlivosti (dB)
Odolnosť
50
Riziko
interferencie
40
30
20
10
Bezpečná
rezerva
Radiácia
Malá rezerva
Odolnosť
0
-10
-20
Radiácia
-30
-40
1
10
100
Frekvencia (MHz)
1000
EMKOM 1
VF meranie
VF modelovanie
2D, 3D modelovanie
Elektrické modely
Návrh IO
EMKOM 2 - Elektromobily a ich interakcia s
elektroenergetickými sieťami



Veľké investície do R&D - European Green Car Initiative
EUCAR (European Council for Automotive R&D) – jedna z priorít 8RP
– výskum bude orientovaný na pohony, akumuláciu elektrickej energie,
infraštruktúra – inteligentné siete a meranie.
CENELEC – European Committee for Electrotechnical Standardization
7 projektových tímov zaoberajúcich sa terminológiou, prepojením,
batériami, komunikáciou, spoluprácou so Smart Grids, nabíjacími
režimami, bezpečnostnými podmienkami, EMC/EMI, riadením a
štandartizáciou
EMKOM 2 - Elektromobily a ich interakcia s
elektroenergetickými sieťami

Elektromobily a elektroenergetické siete
Max zaťaženie Nemecka: 90 000 MW, nabíjajme naraz 1 mil. e-áut




Pomalé domáce nabíjanie (10 h; 1 x 16 A; 230 V) 3 700 MW
Rýchle nabíjanie (1 h; 3 x 63 A; 230 V) 40 000 MW
Super rýchle nabíjanie (R&D; 15 min; 3 x 220 A) 140 000 MW
Extrémne rýchle nabíjanie (R&D; 7 min; 3 x 440 A) 280 000 MW
EMKOM 2 - Elektromobily a ich interakcia s
elektroenergetickými sieťami






Notebook – 50 Wh
Domácnosť – 10 kWh
Elektromobil – 10 kWh/ 70 km
10 kW (3x16A) - 70 km – 1 hod
700 km – 10 hod
44 kW –
70 km – 15 min
1 MW –
700 km – 6 min
6 min – 60 l dieselový motor – 700 km
EMKOM 2 - Elektromobily a ich interakcia s
elektroenergetickými sieťami
Automatické riadenie siete
na úrovni spotreby aj výroby
Smart grids
Smart metering
EMC biologických systémov
Zaoberá sa celkovým „elektromagnetických pozadím“ životného prostredia, prípustnými
úrovňami rušivých aj užitočných elektromagnetických signálov (prírodných a umelých) a ich
vplyvom na živé organizmy. Výskum je orientovaný na tieto oblasti:
 dielektrické vlastnosti živej hmoty,
 špecifické účinky na molekulárnej, tkaninovej, orgánovej a systémovej úrovni,
 účinky fyziologické, psychopatologické a genetické,
 dávkovanie, dozimetria, rádiometria,
 aplikácie terapeutické a diagnostické.
Samotné reakcie biologického objektu sa prejavujú aktívnymi adaptačnými mechanizmami,
ktoré majú možnosť a schopnosť kompenzácie účinkov, vyvolaných vonkajším pôsobením.
Táto kompenzácia môže prebiehať v rozsahu prípustných fyziologických zmien, alebo
patologicky a nie je vždy jednoduché stanoviť medzi nimi presnú hranicu.
EMC biologických systémov
Vplyv neionizujúceho žiarenia na zmenu morfológie červených krviniek bol sledovaný na
KEE FEI TU v Košiciach. Boli zistené deformácie červených krviniek (erytrocytov) po
definovanom čase pred monitormi počítačov ako aj pri meraniach na rozvodni vvn. Príklady
sú uvedené v nasledovnom zobrazení:
Kontrolná vzorka krvi po 12 hodinách –
erytrocyty – tvar podobný rotačným
elipsoidom
Vzorka krvi po 12 hodinovej expozícií
pred počítačovým monitorom DAEWOO–
vyvolalo deformácie na pozorovaných
vzorkách – vznik akantocytov
Pracoviská EMKOM
1.
2.
3.
4.
Laboratórium elektromagnetickej kompatibility
Laboratórium techniky vysokých napätí
Laboratórium výbojovej a ionizačnej činnosti
Laboratórium diagnostiky
Pracoviská EMKOM
1. Laboratórium elektromagnetickej kompatibility
Pokročilé meranie EMI elektrických a elektronických funkčných blokov a celkov v
elektrickej inštalácii automobilov so spaľovacím motorom, nových vyvíjaných
hybridných automobilov a elektromobilov.
Meranie EMI elektrických a elektronických funkčných blokov a elektrických a
elektronických zariadení cestujúcich v automobiloch so spaľovacím motorom,
nových vyvíjaných hybridných automobiloch a elektromobiloch a dopravných
prostriedkoch pre hromadnú dopravu alebo transport tovaru.
Pokročilé meranie EMS elektrických a elektronických funkčných blokov a celkov
používaných v elektrickej inštalácii automobilov so spaľovacím motorom, nových
vyvíjaných hybridných automobilov a elektromobilov.
Pokročilé meranie EMS elektrických a elektronických funkčných blokov a
elektrických a elektronických zariadení cestujúcich v automobiloch so spaľovacím
motorom, nových vyvíjaných hybridných automobiloch a elektromobiloch a
dopravných prostriedkoch pre hromadnú dopravu alebo transport tovaru.

Zodpovedný pracovník: Dr. Ing. Bystrík Dolník
Pracoviská EMKOM
1. Laboratórium elektromagnetickej kompatibility
Meranie vplyvu elektromagnetických polí generované technickými zariadeniami
nachádzajúce sa blízko cestných komunikácii na biologické systémy.
Meranie vplyvu elektromagnetických polí generované technickými zariadeniami
automobilu, elektromobilu na biologické systémy.

Zodpovedný pracovník: Dr. Ing. Bystrík Dolník
EMKOM Laboratórium elektromagnetickej
kompatibility
Súčasné vybavenie laboratória


Záznamník prechodných dejov a analyzátor HIOKI 8851 – zariadenie na meranie a
frekvenčnú analýzu rušiacich napätí a napätia v napájacích a komunikačných
sieťach.
Zdroj skúšobných impulzov vysokého napätia HAKEL H1 – zaradenie na skúšanie
a testovanie odozvy prepäťových ochranných zariadení.
Pracoviská EMKOM
Plánovaný nákup pre Laboratórium elektromagnetickej kompatibility






EMC bezodrazová komora
Spektrálny analyzátor signálov
EMC antény + zosilňovače
Sondy E a H poľa
GTEM komora pre biologické vzorky
Mikrovlnný zosilňovač do 1 GHz
Pracoviská EMKOM
2. Laboratórium techniky vysokých napätí




na meranie elektrickej prieraznej pevnosti materiálov používaných v
automobilovom priemysle,
na modelovanie zdrojov rušenia automobilových prvkov a zariadení,
vyskytujúcich sa počas výroby a prevádzky automobilov (atmosférické
prepätia, statická elektrina, prepätia v elektronických obvodoch),
na meranie a analýzu iskrových a plazivých výbojov vplývajúcich na
elektronické súčiastky automobilov.
Zodpovedný pracovník: prof. Ing. Iraida Kolcunová, PhD.
EMKOM Laboratórium TVN
Súčasné vybavenie laboratória


Vysokonapäťový zdroj jednosmerného napätia do 75 kV a striedavého napätia
do 50 kV od fy. BAUR
Meracie zariadenia na meranie vysokých striedavých, jednosmerných a
impulzných napätí:
 elektrostatický kilovotmeter – 75 kV
 napäťový delič – 150 kV
 guľové iskrište – 90 kV
EMKOM Laboratórium TVN



Zariadenie na modelovanie iskrových a plazivých výbojov pri
aplikovaní jednosmerného, striedavého a impulzného napätia.
Analýza výbojovej aktivity – DayCor Classic kamera na záznam
ultrafialového vyžarovacieho spektra (citlivosť na UV zdroje od 1.3pC
zo vzdialenosti 10m)
Životnostné testy izolačných
materiálov
EMKOM
Laboratórium výbojovej a ionizačnej činnosti
3. Laboratórium výbojovej a ionizačnej činnosti






Špecializované pracovisko pre výskum elektrických výbojov v elektrickej
výzbroji technologických celkov a súvisiacich meracích a testovacích
techník.
Vizualizácia defektných miest spôsobujúcich nežiadúcu ionizáciu v
elektroinštalácii automobilov súčasných aj nových vývojových radov
automobilov a elektromobilov.
Merania akustickej emisie vyvolanej elektrickými výbojmi v
technologických celkoch elektroinštalácie automobilov.
Vytváranie modelových prípadov pre rôzne konštrukčné usporiadania.
Rozvoj nových a inovácia súčasných metód v profylaktike elektroizolácií;
hodnotenie nových technológií, ktoré pri vývoji aplikujú koncepty
odolnosti voči elektrickému náboju.
Zodpovedný pracovník: Ing. Juraj Kurimský, PhD.
EMKOM
Laboratórium výbojovej a ionizačnej činnosti






Nízkošumové prostredie: Faradayová komora, z permalloyových
prvkov
Meranie elektrických výbojov s citlivosťou od 10pC
Digitálne spracovanie signálov post-procesing
Šírka pásma: 1 GHz
4 analógové vstupy
4 GS/s
EMKOM
Laboratórium výbojovej a ionizačnej činnosti


16 kanálový akustický systém SPARTAN-AT. Ideálny pre
výskum a aplikácie, kde je potrebná vysoká rýchlosť, nízky šum
a kde sú vysoké nároky na variabilitu testov.
2 kanálový PCI-2 systém pre meranie akustickej emisie, 18
bitov, 40 MS/s, vysoká rýchlosť, nízky šum, široké frekvenčné
pásmo, 2 parametrické vstupy.
EMKOM
Laboratórium výbojovej a ionizačnej činnosti
Plánovaný nákup pre Laboratórium výbojovej a ionizačnej činnosti

Analyzátor kvality siete
(3f, 10 – 3000 Hz, 0.1%)

Merací systém výbojovej činnosti
podľa IEC 60270, VDE 0434 a ANSI
Pracoviská EMKOM
4. Laboratórium diagnostiky




výskum vplyvu degradačných činiteľov na elektrofyzikálnu
štruktúru materiálov používaných v automobilových
technológiách s orientáciou na ich expozíciu v prevádzkových
podmienkach,
výskum orientovaný na urýchlené životnostné testy materiálov a
systémov v elektrickom, magnetickom a tepelnom poli,
diagnostika a určovanie zmien kvality materiálov pomocou
skupiny elektrických i neelektrických metód založených na
prúdovej a napäťovej odozve izolačného systému, ktoré ho
vyšetrujú z mikroskopického aj makroskopického hľadiska.
Zodpovedný pracovník: prof. Ing. Roman Cimbala, PhD.
EMKOM Laboratórium diagnostiky
Riz = 1 EW - 10+18 W

Keithley 617 elektrometer
citlivivosť 100aA (10-16 A)
Ohmmeter 30 TW / 5kV
LCR meter 20Hz – 2 MHz
EMKOM Laboratórium diagnostiky

Tettex 2821, 9821
Merač kapacity a
činiteľa dielektrických strát
s príslušenstvom f(U,T)
Partneri







Východoslovenská energetika, a.s. Košice
Výskumný ústav jadrových elektrární, a.s. Trnava
Enel, a.s. Bratislava
RWE Mníchov - Dr. Peter Birkner
Ústav experimentálnej fyziky SAV, Košice
Parazitologický ústav SAV - doc. Peťko (Neurobiologický ústav SAV) Košice
Centrum excelentnosti ekológie živočíchov a človeka (PU v Prešove)