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Filtros contra interferência - EMI (ART046)

Fontes chaveadas, circuitos com SCRs e Triacs, motores elétricos e muitos outros equipamentos, produzem interferência eletromagnética ou EMI (Electromagnetic Interference). Essas interferências afetam rádios, televisores, equipamentos de telecomunicações, etc. Veja nesse artigo como se livre dessas interferências com a utilização de filtros.


Dispositivos de comutação rápida como SCRs, Triacs e outros usados em fontes chaveadas, além de motores e circuitos de lâmpadas fluorescentes e eletrônicas geram um elevado nível de ruído na faixa das rádios freqüências, ou seja, interferência eletromagnética (EMI).

Esse ruído afeta a recepção de sinais de rádio numa ampla faixa do espectro, atrapalhando o funcionamento, por exemplo, de rádios AM, ondas curtas, intercomunicadores sem fio, FM, televisores, etc.O nível dessas interferências pode chegar a interromper completamente a recepção dos sinais em alguns casos, ou afetar seriamente seu alcance.Diversas são as técnicas que podem ser usadas para se evitar que esses ruídos se propagem, chegando aos aparelhos mais sensíveis e com isso afetando seu funcionamento. Nesse artigo analisaremos algumas possibilidades.

A origem das interferências e ruídos e sua propagação
Na figura 1 mostramos os modos como as interferências e ruídos se propagam e sua origem. Veja que definimos interferências aqueles sinais que possuem frequências fixas ou um espectro fixo, sendo produzidos por equipamentos eletrônicos ou outras fontes que geram de modo específico sinais de altas frequências. Os ruídos, por outro lado, podem ser naturais ou artificiais, não possuindo frequência fixa, espalhando por um espectro amplo de frequências. Nesta figura mostramos as diversas origens possíveis dos ruídos e interferências.

Figura 1 – Os ruídos e interferências.

A interferência gerada por um equipamento qualquer  pode chegar ao aparelho interferido de duas formas, conforme mostra a figura 2.




Figura 2 – As interferências e ruídos podem ser propagar pela rede de energia ou pelo espaço, através de ondas eletromagnéticas,


A primeira é através do próprio cabo de alimentação, através da rede de energia, se os dois aparelhos estiverem ligados a uma mesma rede.
A segunda é através do espaço quando os sinais são irradiados e dessa forma, não é preciso haver qualquer conexão física entre os dois aparelhos.Analisemos o que podemos fazer nos dois casos.

Interferência via Rede de Energia
Conforme vimos, esse tipo de interferência se propaga do aparelho interferente ao aparelho interferido através dos próprios cabos da rede de energia. O problema se agrava quando a conexão dos dois aparelhos a uma rede está muito próxima (mesma tomada), conforme mostra a figura 3.



Figura 3 – Caso em que um motor gera ruídos que se propagam pela rede de energia interferindo num receptor de rádio (AM ou FM).


Esse tipo de interferência, dependendo do equipamento que a gera, pode chegar até a faixa de VHF (FM e TV).Nos rádios se manifesta através de ruído e nos televisores na forma de chuviscos, alterações na imagem e até perda de sincronismo dependendo do nível de interferência.

Soluções:
Filtro entre o receptor e a rede de energia


O filtro mais simples é o mostrado na figura 4 consistindo em duas bobinas e dois capacitores em paralelo. As bobinas podem ser enroladas em bastões de ferrite ou mesmo anéis de ferrite constando de 40 a 60 voltas de fio com espessura de acordo com a potência do aparelho alimentado. Para televisores e outros aparelhos de médio consumo (até 200 W) pode ser usado o fio 22.

Figura 4 – Filtro típico para interferência via rede. Veja ART026 – Filtro contra interferências, neste site.


Os capacitores usados são de 100 nF e devem ter tensões de isolamento de pelo menos 400 V se a rede for de 110 V e 600 V se a rede for de 220 V. Uma característica interessante desse filtro é que ele também oferece alguma proteção para certos tipos de transientes que se propagam pela rede e podem afetar os circuitos alimentados mais sensíveis.

Filtro duplo entre o receptor e a rede de energia

Um filtro mais eficiente é o que desvia o sinal para a terra e não apenas o coloca em curto, como no caso anterior. Esse filtro é mostrado na figura 5 e faz uso de 4 capacitores em lugar de dois apenas.


Figura 5 – Filtro contra interferências via rede mais elaborado – veja artigo citado na figura 4.


Os capacitores e as bobinas são semelhantes aos indicados para o filtro anterior. A ligação à terra deve ser feita a uma barra de terra apropriada.



Filtro no aparelho interferente

Se a interferência ocorre em diversos receptores, muito mais interessante do que colocar um filtro em cada aparelho interferido é usar apenas um entre o aparelho interferente e a rede de energia. Podemos usar as duas configurações anteriores para essa finalidade, ligando-as conforme mostra a figura 6.



Figura 6 – Filtro colocado junto ao aparelho interferente.


Nesse caso devemos apenas observar que normalmente os aparelho que interferem podem ter potências elevadas caso em que as bobinas devem ser enroladas com fios mais grosso. Use fio 14 para potências até 500 W e 12 para potências até 1000 W.


Snubber

Em alguns casos, quando o dispositivo que causa a interferência é um SCR ou um TRIAC podemos usar um filtro snubber no próprio dispositivo de comutação, conforme mostra a figura 7, caso ele não exista.

Figura 7 – Um snubber amortece os ruídos de comutação de tiristores como SCRs e TRIACs.


Um outro filtro para essa finalidade que é um “desacelerador” de comutação é o mostrado na figura 8, podendo ser usado em alguns controles de potência com SCRs e Triacs.



Figura 8 – Filtro desacelerador ligado em série com um SCR ou TRIAC.


A bobina é formada por 20 a 50 voltas de fio de acordo com a corrente controlada (18 para potências até 200 W) e o capacitor deve ser de poliéster de 100 nF com 600 V de tensão de trabalho, pelo menos.



Interferência Irradiada

Conforme explicamos na introdução, essa forma de interferência não precisa que haja um meio físico entre o aparelho interferente e o aparelho interferido, pois ela se propaga pelo espaço através de ondas de rádio, conforme mostra a figura 9.

Figura 9 – A interferência irradiada não precisa de um meio físico para chegar até o aparelho interferido. Ela se propaga pelo espaço.


Tipicamente, esse tipo de interferência quando causada por dispositivos comutadores ligados à rede de energia ou fontes chaveadas tem um espectro em que a intensidade relativa do sinal diminui à medida que a freqüência aumenta, conforme mostra a figura 10.



Figura 10 – Espectro típico de interferências gerada por motores e outros dispositivos ligados à rede de energia.


Assim, as interferências são muito mais acentuadas nas faixas de ondas médias e curtas, diminuindo na faixa inferior de VHF (canais baixos de TV) e praticamente desaparecendo na faixa alta de VHF (canais altos). Percebe-se claramente que a interferência que chega a um aparelho é desse tipo quando ele é alimentado por pilhas, não tendo conexão com a rede de energia. A manifestação é a mesma das interferências através da rede, afetando som de aparelhos receptores de rádio e também a imagem no caso de televisores.

Soluções:
Existem diversas soluções possíveis para esse tipo de problema.


Blindagem e Aterramento do Aparelho Interferente

Essa, sem dúvida alguma, é a solução mais indicada para os casos de interferência irradiada, principalmente de equipamentos industriais, ou mesmo domésticos, que possuam motores. Conforme mostra a figura 11, basta aterrar a carcaça do equipamento, o que já é norma em alguns casos, pois também tem por finalidade proteger as pessoas contra eventuais choques.



Figura 11 – O aterramento e blindagem evitam a irradiação de interferências e ruídos.

Se o equipamento interferente não tiver uma caixa metálica que permita a realização de um aterramento e o nível de interferência for alto, ele pode ser instalado dentro de uma blindagem, ou “gaiola de Faraday”, conforme mostra a figura 12.



Figura 12 – Utilização da Gaiola de Faraday para evitar a irradiação de interferências e ruídos.

Evidentemente, essa solução exige uma excelente ligação à terra, para onde serão desviados os sinais interferentes.


Desacoplamento do “vivo” ou “fase”

Esse processo consiste em se desacoplar a conexão que vai do elemento de controle (SCR ou Triac) até a carga que pode funcionar como uma “antena” para os sinais irradiados. Isso é feito com a ajuda de um capacitor de poliéster de 100 nF x 600 V ou mais ligado da forma mostrada na figura 13.

Figura 13 – Desacoplamento do pólo vivo através de um capacitor.                                  


Uma outra forma de se evitar a irradiação dos sinais por esse elemento do circuito, caso ele seja longo, consiste em blindá-lo, ligando sua malha à terra.


Snubber
A colocação de filtros que amorteçam o processo de comutação dos causadores de interferências, também ajuda a eliminar esse problema.
Na figura 14 mostramos como agregar esse filtro que é o mesmo do caso para interferências que se propagam pela rede de energia.



Figura 14 – Utilizando um snubber com um dispositivo semicondutor de comutação.                                     



Conclusão
O primeiro passo para se eliminar a interferência causado por algum equipamento consiste em se identificar a forma como ela se propaga.
A partir desse momento, analisa-se o modo como um eventual filtro ou procedimento de correção pode ser adotado. A adoção não só depende da eficiência do processo como também da facilidade com que isso pode ser feito.Podem até ocorrer os casos em que mais de uma solução precisa ser adotada ao mesmo tempo como o uso de filtros tanto no aparelho interferente como interferido, filtros e aterramento, etc.

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