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Nota do Editor: Os leitores também podem estar interessados ​​em outros artigos de Zhang na In Compliance Magazine abordando questões de EMC com veículos elétricos, “Técnicas de projeto de EMC para módulos de trem de força de veículos elétricos” (fevereiro de 2021) e “Técnicas de projeto de EMC para conversores CC-CC de veículos elétricos” (dezembro de 2021).

A maioria das interferências eletromagnéticas (EMIs) no campo são emissões/imunidades conduzidas, emissões/imunidades irradiadas, transientes elétricos rápidos (EFT) e descargas eletrostáticas (ESD). Existem, no entanto, outros tipos de perturbações relacionadas com EM, incluindo campos magnéticos de baixa frequência, objecto deste artigo.

O campo magnético de frequência elétrica (50-60 Hz) é um resultado direto das correntes que fluem nas redes de energia. Quando correntes de baixa frequência fluem em toda a rede elétrica, dependendo do tamanho do circuito de circulação de corrente, o impacto nos equipamentos/produtos no meio ambiente pode ser significativo. Um caso típico é um equipamento com tela de tubo de raios catódicos (CRT). A exibição em uma tela CRT pareceria oscilar devido à presença de um campo de baixa frequência próximo1. Equipamentos de áudio profissionais, como guitarras elétricas, gravadores e alto-falantes, também são sensíveis a campos magnéticos externos. A EN 61000-4-8 define o método de teste para campos magnéticos básicos de frequência industrial2.

Nos últimos anos, muitos problemas de campo magnético de baixa frequência foram identificados em novas aplicações de produtos, como produtos que utilizam tecnologia de feixe de elétrons e veículos elétricos (EVs). Produtos como equipamentos de fabricação aditiva que utilizam tecnologia de feixe de elétrons também são sensíveis a campos magnéticos de frequência energética e uma imunidade deficiente pode levar a imprecisões no processo de fabricação. No caso dos VEs, os motores de tração geram correntes flutuantes de até 2 a 3 kHz, e os sistemas de transferência de energia sem fio (WPT) para carregamento de baterias são operados a cerca de 85 kHz3.

O problema dos campos magnéticos de baixa frequência, neste caso, está frequentemente relacionado com a saúde e a segurança. As Diretrizes 20204 da Comissão Internacional de Proteção contra Radiação Não Ionizante (ICNIRP) descrevem os potenciais impactos na saúde e na segurança da exposição humana a campos eletromagnéticos. De acordo com as Diretrizes, os principais efeitos fisiológicos da exposição a campos eletromagnéticos incluem a eletroestimulação do sistema nervoso, resultante de campos elétricos induzidos em tecidos biológicos sob exposição a campos magnéticos variáveis ​​no tempo com frequências de até 10 MHz.

Os campos magnéticos de baixa frequência podem não apenas representar riscos à saúde dos seres humanos, mas também podem afetar algumas unidades de controle elétrico (ECUs) de um veículo. Uma ECU que consiste em sensores de efeito Hall localizados perto da bateria ou dos módulos do trem de força pode ser afetada pelo campo magnético de baixa frequência se não for fornecida blindagem suficiente.

Neste artigo, a discussão sobre campos magnéticos de baixa frequência é baseada em aplicações onde a faixa de frequência é inferior a 500kHz. Os desafios do campo magnético de baixa frequência em aplicações EV são discutidos. Os campos elétricos de baixa frequência e as ondas planas estão fora do escopo deste artigo, assim como os campos magnéticos de baixa frequência produzidos durante o processo de carregamento do VE.

Primeiro, alguma teoria básica sobre campos magnéticos de baixa frequência é necessária.

As técnicas de blindagem, amplamente utilizadas para emissões radiadas, são eficazes porque funcionam em campo distante. Como o comprimento de onda é fisicamente pequeno, a atenuação de um material de blindagem combina perda de absorção e perda de reflexão5.

Conforme mostrado na Figura 1, as leis da física determinam que o comprimento de onda é grande quando a frequência é baixa (900 kHz), portanto, a mesma distância se torna campo próximo para ruído de frequência mais baixa. Neste caso, a blindagem não pode fornecer perda de reflexão suficiente. A perda de absorção também é reduzida e é de baixa frequência. Como resultado, a blindagem do campo magnético de baixa frequência só pode ser alcançada pelas seguintes técnicas:

Figura 1: Em campo próximo, o ruído de baixa frequência só pode ser absorvido, mas a perda de absorção também é reduzida.