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Nota del redattore: i lettori potrebbero essere interessati anche agli altri articoli di Zhang della rivista In Compliance che affrontano le questioni relative alla compatibilità elettromagnetica con i veicoli elettrici, "Tecniche di progettazione EMC per moduli propulsori di veicoli elettrici" (febbraio 2021) e "Tecniche di progettazione EMC per convertitori CC-CC per veicoli elettrici" (dicembre 2021).

La maggior parte delle interferenze elettromagnetiche (EMI) nel campo sono emissioni/immunità condotte, emissioni/immunità irradiate, transitori elettrici veloci (EFT) e scariche elettrostatiche (ESD). Esistono, tuttavia, altri tipi di disturbi legati ai campi elettromagnetici, compresi i campi magnetici a bassa frequenza, oggetto di questo articolo.

Il campo magnetico a frequenza industriale (50-60 Hz) è il risultato diretto delle correnti che circolano nelle reti elettriche. Quando nell'intera rete elettrica circolano correnti a bassa frequenza, a seconda delle dimensioni del circuito di circolazione della corrente, l'impatto sulle apparecchiature/prodotti nell'ambiente può essere significativo. Un caso tipico è un'apparecchiatura con schermo a tubo catodico (CRT). Il display su uno schermo CRT sembrerebbe oscillare a causa della presenza di un campo a bassa frequenza nelle vicinanze1. Anche le apparecchiature audio professionali come chitarre elettriche, registratori e altoparlanti sono sensibili ai campi magnetici esterni. La norma EN 61000-4-8 definisce il metodo di prova per i campi magnetici di base a frequenza industriale2.

Negli ultimi anni, molti problemi relativi ai campi magnetici a bassa frequenza sono stati identificati nelle applicazioni di nuovi prodotti, come i prodotti che utilizzano la tecnologia del fascio di elettroni e i veicoli elettrici (EV). Prodotti come le apparecchiature di produzione additiva che utilizzano la tecnologia a fascio di elettroni sono anche sensibili ai campi magnetici a frequenza industriale e una scarsa immunità potrebbe portare a imprecisioni nel processo di produzione. Nel caso dei veicoli elettrici, i motori di trazione generano correnti fluttuanti fino a 2 – 3 kHz, mentre i sistemi di trasferimento di potenza wireless (WPT) per la ricarica delle batterie funzionano a circa 85 kHz3.

In questo caso il problema dei campi magnetici a bassa frequenza è spesso legato alla salute e alla sicurezza. Le linee guida 20204 della Commissione internazionale per la protezione dalle radiazioni non ionizzanti (ICNIRP) descrivono i potenziali impatti sulla salute e sulla sicurezza dell’esposizione umana ai campi elettromagnetici. Secondo le Linee Guida, tra i principali effetti fisiologici dell’esposizione a campi elettromagnetici rientra l’elettrostimolazione del sistema nervoso, derivante dall’induzione di campi elettrici nei tessuti biologici esposti a campi magnetici variabili nel tempo con frequenze fino a 10 MHz.

I campi magnetici a bassa frequenza non solo possono rappresentare un pericolo per la salute degli esseri umani, ma possono anche influenzare alcune unità di controllo elettriche (ECU) di un veicolo. Una ECU composta da sensori ad effetto Hall posizionati vicino al pacco batteria o ai moduli del gruppo propulsore potrebbe essere influenzata dal campo magnetico a bassa frequenza se non viene fornita una schermatura sufficiente.

In questo articolo, la discussione dei campi magnetici a bassa frequenza si basa su applicazioni in cui la gamma di frequenza è inferiore a 500kHz. Vengono discusse le sfide del campo magnetico a bassa frequenza nelle applicazioni dei veicoli elettrici. I campi elettrici a bassa frequenza e le onde piane non rientrano nell'ambito di questo articolo, così come i campi magnetici a bassa frequenza prodotti durante il processo di ricarica dei veicoli elettrici.

Innanzitutto, è necessaria una teoria di base sui campi magnetici a bassa frequenza.

Le tecniche di schermatura, ampiamente utilizzate per le emissioni irradiate, sono efficaci perché funzionano in campo lontano. Poiché la lunghezza d'onda è fisicamente piccola, l'attenuazione di un materiale schermante combina sia la perdita di assorbimento che la perdita di riflessione5.

Come mostrato nella Figura 1, le leggi della fisica impongono che la lunghezza d'onda sia grande quando la frequenza è bassa (900 kHz), quindi la stessa distanza diventa campo vicino per il rumore a frequenza più bassa. In questo caso, lo schermo non può fornire una sufficiente perdita di riflessione. Anche la perdita di assorbimento è ridotta ed è a bassa frequenza. Di conseguenza, la schermatura del campo magnetico a bassa frequenza può essere ottenuta solo mediante le seguenti tecniche:

Figura 1: Nel campo vicino, il rumore a bassa frequenza può essere assorbito solo ma anche la perdita di assorbimento è ridotta.