Definizione delle principali sorgenti non intenzionali di emissioni elettromagnetiche in ambito marittimo

Executive summary The need to install on vessels loads powered at different voltage levels and operating at different frequencies leads to an increase of the use of power electronic converters. Moreover, the current trend to implement the MEV (More Electric Vehicles) concept in boats, namely the increase of electrical loads on board along with the replacement of hydraulic/mechanical systems with electrical systems, determines a more massive use of static conversion systems on board. As a consequence new electromagnetic compatibility (EMC ElectroMagnetic Compatibility) problems related to the increase of power electronics on board are expecte, which must be faced at an early stage of the electrical system project so to ensure the safety and reliability requirements. This technical report provides general information about naval electrical systems and, with reference to the electronic power converters used on board, outlines the main problems concerning the conducted electromagnetic emissions. With regard to such a problem, it provides an overview of the technical standards. It presents a theoretical model that describes the electromagnetic emission generated by trapezoidal pulses, typical in the operation of switching converters. Finally the experimental results concerning the measurement of conducted electromagnetic interferences in an electrical drive with asynchronous motor drived by PWM inverter are shown. It is noted that the discussion on electromagnetic emissions in the maritime sector still has wide margins for deepening. In particular, with reference to the different types of boats, it is possible to deal with the problem of the electromagnetic interactions between signal and power circuits in the design phase considering mainly the following aspects: - architecture of the electric power system; - topologies and control of electronic power converters; - methodologies for conducted electromagnetic emissions mitigation. The study of electromagnetic interactions in maritime environment will have to aim to optimize the design of new electrical architectures and to identify the most suitable techniques for noise reduction (new modulation techniques of converters and topologies of passive, active or hybrid filters). There is also the need for developing and implementing, upstream, high frequency models of converters, lines, electrical drives and other devices for maritime application for the prediction of generation and propagation mechanisms of conducted electromagnetic disturbances.

Executive summary La necessità di installare a bordo delle imbarcazioni carichi alimentati a diversi livelli di tensione e funzionanti a differenti frequenze pone la necessità di utilizzare convertitori elettronici di potenza. Inoltre la tendenza attuale ad implementare nelle imbarcazioni il concetto MEV (More Electric Vehicles), ossia l'incremento di carichi elettrici a bordo e la sostituzione di sistemi idraulici/meccanici con sistemi elettrici, determina un uso sempre più massiccio di sistemi di conversione statica a bordo. Si pongono pertanto nuove problematiche di compatibilità elettromagnetica (EMC, ElectroMagnetic Compatibility), legate all'incremento dell'elettronica di potenza a bordo, che devono essere affrontate sin dalle prime fasi di progetto dell'impianto elettrico per garantire i requisiti di sicurezza e affidabilità. In questo rapporto tecnico vengono fornite informazioni generali sui sistemi elettrici navali e, con riferimento ai convertitori elettronici di potenza utilizzati a bordo, vengono delineate le principali problematiche relative alle emissioni elettromagnetiche condotte. Relativamente al problema delle emissioni elettromagnetiche, viene fornita una panoramica della normativa tecnica di riferimento. Si presenta un modello teorico che descrive l'emissione elettromagnetica generata dagli impulsi trapezoidali, tipici del funzionamento dei convertitori a commutazione. Infine si riportano i risultati sperimentali relativi alla misura di disturbi elettromagnetici condotti in un azionamento con motore asincrono alimentato da un inverter PWM. Si osserva che la trattazione delle problematiche relative alle emissioni elettromagnetiche in ambito marittimo ha ancora ampi margini di approfondimento. In particolare, in relazione alle diverse tipologie di imbarcazioni, è possibile affrontare il problema interazioni elettromagnetiche fra circuiti di segnale e circuiti di potenza in fase progettuale considerando principalmente i seguenti aspetti: - architettura del sistema elettrico di potenza; - topologie e controllo dei convertitori elettronici di potenza; - metodologie per la mitigazione delle emissioni elettromagnetiche condotte. Lo studio delle interazioni elettromagnetiche in ambiente marittimo dovrà tendere ad ottimizzare il progetto delle nuove architetture elettriche e ad individuare le più adeguate tecniche di attenuazione dei disturbi (nuove tecniche di modulazione dei convertitori e topologie di filtri passivi, attivi o ibridi). Si riscontra inoltre la necessità di sviluppare ed implementare, a monte, modelli in alta frequenza dei convertitori, delle linee, degli azionamenti elettrici e degli altri dispositivi di impiego marittimo per la previsione dei meccanismi di generazione e propagazione dei disturbi elettromagnetici condotti.