EMV- Was muss ich wissen? -...
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The Schaffner Group Harald Barth Product Marketing Manager
EMV- Was muss ich wissen?
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EMV –Was muss ich wissen?
Voraussetzungen für einen störungsfreien Betrieb:
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Mindest-Störfestigkeit der eingesetzten Komponenten
Begrenzte Störaussendung der eingesetzten Komponenten
EMV-gerechte Installation des Systems
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EMV –Was muss ich wissen?
Die EMV-Richtlinie 2004/108/EG
Basiert auf in der EU harmonisierten Standards http://ec.europa.eu/enterprise/sectors/electrical/emc/index_de.htm
Definiert Testverfahren und Mindestanforderungen zur Störfestigkeit in Industrie und Haushalt
Definiert Testverfahren und Grenzwerte für leitungsgebundene und abgestrahlte Störungen in Industrie und Haushalt
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EMV –Was muss ich wissen?
Testen der Störfestigkeit
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Standard für Haushalt: EN61000-6-1 / für Industrie EN61000-6-1 -2
Entladung statische Elektrizität
HF-Feld
Schnelle Transienten (Burst)
Stoss-Spannungen (Surge)
HF-Spannung
Magnetfeld
Spannungseinbrüche
Spannungsunterbrechungen
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Begrenzung der Störaussendung
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EMC IN
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Ein Hauptmerkmal elektromagnetischer Störungen ist die Frequenz
Grenzwerte für Störungen sind vom Frequenzbereich und Einsatzgebiet abhängig
Nicht alle Frequenzbereiche sind reguliert
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Anwendung der EMV-Standards: Produkt- oder Fachgrundnorm?
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Grenzwerte für leitungsgebundene Störungen
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Grenzwerte für Störspannungen werden in dBuV angegeben 0 dB entspricht der Spannungsgrösse 1uV 1V Störspannung entspricht 120dBuV
Grenzwerte werden als “Quasi-Spitzenwert (“QP=quasi peak”)
und Effektivwert (“AV=Average”) angegeben
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Grenzwerte für leitungsgebundene Störspannung 150kHz-30MHz
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EN61000-6-4: Fachgrundnorm Störaussendung für Industriebereiche
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EMV –Was muss ich wissen?
Grenzwerte für leitungsgebundene Störspannung 150kHz-30MHz
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EN61000-6-3: Fachgrundnorm Störaussendung für Haushalte
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EMV –Was muss ich wissen?
Leitungsgebundene Störspannung : Wie wird gemessen?
AC (Netz) LISN (Netznachbildung) EUT (Testgerät) EMI frequenzselektiver Messempfänger
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Der Test leitungsgebundener Störungen ist eine Zweipolmessung
Die gemessene Störspannung enthält sowohl symmetrische (Gegentakt-) Störungen als auch asymmetrische (Gleichtakt-) Störungen
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Elektromagnetische Störstrahlung: Wie wird gemessen?
•Beispiel Innenmessung in abgeschirmter Messkabine
•Messbereich Fachgrundnormen EN61000-6 -3/-4: 30MHz - 1GHz
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Grenzwerte für Störstrahlung 30MHz-1GHz
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Störfrequenzspektren verschiedener Störquellen
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Beispiel: Gegentakt-Störung
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Gepulste Ströme verursachen Spannungsabfälle an parasitären Elementen z.B. Serien-
Widerstand (ESR) und -Induktivität (ESL) von Elektrolyt-Kondensator.
Störspannungen zwischen den aktiven Leitern werden als symmetrische oder Gegentakt-
Störung (engl. Differential Mode Noise) bezeichnet.
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~ =
ICM
distance
AreaC
dt
dUCICM ~;
Die Spannungsänderung eines Schalt-Transistors verursacht über die parasitäre Kapazität zwischen Schaltelement und Kühlfläche einen Störstrom.
Dieser fliesst über Kühlkörper oder Gehäuseteile zurück und verursacht eine asymmetrische oder Gleichtakt-Störung (engl. common mode noise ).
Beispiel: Gleichtakt-Störung
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Ausbreitungen von EMV-Störungen
Über Geräte-Zuleitungen werden die erzeugten Störungen ins Stromnetz geleitet oder auch abgestrahlt.
Der beste Platz für ein Netzfilter ist unmittelbar in der Zuführung der Netzzuleitung.
Hier verbessert das EMV-Filter auch die Störfestigkeit des Gerätes gegenüber Netzstörungen Burst, Surge).
Auch andere Leitungen (Steuerkabel, Schnittstellen etc. ) können Störungen führen.
Motorkabel am Ausgang eines Wechselrichters sind generell geschirmt auszuführen, um die Abstrahlung in Grenzen zu halten.
Ausgangsfilter auf der Motorseite können EMV verbessern und Motor-Lagerschäden, hochfrequente Ableitströme, Motor-Temperaturerhöhung , Motor-Geräuschentwicklung minimieren.
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Abschätzung von Störgrössen
EMV-Störungen werden anhand des Amplitudenspektrums bewertet.
Das Amplitudenspektrum beruht auf der Fourierreihe periodischer Signale.
Das Amplitudenspektrum vieler Signale lässt sich analytisch berechnen und in Form von Hüllkurvennäherungen nach oben abschätzen.
Insbesondere die Hüllkurvennäherungen stellen eine Hilfe bei der „Worst Case“-Abschätzung von EMV-Störungen dar, weil diese auf einfache Weise gültige Rechenwerte, auch zwischen den Vielfachen der Grundfrequenz, liefern.
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Beispiel: Halbbrückenwandler
Annahmen:
Schaltfrequenz 100 kHz
Einschaltzeit jeweils 50%
Stromfluss in Drossel ohne Lücken
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Beispiel Halbbrückenwandler: Fourier-Analyse der Oberschwingungen
Spektrum startet mit der Grundschwingung bei 160 dBuV
Der Verlauf der Oberwellen nimmt mit -20dB /Dekade ab
Die graue Linie zeigt die Hüllkurve der Oberschwingungen mit -20dB pro Dekade
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Typische Schaltbilder von EMV-Filtern
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dreiphasig
einphasig
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Hüllkurve Störspektrum Antriebs-Wechselrichter
a - Taktfrequenz des Wechselrichters
b - Hüllkurvenverlauf -20dB/Dekade
c - Eckfrequenz (abhängig von der Flankensteiheit)
d - Hüllkurvenverlauf -40dB/Dekade
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Abschätzung der Filterdämpfung
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Die Dämpfung von Filtern wird nach CISPR17 mit 50 Ohm Impedanz gemessen Die A Kurve zeigt die asymmetrische Dämpfung Die B Kurve zeigt die symmetrische Dämpfung
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Ableitstrom
• Ableitströme haben Anteile mit Netzfrequenz und höherfrequente Anteile
• Anordung und Ausführung der Komponenten beeinflusst den Verlauf der Ableitströme
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Beispiel: Anordnung des EMV-Filters
Schlechte Position Gute Position
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Steuerkreise und Lastkreise trennen
Filter und Störquelle möglichst nahe zueinander auf gemeinsamer Metallfäche montieren
Klare Trennung der Kabelführung von entstörter und nicht entstörter Seite
Beispiel: Verdrahtung des EMV-Filters
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Montage des EMV-Filters
Filter muss auf leitfähigem Untergrund montiert werden oder flächig angebunden werden
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