EMV- Was muss ich wissen? - archiv.swisstmeeting.charchiv.swisstmeeting.ch/tl_files/images/emv2013/3_3... · EMV –Was muss ich wissen? 17 Abschätzung von Störgrössen EMV-Störungen

©Schaffner Group 2013

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



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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http://ec.europa.eu/enterprise/sectors/electrical/emc/index_de.htm

http://ec.europa.eu/enterprise/sectors/electrical/emc/index_de.htm



Testen der Störfestigkeit

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EMC IN

SYSTEM

S

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



Begrenzung der Störaussendung

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EMC IN

SYSTEM

S

Ein Hauptmerkmal elektromagnetischer Störungen ist die Frequenz

Grenzwerte für Störungen sind vom Frequenzbereich und Einsatzgebiet abhängig

Nicht alle Frequenzbereiche sind reguliert



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



Grenzwerte für leitungsgebundene Störspannung 150kHz-30MHz

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EN61000-6-4: Fachgrundnorm Störaussendung für Industriebereiche



Grenzwerte für leitungsgebundene Störspannung 150kHz-30MHz

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EN61000-6-3: Fachgrundnorm Störaussendung für Haushalte



Leitungsgebundene Störspannung : Wie wird gemessen?

AC (Netz) LISN (Netznachbildung) EUT (Testgerät) EMI frequenzselektiver Messempfänger

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EMC IN

SYSTEM

S

Der Test leitungsgebundener Störungen ist eine Zweipolmessung

Die gemessene Störspannung enthält sowohl symmetrische (Gegentakt-) Störungen als auch asymmetrische (Gleichtakt-) Störungen



Elektromagnetische Störstrahlung: Wie wird gemessen?

•Beispiel Innenmessung in abgeschirmter Messkabine

•Messbereich Fachgrundnormen EN61000-6 -3/-4: 30MHz - 1GHz

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EMC IN

SYSTEM

S



Grenzwerte für Störstrahlung 30MHz-1GHz

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Störfrequenzspektren verschiedener Störquellen



Beispiel: Gegentakt-Störung

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EMC IN

SYSTEM

S

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.


The Schaffner Group

EMC IN

SYSTEM

S

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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



Typische Schaltbilder von EMV-Filtern

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dreiphasig

einphasig



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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EMC IN

SYSTEM

S

18 January, 2013

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



Ableitstrom

• Ableitströme haben Anteile mit Netzfrequenz und höherfrequente Anteile

• Anordung und Ausführung der Komponenten beeinflusst den Verlauf der Ableitströme

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EMC IN

SYSTEM

S


EMC IN SYSTEMS 18 January, 2013

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Beispiel: Anordnung des EMV-Filters

Schlechte Position Gute Position


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EMC IN

SYSTEM

S

18 January, 2013 25

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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EMC IN

SYSTEM

S

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Montage des EMV-Filters

Filter muss auf leitfähigem Untergrund montiert werden oder flächig angebunden werden



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