Elektromagnetische Verträglichkeit

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1 Arnold Rodewald Elektromagnetische Verträglichkeit Grundlagen - Praxis Mit 267 Abbildungen vieweg

2 VII Inhaltsverzeichnis Teill: Grundlagen 1 Einführung Ursachen elektromagnetischer Beeinflussungen Die Auswirkung elektromagnetischer Beeinflussungen Unbeabsichtigte Wirkungen elektrischer Felder von Spannungen Die unbeabsichtigte Wirkung magnetischer Felder von Strömen Die Störung von Bildschirmen durch die Magnetfelder niederfrequenter Ströme Beeinflussung durch den unbeabsichtigten Empfang eines Senders Literatur ; 10 2 Die allgemeine Struktur elektromagnetischer Beeinflussungen Die fünf einfachen Kopplungen Zusammengesetzte Kopplungen Die Beeinflussungswege Die allgemeine Struktur der Beeinflussungswege Felder, die von Leitungen ausgehen Abschwächung leitungsgebundener Störungen (k stör > a) Abschwächung leitungsgebundener Beeinflussungen über Datenleitungen Abschwächung von äußeren Feldern Störfestigkeit Störaussendung Das Frequenzspektrum einer Folge von rechteckigen Impulsen Das Frequenzspektrum von Impulsfolgen mit endlicher Flankensteilheit Die Rolle der Normen bei der Sicherung der EMV Die Normenorganisation Die zivilen Normentypen Die zivilen Gerätenormen Ein kurzer Blick in die Theorie der Elektrotechnik Spannungen und Potentialdifferenzen Die Geometrie der elektrischen Spannung Die quasistationäre Modellbildung Generator- und Verbraucherspannungen Theorie - Überblick 45

3 VIII Inhaltsverzeichnis Vom Schaltschema über eine Raumskizze zum Ersatzschaltbild Literatur 47 3 Kopplungen durch quasistationäre Magnetfelder von Strömen Das Übertragungsverhalten induktiver Kopplungen Der Frequenzgang Das Impulsverhalten einer induktiven Kopplung Leiterschleifen, die von der Strombahn getrennt sind Leiterschleifen, die an der störenden Strombahn anliegen Abschirmen gegen magnetische Felder Der Frequenzgang einer Abschirmung durch eine Kurzschlußmasche Das Impulsverhalten der Gegenfeldabschirmung Ein Demonstrationsversuch zur Gegenfeldabschirmung mit einer Kurzschlußmasche Mögliche Nebenwirkungen von « Abschirmung gegen Wandströme Verringerung von ii im Hinblick auf möglichst kleine Nebenwirkungen Typische Fehler bei der Abschirmung mit Kurzschlußmaschen Abschwächung schnell veränderlicher Magnetfelder durch metallische Gehäuse Abschirmen gegen statische und niederfrequente Magnetfelder Literatur 85 4 Die quasistationäre kapazitive Kopplung Der Frequenzgang einer kapazitiven Kopplung Praktische Schlußfolgerungen aus dem Frequenzgang Das Impulsverhalten der kapazitiven Kopplung Abschirmung gegen ein quasistationäres elektrisches Feld Demonstrationsversuch zur Abschirmung eines quasistationären E-Feldes Der Frequenzgang der Feldschwächung durch ein Abschirmgehäuse in einem elektrischen Feld Metallische Gehäuse in statischen elektrischen Feldern (Faraday'sche Käfige) in Luft Metallisches Gehäuse in zeitlich veränderlichen elektrischen Feldern Messergebnisse an metallischen Gehäusen in einem elektrischen Feld Gehäuse mit hochohmigen Wänden in elektrischen Feldern Kapazitive Kopplung im Inneren von Abschirmgehäusen Reduktion durch Symmetrieren EMV-Regeln im Hinblick auf quasistationäre kapazitive Kopplungen Literatur 109

4 Inhaltsverzeichnis 5 Die ohmsche Kopplung Ohmsche Kopplung durch gemeinsame Drähte bei Gleichstrom Ohmsche Kopplung an Drähten bei zeitlich veränderlichem Strom Ohmsche Kopplung an korrodierten Verbindungen (rusty bolt) Kopplungen durch ohmsche Strömungsfelder im Erdreich Mathematische Beschreibung eines Flächenerders Abschirmung gegen elektrische Strömungsfelder im Erdreich Die Grenze zwischen ohmschem Widerstand und Wellenwiderstand Literatur Kabelmantelkopplung Kopplungen zwischen parallelen Leitungen Kopplung zwischen parallelen Leitungsstücken im quasistationären Frequenzbereich Analytische Berechnung der Impulskopplung Impulskopplungen in Flachkabeln Kopplungen in nicht homogenen Medien Die kritische Anordnung in digitalen Schaltungen Impulskopplungen bei beliebigen Leitungsabschlüssen Literatur Störende unbeabsichtigte Impulse S törende Schaltvorgänge in elektrischen Energieversorgungen Mathematische Analyse einer einfachen Nahzone mit idealem Schalter Praktische Beispiele von Ausgleichsvorgängen in der Nähe von Schaltern Rückzündungen an öffnenden Schaltern Entladung elektrostatischer Aufladungen Die Entladung elektrostatisch aufgeladener Personen Gewitterentladungen (Blitze) Literatur Unabsichtliche Hochfrequenzeffekte Leitungen und Leitungsschirme als unabsichtliche Antennen Unabsichtliche Hohlraumresonanzen Literatur 180

5 Inhaltsverzeichnis Teil 2: Schwerpunkte der EMV-Praxis in der Geräte- und Messtechnik 10 Zwei Verfahren zur Entdeckung von Signalbeeinflussungen in der Messtechnik Die Kurzschlussprüfung Die Ferritkernprüfung EM V-Probleme bei Messungen mit Spannungssonden (engl.: probes) Beispiel für den Störeffekt Beispiel für den Störeffekt Beispiel für den Störeffekt EMV-gerechte Masse- und Bezugsleiterstrukturen Schaltungstechniken zur Trennung der Strombahnen in einer Masse bei tiefen Frequenzen Leiterformen und Massestrukturen für die Stromrückführungen in digitalen Schaltungen Rückführung von Impulsströmen über Gitter mit gekreuzten Leitern für Masse und Energieversorgung in zweilagigen Leiterplatten Rückführung der Impulsströme über Gitter mit parallelen Leiterkämmen in zweilagigen Leiterplatten Rückführung von Impulsströmen in einlagigen Leiterplatten Stromrückführung in Geräten mit analogen Signaleingängen und digitaler Signalverarbeitung Erdschleifen Die Entstehung von Erdschleifen Abschwächung von hochfrequenten Erdschleifen-Beeinflussungen durch Ferritkerne Auftrennung eines Erdschleifenzweiges durch den Innenwiderstand von Differenz- oder Instrumenten-Verstärkern Vermeidung von Erdschleifen durch getrennte Energieversorgung..: Vermeidung von Erdschleifen durch galvanisch unterbrochene Signalübertragung Literatur Abschirmpraxis Einseitiger oder beidseitiger Masseanschluss von Kabelschirmen? Abschirmung mit Kabelschirmen gegen elektrische Felder Abschirmung mit Kabelschirmen gegen schnell veränderliche Magnetfelder 215

6 Inhaltsverzeichnis XI Abschirmung von Signalkabeln gegen niederfrequente Magnetfelder Anschluss von Kabelschirmen in Schaltungen mit Instrumentenverstärkern Brumm in Audiosystemen durch beidseitige Masseanschlüsse von Kabelschirmen EMV-gerechte Abschlüsse geschirmter Kabel EMV-gerechte Steckverbindungen EMV-gerechte Einführung von geschirmten Kabeln in Abschirmgehäuse Was kann man mit Verdrillen erreichen und was nicht? Abschirmgehäuse Gehäuse gegen elektrische Felder Gehäuse gegen niederfrequente Magnetfelder Gehäuse gegen Magnetfelder im Frequenzbereich 1 khz bis 10 MHz Gehäuse gegen elektromagnetische Strahlungsfelder im Bereich > 10 MHz Literatur zu Kapitel Filtereinsatz Zusammenwirken von Funkentstörungs- und Störschutzfiltern mit ihrer elektrischen Umgebung Filter in den Netzanschlüssen Der Einbau von Filtern Filter in Signalleitungen Filter in der Gleichspannungsversorgung Stützkondensatoren in digitalen Schaltungen Schutz von Netzzuführungen und Signalleitungen mit Überspannungsableitern Schutz von Netzzuführungen Schutz von Signal- und Datenleitungen durch Überspannungsabieiter Der Einfluss der Anschlüsse auf die Schutzwirkung von Ableitern Überlastungsschutz von Überspannungsableitern Der räumliche Schutzbereich von Überspannungsableitern Literatur < Komponentenauswahl und Schaltungstechniken im Hinblick auf niedrige Störaussendung Literatur 258

7 XII Inhaltsverzeichnis 18 Strategien zur Sicherung der EMV Spezifische EMV-Planung Experimentelle Überprüfung der elektromagnetischen Verträglichkeit Literatur 261 Anhang Literatur Anhang Anhang Anhang Literatur Anhang Sachwortverzeichnis 277