2.1. Beeinflussungsmodell. Kopplung

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1 2. EMV-Analyse (Wiederholung) 2.1. Beeinflussungsmodell Störquelle rsprung von Störgrößen - intern / extern - Gleich- /Gegentakt - schmal- / breitbandig - Rauschstörer / transiente Störer Kopplung Physikalische Mechanismen der Beeinflussung Störsenke Wirkung der Störgrößen

2 4. Kopplungsmechanismen 4.1. Übersicht Kopplungsarten leitungsgebunden feldgebunden Nahfeld Fernfeld Galvanische Kopplung Kapazitive Kopplung Induktive Kopplung Strahlungskopplung rsache: Spannungsabfall an gemeinsamen Impedanzen rsache: Influenzwirkung des elektrischen Feldes rsache: Induktionswirkung des magnetischen Feldes Wellenleiterkopplung rsache: Hochfrequente Spannungen bzw. Ströme durch elektromagnetische Wellen

3 4.2. Galvanische Kopplung rsache: Spannungsabfall an gemeinsamen Impedanzen Prinzip: 0,1 Z i,1 L,1 Z k 0,2 Z i,2 L,2 Z L,2 L,1 0,1 Z i, Nutzanteil Z K 0,2 Z i,2 + Z L,2 Z i, Störanteil Stör Nutz 0,2 0,1 Z i,2 ZK + Z L,2

4 4.2. Galvanische Kopplung - Vermeidung 1. Problemklasse: Kopplung von Betriebsstromkreisen -Reduzierung der Koppelimpedanz geringer Leitungsabstand Verdrillen von Hin- und Rückleiter doppelseitige oder Multilayer-Platinen -Verwendung von Stützkondensatoren -Separate Versorgungsleitungen (Beispiel 1) -Separate Netzteile 2. Problemklasse: Erdschleifen (Beispiel 2) -Einseitige Erdung, Galvanische Trennung -Einsatz stromkompensierter Drosseln -Differenzverstärkung von Signalen

5 4.2. Galvanische Kopplung Beispiel 1 Stark gekoppelt: R C1 R C2 Z S,+ R i I B,1 (t) T1 T2 2 (t) Z S,- 0 Z S1,+ Schwach gekoppelt: RC1 R C2 Z S2,+ R i I B,1 (t) T1 T2 2 (t) Z S2,- 0 Z S1,-

6 4.2. Galvanische Kopplung Beispiel 2 Störspannungen durch Erdschleifen: Z r,1 Z i,1 0,1 Z L,1 r,2 G1 G2 Gl I Gl,1 Z r,1 0,1 Z i,1 I Gl,2 Z r,2 L,1 G1 Gl stör G2

7 4.3. Kapazitive Kopplung rsache: Elektrisches Feld zwischen Leitern des Nutz- und des Störkreises Prinzip: 0,2 Z i,2 C k Z L,2 I Stör 0,1 Z i,1 L,1, 1 0,1 + 0,2 v jω CK Z i,1 Z L, Z Z i,1 + L,1 Störanteil L 1 Stör Nutz 0,2 v ω CK Zi,1 0,1 Vermeidung: - Verkleinerung der Koppelkapazität (kurze parallele Leiterstrecken, große Leiterabstände, dünne Leiter) - Verringerung des Innenwiderstandes der Spannungsquelle - Schirmung der Leitungen von Nutz- und / oder Störkreis

8 4.3. Kapazitive Kopplung - Schirmung Ersatzschaltbild bei idealem Schirm Z i,2 C 2 0,2 C 1 I Z L,2 Stör = 0 0,1 Z i,1 L,1

9 4.3. Kapazitive Kopplung - Schirmung Ersatzschaltbild bei realem Schirm 0,2 Z i,2 ZS C 2 C 1 I Z L,2 Stör 0 0,1 Z i,1 L,1

10 4.4. Induktive Kopplung (Magnetische Kopplung) rsache: Magnetisches Feld zwischen Leitern des Nutz- und des Störkreises Prinzip: 0,2 Z i,2 Stör M Z L,2 0,1 Z i,1 L,1 L,1 0,1 Z i,1 Z L,1 + Z L,1 jω M 0,2 i,2 L,2 i,1 L, Störanteil ( Z + Z ) ( Z + Z ) Stör 0,2 ω M Z + Z Nutz 0,1 i,2 L,2

11 4.4. Induktive Kopplung (Magnetische Kopplung) Vermeidung: 1. Verringerung der Gegeninduktivität - Schleifenabstand vergrößern - Schleifenfläche verringern - Hin- und Rückleiter verdrillen - Hin- bzw. Rückleiter aufteilen - Schleifen orthogonal zueinander anordnen 2. Magnetische Abschirmung 3. (Hochohmige Nutzkreise) 4. (Frequenz der Störsignale verringern) Stör 0,2 ω M Z + Z Nutz 0,1 i,2 L,2

12 Schirmung magnetischer Felder - Prinzip B a div B r = 0 B-Linien haben keine Senke B i <<B a Schirm muss den Magnetfluss umleiten Schirm muss Störsenke umfassen nmagnetische Schirme (z.b. Kupfer): - Nutzung des Skineffektes - Hinreichend hohe Frequenz notwendig Hochpermeable Schirme: - Wirkung auch bei Gleichfeldern - Nichtlinearität des Schirmmaterials beeinflusst Schirmverhalten

13 Magnetisierungskennlinien B / T 1 Dynamoblech Mu-Metall Dynamoblech Mu-Metall H / A/m

14 Rechteckschirm - Schirmfaktoren bei f = ,5 mm Dynamoblech 1 mm Dynamoblech 2 mm Dynamoblech 3 mm Dynamoblech 4 mm Dynamoblech 1 mm Mumetall S = H A / H I µ 0 * H A / T

15 Rechteckschirm - Schirmfaktoren bei f = Hz f = 1 Hz bzw. stat. f = 16 2 / 3 Hz f = 50 Hz f = 100 Hz S = H A / H I µ 0 * H A / T Schirmmaterial: Dynamoblech, Wanddicke 1 mm

16 Rechteckschirm - Schirmfaktoren bei f = Hz f=1hz bzw. stat. f=16 2 / 3 Hz f=50 Hz f=100 Hz S = H A / H I µ 0 * H A / T Schirmmaterial: Dynamoblech, Wanddicke 2 mm

17 Vorlesungsversuch: kapazitive und induktive Kopplung Ziel: Identifikation von kapazitiver und induktiver Kopplung an der Störsenke Kapazitiv (Gleichtaktstörung) Stör v ω C Z Z 0,2 K i,1 L,1 * Z i, 1 = 0 Stör 0 Störquelle Induktiv (Gegentaktstörung) ω M ZL,1 Stör 0,2 Z + Z Z + Z Z i,1 Störsenke i,2 * Stör L,2 = 0 2 i,1 Stör L,1 f Stör =110 khz Spektrumanalysator Signalgenerator f Nutz =100 khz Signalgenerator Kopplung

18 Vorlesungsversuch: kapazitive und induktive Kopplung Kapazitive Kopplung Nutzkreis Induktive Kopplung Nutz- / Störsignal 100 / 110 khz

19 2. EMV-Analyse 2.1. Beeinflussungsmodell Störquelle rsprung von Störgrößen - intern / extern - Gleich- /Gegentakt - schmal- / breitbandig - Rauschstörer / transiente Störer Kopplung Physikalische Mechanismen der Beeinflussung Störsenke Wirkung der Störgrößen - galvanisch - kapazitiv - induktiv