EMV- Was muss ich wissen? The Schaffner Group. Harald Barth. Product Marketing Manager. Schaffner Group 2013

Transkript

1 EMV- Was muss ich wissen? The Schaffner Group Harald Barth Product Marketing Manager 1

2 Voraussetzungen für einen störungsfreien Betrieb: Mindest-Störfestigkeit der eingesetzten Komponenten Begrenzte Störaussendung der eingesetzten Komponenten EMV-gerechte Installation des Systems 2

3 Die EMV-Richtlinie 2004/108/EG Basiert auf in der EU harmonisierten Standards Definiert Testverfahren und Mindestanforderungen zur Störfestigkeit in Industrie und Haushalt Definiert Testverfahren und Grenzwerte für leitungsgebundene und abgestrahlte Störungen in Industrie und Haushalt 3

4 Testen der Störfestigkeit Standard für Haushalt: EN / für Industrie EN Entladung statische Elektrizität HF-Feld Schnelle Transienten (Burst) Stoss-Spannungen (Surge) HF-Spannung Magnetfeld Spannungseinbrüche Spannungsunterbrechungen EMC IN SYSTEM S 4

5 Begrenzung der Störaussendung Ein Hauptmerkmal elektromagnetischer Störungen ist die Frequenz Grenzwerte für Störungen sind vom Frequenzbereich und Einsatzgebiet abhängig Nicht alle Frequenzbereiche sind reguliert EMC IN SYSTEM S 5

6 Anwendung der EMV-Standards: Produkt- oder Fachgrundnorm? 6

7 Grenzwerte für leitungsgebundene Störungen 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 7

8 Grenzwerte für leitungsgebundene Störspannung 150kHz-30MHz EN : Fachgrundnorm Störaussendung für Industriebereiche 8

9 Grenzwerte für leitungsgebundene Störspannung 150kHz-30MHz EN : Fachgrundnorm Störaussendung für Haushalte 9

10 Leitungsgebundene Störspannung : Wie wird gemessen? Der Test leitungsgebundener Störungen ist eine Zweipolmessung AC (Netz) LISN (Netznachbildung) EUT (Testgerät) EMI frequenzselektiver Messempfänger Die gemessene Störspannung enthält sowohl symmetrische (Gegentakt-) Störungen als auch asymmetrische (Gleichtakt-) Störungen EMC IN SYSTEM S 10

11 Elektromagnetische Störstrahlung: Wie wird gemessen? Beispiel Innenmessung in abgeschirmter Messkabine Messbereich Fachgrundnormen EN /-4: 30MHz - 1GHz EMC IN SYSTEM S 11

12 Grenzwerte für Störstrahlung 30MHz-1GHz 12

13 Störfrequenzspektren verschiedener Störquellen 13

14 Beispiel: Gegentakt-Störung 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. EMC IN SYSTEM S 14

15 The Schaffner Group 18 January, Beispiel: Gleichtakt-Störung ~ = du I CM C ; C ~ dt Area distance I CM 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 ). EMC IN SYSTEM S

16 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. 16

17 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. 17

18 Beispiel: Halbbrückenwandler Annahmen: Schaltfrequenz 100 khz Einschaltzeit jeweils 50% Stromfluss in Drossel ohne Lücken 18

19 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 19

20 Typische Schaltbilder von EMV-Filtern einphasig dreiphasig 20

21 Hüllkurve Störspektrum Antriebs-Wechselrichter a - Taktfrequenz des Wechselrichters b - Hüllkurvenverlauf -20dB/Dekade c - Eckfrequenz (abhängig von der Flankensteiheit) d - Hüllkurvenverlauf -40dB/Dekade 21

22 18 January, 2013 EMV Was muss ich wissen? Abschätzung der Filterdämpfung 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 EMC IN SYSTEM S 22

23 Ableitstrom Ableitströme haben Anteile mit Netzfrequenz und höherfrequente Anteile Anordung und Ausführung der Komponenten beeinflusst den Verlauf der Ableitströme EMC IN SYSTEM S 23

24 EMC IN SYSTEMS 18 January, 2013 Beispiel: Anordnung des EMV-Filters Gute Position Schlechte Position 24

25 The Schaffner Group 18 January, Beispiel: Verdrahtung des EMV-Filters Steuerkreise und Lastkreise trennen Filter und Störquelle möglichst nahe zueinander auf gemeinsamer Metallfäche montieren Klare Trennung der Kabelführung von entstörter und nicht entstörter Seite EMC IN SYSTEM S

26 The Schaffner Group 18 January, Montage des EMV-Filters Filter muss auf leitfähigem Untergrund montiert werden oder flächig angebunden werden EMC IN SYSTEM S

27 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Besuchen Sie uns: 27