EMV: Leitungsgebundene Entstörung von Maschinen und Anlagen

Einzelfilter -Summenfilter

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Die Einhaltung des EMV-Gesetzes in Maschinen und Anlagen erfordert die konstruk-tive Beeinflussung leitungsgebundener Stör-emissionen. Meist bedarf das entsprechender Filterkomponenten. Hier die Auswahlkriterien für deren Einsatz als Einzel- oder Summenfilter zur Begrenzung der leitungsgebundenen Stör-emissionen auf normkonforme Grenzwerte.

Der Autor Dipl. Ing. Udo L. Thiel ist Bereichsleiter für Ferritkomponenten und EMV bei Block Transformatoren-Elektronik GmbH & Co.KG, Verden

Zur Begrenzung leitungsgebundener Störemissionen auf nonkonforme Grenzwerte ist fast immer der Einsatz entsprechender Filterkombinationen notwendig. Diese limitieren nicht nur das auftretende Störpotential sondern Verbessern auch die Resistenz der angeschlossenen Verbraucher gegenüber netzseitig geführter Spike-, Burst- und Surge-Impulse. Der Projekteur hat die Wahl zwischen der Komplettentstörung des Systems durch einen Summenfilter direkt am Netzeingang oder aber der Einzelentstörung jeder eingebauten Störquelle mittels abgestimmter Komponentenfilter.
Grenzwertklassen leitungsgebundener Störungen
Vor der Auswahl des Entstörkonzeptes und der Auslese entsprechender Filter ist zunächst die einzuhaltende Grenzwertkurve zu bestimmen. Oberstes Entscheidungskriterium ist der spätere Einsatzort der Anlage. Liegt er im Industriebereich (eigene Transformatorstation vorhanden), so reicht die Erfüllung der Kurve A, für den Wohnbereich ist die verschärfte Kurve B als Limit anzusetzen.
Wege zur normkon-formen Entstörung
Dem Konstrukteur stehen zwei Strategien der System- und Anlagenentstörung zur Verfügung. Der erste Weg führt über den Einsatz bereits entstörter Komponenten und/oder entsprechender Einzelfiltermaßnahmen an allen integrierten Störquellen.
Es kann aber auch ratsam sein, mit lediglich einer Filtermaßnahme die Gesamtanlage zu entstören und so auf Einzelbegrenzungen zu verzichten. Dieses Summenfilter ist möglichst nah am Netzeingang zu positionieren. Seine Aufgabe ist die Reduzierung sämtlicher auftretender leitungsgebundener Störausbreitungen sowohl aus der Anlage heraus als auch aus dem Netz in die Anlage hinein.
Laboruntersuchungen geben Aufschluß
Aus einem exemplarischen Versuchaufbau im Block EMV-Labor ergibt sich für die Auswirkungen auf die netzseitig zu messenden leitungsgebunden Störungen der genannten Filterkonzepte: Die Testkonfiguration bestand aus drei Frequenzumrichtern (verschiedener Hersteller), deren Parametrierung sich hinsichtlich Schaltfrequenz, Modulationsart und Drehfeldfrequenz unterschied. Die Verbindung zu den Motoren erfolgte EMV-gerecht mit abgeschirmten Kabeln der Längen 5, 10 und 20 m. Die erste Analyse befaßte sich mit den Verhältnissen einer Einzel-Entstörung. Wie protokolliert, erfüllte jeder Frequenzumrichter für sich mit dem vom Hersteller vorgeschlagenen Unterbaufilter die Anforderungen der Grenzwertkurve B mit ausreichendem Sicherheitsabstand. Trotzdem überschreitet das resultierende Summensignal am Netzeingang mehrfach den zulässigen Pegel.
Für eine Anlage in einem Wohnbereich reicht die erbrachte Filterleistung damit nicht aus. Die Messungen reflektieren dabei nur eine statische Anlageneinstellung, keine „worst-case“-Fälle, die bei Frequenzumrichtern eintreten können.Die von Block-EMV durchgeführte Analyse zu dieser Thematik (Filterkriterien für Frequenzumrichter) zeigt die Vielzahl der zu berücksichtigenden Variablen und schließt eine weitere Verschlechterung des Meßergebnisses nicht aus.
In der nächsten Versuchsreihe wurden zuerst die drei Umrichter bei gleichbleibenden Rahmenbedingungen ohne Filtermaßnahme betrieben.
Das resultierende Summensignal an der Netzeinspeisung zeigt die Grafik „Summen-Entstörung“. Der Störpegel liegt weit oberhalb der Grenzwerte für Wohn- und Industriebereiche. Der anschließende Test „Entstörung aller Emissionsquellen durch ein gemeinsames Block-Summenfilter vom Typ HFD 210 bzw.HFD 510. ergab akzeptable Störpegel. Diese Filtertypen sind speziell mit ihrem zweistufigen Konzept, mit sehr hoher Filterwirkung und mit sättigungsfesten Induktivitäten den Umrichterbelangen angepaßt.
Der große Abstand zur Grenzwertkurve B gewährt ein ausreichendes Sicherheitspolster hinsichtlich EMV-Toleranzen im Anlagenaufbau oder in der Filterwirkung.
Dienstleistungsangebot
Zur Lösung der vorgenannten Probleme bietet Block-EMV den Interessenten umfassende Hilfestellungen an. Neben der Nutzung des entsprechenden Meßequipments – auch vor Ort – dem Rückgriff auf einen profunden Erfahrungsschatz im Umgang mit der Filtertechnik steht auch eine hauseigene hochmoderne Blechbearbeitungstechnologie zur zeitnahen Realisierung angepaßter Filterbauformen zur Verfügung.
Ausführliche Informationen
Block EMV-Filter
KEM 448
Vorteile der beiden Entstörmethoden
Einzelentstörung
n Filterwirkung angepaßt auf den jeweiligen Störer
n Filterstromauslegung nur für den Einzelverbraucher
n bei wenigen Störquellen kostengünstige Alternative
n beim Ausfall der Filterwirkung kein Einfluß auf andere Komponenten
n Einzelfilter-Unterbrechung betrifft „nur“ eine nachgeschaltete Einbaukomponente
n Geringere EMV-Beeinflussung der Komponenten untereinander
n verbessert vielfach Störfestigkeit der angeschlossenen Komponenten
n relativ leichte Bestimmung der „worst-case“-Situation
Summenentstörung
n kurze Montagezeit (nur ein Filter)
n geringer Platzbedarf
n häufig geringere Kosten
n Störfestigkeitser- höhung der gesamten Anlage gegenüber netzseitiger Beeinflussung durch Burst, Surge und Spikes
n optimale Position des Filters direkt am Netzeingang; Störeinkopplungen auf das ausgeführte Netzkabel sind unwahrscheinlich
n Filter mit integrierter Kommutierungsdrossel reduzieren den Anteil der Stromoberwellen der Gesamtanlage
n Nutzung von Standardprodukten der Hersteller
Nachteile der beiden Entstörmethoden
Einzelentstörung
n erheblicher Platzbedarf in Schaltschrankaufbauten ohne angepaßte Unterbaufilter
n bei großer Störquellen-Anzahl hohe Gesamtkosten
n vermehrter Verdrahtungs- und Befestignungsaufwand
n die Limitierung aller Ein-zelemissionsherde ist nicht gleichbedeutend mit der normkonformen Entstörung der Gesamtanlage
Summenentstörung
n anlageninterne EMV-Störungen können zu Fehlfunktionen führen
n beim Verlust der Filterwirkung gelangt die gesamte EMV-Emission ins Netz
n ein Filterdefekt führt zum Totalausfall der Anlage
n hohe Gesamtstrombe-lastung des Filters
n ggf. zeitaufwendiges Ausmessen des „worst-case“-Falls für Dimensionierung
Gesicherte Ergebnisse bei der Filterauswah
Summenfilter als Filterkonzept im Anlagenbau können zu technologisch günstigeren Ergebnissen führen. Die Auswahl des geeigneten Filters ist schwierig und darf sich nicht allein an der benötigten Stromstärke orientieren. Umfangreiche Messungen und die Beachtung der aufgeführten Vor- und Nachteile führen zu gesicherten Ergebnissen bei der Filterauswahl.
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