EMV

Einleitung

Dieses Referat behandelt, wie nicht allzu schwer am Titel zu erkennen war die Elektromagnetische Verträglichkeit. Um überhaupt diesen Begriff näher definierten zu können müssen zuvor noch einige andere Grundlagen näher erläutert werden.

Um sich nun näher mit diesem Medium befassen zu können wird es zu Beginn einmal notwendig sein einige Begriffsbestimmungen näher zu erläutern.

Derer währen zum einen die Elektromagnetische Störung:

Dies ist jede elektromagnetische Leistung, die die Funktion eines Apparates, eines Betriebsmittels, eines Systems oder einer Anlage beeinträchtigen könnte. Dies kann sowohl ein elektromagnetisches Rauschen oder ein unerwünschtes Signal als auch eine Veränderung des Ausbreitungsmediums selbst sein.

Weiters die Störfestigkeit:

Dies ist die Fähigkeit eines Systems, eines Betriebsmittels, oder einer Anlage während einer Elektromagnetischen Störung ohne Funktionsbeeinträchtigung zu arbeiten.

Und auch die Elektromagnetische Verträglichkeit:

Diese ist die Fähigkeit eine Apparates oder eines Betriebsmittels, in einer elektromagnetisch verseuchten Umwelt zufriedenstellend zu arbeiten, ohne dabei selbst elektromagnetische Störungen zu verursachen, welche die Funktion alle in dieser Umwelt vorhandenen Geräte in unannehmbarem Ausmaß beeinträchtigen würde.

Man unterteilt weiters nun die verschiedenen Stromkreise in:

Symmetrische Stromkreise: Dies sind nicht geerdete, oder symmetrisch geerdete Stromkreise (Potentialmitte ist geerdet)

Bild 1

Unsymmetrische Stromkreise: Dies sind Stromkreise die nur einseitig geerdet sind.

Bild 2

Ebenso unterteilt man die auftretenden Störungen in Gleichtakt- und Gegentaktstörungen.

Bei einer Gleichtaktstörung tritt eine Störspannung zwischen einzelnen Leitern und der Bezugsmasse auf.

Bild 3

Hier gibt es allerdings noch einen weiteren Fall der Gegentaktstörung, die Gleichtakt/Gegentakt-Konversion. Diese tritt dann auf, wenn die Kapazitäten und beiden Leitungsimpedanzen nicht gleich groß sind und dadurch ein zusätzlicher Strom durch die Impedanz Z_E fließt. Diese Gegentaktstrom ruft einen zusätzlichen Gegentaktspannungsabfall an der Impedanz Z_E hervor welchen man dann als die Gleichtakt-/Gegentakt-Konversion bezeichnet. Über den Gleichtakt-/Gegentakt-Konverionsfaktor ist es möglich das Verhältnis der Gleichtaktstörspannung und der Gegentaktstörspannung zu berechnen. Weiters entspricht diese Wert der Verstärkung.

     Aus diesem Grund wird die Gleichtakt-/Gegentakt-Dämpfung (GGD)als definiert.

Bild 4

Bei der Gegentaktstörung tritt eine Störspannung die in Serie zur Nutzspannung liegt, und als Gegentaktstörspannung bezeichnet wird auf. Dies kann sowohl eine Spannungsquelle als auch der Spannungsabfall an einem Widerstand sein.

Der Weg des Störsignales

Den Weg den das Störsignal zurücklegt, kann man im Prinzip in drei grundlegende Elemente unterteilen:

Störquelle oder Sender

Dazwischen liegende Verbindung

Empfänger

Störquelle

Als erstes wollen wir nun beim Ausgangspunkt des Störsignales beginnen. Störquellen oder Sender sind im allgemeinen Geräte die elektromagnetische Signale aussenden. Wie wir alle wissen ist die Übertragung von elektromagnetischen Wellen sowohl über ein Medium als auch über der freien Raum möglich. Bei einigen Anwendungen ist diese Übertragung gewollt wie z.B. bei Rundfunksendern, bei KFZ-Zündanlagen z.B. ist sie jedoch ungewollt. Leider sind nicht nur die von uns eingesetzten Geräte Störsender, denn auch in der Natur kommen elektromagnetische Störer vor wie z.B. Blitze die leider nicht vorhersagbar sind.

Die auftretenden Störquellen kann man in mehrere Gruppen unterteilen:

An diesem Punkt des Referates möchte ich mich den natürlichen Störeinflüssen die in der Tabelle genannt wurden etwas näher widmen.

Am häufigsten, sozusagen dauernd tritt der Grundstörpegel auf.

Dieser gibt die Intensität der ständig vorhandenen elektro-magnetischen Strahlung an. Z.B. in Städten wird dieser Grundstörpegel von der hohen Dichte an elektrischen Geräten erzeugt. Daraus folgt sie ist sowohl von der Tages- als auch von der Jahreszeit abhängig.

Gleich an zweiter Stelle treten die elektrostatischen Entladungen auf. Diese sind nicht nur in der Lage die Geräte in ihrer Funktion zu beeinflussen sondern können diese auch zerstören. Bei diesen Entladungen treten sehr hohe, impulsförmige Ströme auf, die wiederum sehr starke elektromagnetische Störungen hervorrufen. Tritt eine solche Entladung zwischen einem elektrischen Gerät und dem aufgeladenen Körper auf, so kann das Gerät auch sehr leicht zerstört werden.

Als Beispiel möchte ich hier den menschlichen Körper nennen, der sich bis zu einer Spannung von15kV aufladen kann. Dazu kommt noch, daß ein Körper ungefähr eine Kapazität von 150pF besitzt (Q=C*U). Tritt einen Entladung eines Körpers auf, so gibt es zwei Möglichkeiten:

gegen Erde, dabei wird der zuvor geladene Körper vollständig entladen, wodurch ein hoher Stromstoß entsteht (Lichtbogen)

gegen einen anderen Gegenstand, der nicht mit der Erde verbunden ist. Bei einer solchen Entladung gilt, der Gegenstand mit dem höheren Potential gibt seine Ladung an den Gegenstand mit dem niedrigeren Potential so lange ab bis sich die Ladungen ausgeglichen haben. Dies ist vor allem für elektronische Geräte gefährlich, da die Ausgleichsströme zwar kaum bemerkbar sind aber den Bauteil dennoch zerstören können.

Die wohl stärkste elektromagnetische Störung wird von einem Blitz hervorgerufen. Bei einem Blitz funktioniert alles im Prinzip genauso wie bei einer elektrostatischen Entladung, nur daß die Energie in einem Blitz wesentlich größer ist.

Ebenso können elektromagnetische Störungen auch durch eine nukleare Explosion hervorgerufen werden. Durch eine solche Explosion in großer Höhe werden durch die freigesetzten g-Quanten Elektronen aus den Atomen der Luft herausgeschlagen, die wiederum Elektronen freisetzen. Diese Elektronen bewegen sich auf die Erde zu und bilden mit den zurückbleibenden positiv geladenen Atomen einen elektrischen Dipol und durch ihre Bewegung durch das Magnetfeld der Erde einen magnetischen Dipol. Maximal auftretende Feldstärken sind: elektrisch ca. 50kV/m und magnetisch 133 A/m.

Als letzten Punkt den ich in diesem Zusammenhang behandeln möchte sind die Netzrückwirkungen. Diese können im Prinzip zu allen Störquellenarten gezählt werden. Abhängig von dem ans Netz angeschlossenen Gerät, treten im Versorgungsnetz schmal- oder breitbandige Störspannungen oder Störimpulse auf. Schmal- und breitbandige Störspannungen werden hauptsächlich von Geräten erzeugt, die nicht sinusförmige Ströme oder Ströme mit anderer Frequenz aufnehmen. Diese Ströme verursachen Oberwellen und Spannungsschwankungen im Versorgungsnetz. Einmalige Störungen im Netz treten durch das Einschalten von Geräten, die hohe Anfangsströme benötigen auf.

Ersatzschaltung für Netzstörquellen:

Bild 5

U_{0 sym} Gegentaktstörspannung zwischen den beiden Leitern

U_{0 asym} Gegentaktstörspannungen zwischen dem Bezugspotential und den beiden Leitern

VERBINDUNGSSTÜCKE

Wenn wir uns nun vom Sender entfernen kommen wir zu der Verbindung zwischen Sender und Empfänger. Diese Verbindung muß aber nicht unbedingt elektrisch leitend sein, da elektromagnetische Wellen kein Ausbreitungsmedium benötigen.

Bei den Verbindungsstücken unterscheidet man im Prinzip vier Arten von Verbindungen:

Galvanische Kopplung (Leitung)

Elektrische Kopplung (E-Feld)

Magnetische Kopplung (H-Feld)

Strahlungskopplung (E/H-Feld)

Galvanische Kopplung:

Unterschiedliche Systeme sind untereinander galvanisch gekoppelt wenn sie eine gemeinsame Leitung besitzen. In diesem Fall unterschiedet man zwei verschiedene Arten von galvanischer Kopplung.

galvanische Kopplung zweier Systemen untereinander über eine Leitung

galvanische Kopplung zweier Systeme über eine Erdschleife

Nun zu Punkt eins der galvanischen Kopplung über eine Leitung. Besitzt man nun zwei oder mehrere Stromkreise so die mit einer Leitung (Kopplungsleitung) verbunden sind, so erzeugt der Strom eines jeden einzelnen Kreises einen Spannungsabfall an der Impedanz, der in den jeweils anderen Stromkreisen eine Gegentaktstörspannung ergibt.

Bild 6

Die beiden Stromkreise in der obigen Zeichnung besitzen eine gemeinsame Leitung mit der Impedanz Z_L Der Strom I₁ des 1. Kreises erzeugt im zweiten Kreis eine Gegentaktstörspannung von U_Gg2-Z_L*I₁. Für den zweiten Stromkreis gilt das selbe nur mit I₂.

Bild 7

Um nun die gegenseitige Beeinflussung zu verhindern können die einzelnen Stromkreise wie in Bild 7 gezeigt entkoppelt werden.

Solche Probleme treten meist bei Leiterplatten auf, da bei diesen meist nur auf den geringen Platzbedarf geachtet wird und nicht darauf ob verschiedene Stromkreise ein gemeinsames Leiterbahnstück Besitzen (meist ist dies die Masse).

Bild 8

Nun wenden wir uns der zweiten Möglichkeit, der galvanischen Kopplung über Erdschleifen zu. Bei einer solchen Kopplung sind zwei oder mehrere Systeme über Erde miteinander verbunden. Diese Art der Kopplung ist in einem gewissen Maß immer und überall vorhanden, aber am stärksten wirkt sie sich bei geerdeten Geräten aus. Dies ist vor allem bei Meßaufbauten zu beachten, da die Massen von Signalgeneratoren und Oszilloskopen sehr häufig mit Erde verbunden sind.

Durch Induktion in der Erdschleife oder durch unterschiedliches Potential entsteht eine Gleichtaktspannung U_Gl. Diese verursacht in beiden Leitern des Verbindungskabels einen Gleichtaktstrom, der in der Impedanz Z_F eine Gegenstaktstörspannung U_ST verursacht.

Die Gesammtspannung an Z_E setzt sich natürlich aus der Quellen- und der Störspannung zusammen. Daraus ergibt sich:

 und .

Wird nun in einem der beiden Stromkreise die Erdung unterbrochen, so besteht noch immer über die Streukapazität C_STR eine Verbindung mit Erde. Da die Impedanz diese Kapazität von der Frequenz abhängig ist, ist auch die Gleichtakt-/Gegentakt-Konversion von der Frequenz abhängig.

Bild 9

Da die sich Streuimpedanz  indirekt proportional zur Frequenz verhält, verhält sich auch die GG indirekt proportional zur Frequenz. Daraus ist ersichtlich, daß bei Gleichspannung die GG praktisch nicht vorhanden ist, aber bei hohen Frequenzen sehrwohl einen großen Wert annehmen kann. Da man normalerweise oft auf eine Erdung verzichten kann, reicht es oft nur einen Stromkreis von der Erde zu trennen, um die Kopplung auf ein geringes Maß zu reduzieren. Erzielt diese Maßnahme nicht die gewünschte Wirkung oder ist das Abtrennen der Erde nicht möglich, so können, Trenntransformatoren, Optokoppler, Differenzverstärker oder Schirmungen von Nutzten sein.

In diesem Zusammenhang möchte ich hier noch den Neutralisationstransformator erwähnen. Da Trenntransformatoren nur bis zu einer gewissen unteren Grenzfrequenz funktionieren, verwendet man, wenn auch Ströme mit niedrigen Frequenzen oder Gleichströme übertragen werden sollen, Neutralisationstrafos.

Bei diesen Transformatoren sind die beiden Wicklungen gleichsinnig auf den Kern gewickelt, dadurch ist der Trafo für Ströme die in beiden Leitungen in die entgegengesetzte Richtung fließen nicht vorhanden. Für Ströme die jedoch in die gleiche Richtung fließen, wirken die Wicklungen als Drosseln, daraus folgt, die Impedanz der Erdschleife wird erhöht und die Kopplung verringert sich. Sollte dieser Transformator bei Frequenzen über 1 MHz betrieben werden, so eignen Sich Ferritperlen oder -ringe sehr gut als Material.

Bild 10

Magnetische Kopplung

Die Magnetische Kopplung dagegen tritt zwischen zwei parallelen Strom durchflossenen Leiterschleifen auf. Die Störspannung wird von dem Strom der anderen Leiterschleife in die eigene Leiterschleife induziert. Diese wechselseitige Beeinflussung wird durch die Gegeninduktivität M beschrieben. Ist ein Strom in einer Leiterschleife wesentlich größer als in der anderen so tritt eine Beeinflussung nur von "stärkeren" Stromkreis zum schwächeren Stromkreis auf, da die umgekehrte Beeinflussung vernachlässigbar ist. Aus diesen Tatsachen heraus kann man die Störspannung mit der Formel .

Bild 11

Um nun die Wirkung der Kopplung zu verringern gibt es grundsätzlich vier Möglichkeiten,

Die Länge parallel verlaufender Leitungen so kurz wir möglich zu machen und den Abstand zwischen den parallel verlaufenden Leitungen zu vergrößern.

Einen Reduktionsleiter verlegen. (Dies ist eine Kurzschlußschleife, die zwischen den beiden Leiterschleifen verlegt wird. Von Ihr wird ein Teil des von I₁ erzeugten magnetischen Flusses abgezweigt womit sich die Gegeninduktivität ebenfalls verringert.)

Das betroffene System schirmen.

Verdrillt man die Schleife so wird die Fläche innerhalb der Leiterschleife kleiner wodurch sich wiederum die Gegeninduktivität verringert.

Kapazitive Kopplung

Als nächste Kopplungsart möchte ich hier in diesem Referat die kapazitive Kopplung nennen. Diese tritt zwischen zwei parallel verlaufenden Leitungen unterschiedlichen Potentials auf. Durch die unterschiedlichen Potentiale entsteht ein elektrisches Feld, durch das sich die beiden Leitungen gegenseitig beeinflussen können. Als Ersatzschaltung für die beiden Leitungen kann nun ein Kondensator verwendet werden. Die durch U₁ hervorgerufenen Störspannung U_St berechnet sich wie folgt.

. Es ist klar ersichtlich, daß sich die Gesamtspannung an Z_E aus der Spannung U₂ und aus der Störspannung zusammensetzt.

Bild 12

Um diese Art der Kopplung zu verringern oder gar zu verhindern dürfen parallel laufende Kabelstücke nur sehr kurz ausfallen oder muß der Abstand zwischen den Kabeln erhöht werden, ebenso ist es möglich die Kabel voneinander durch Schirmung zu isolieren.

Strahlungskopplung

Nun als letzte Kopplungsart möchte ich in diesem Referat die Strahlungskopplung besprechen. Bei dieser Art der Kopplung muß man zu Beginn der Erklärung einmal zwischen Nah- und Fernfeld unterscheiden. Im Nahfeld einer Störungsquelle können die elektrische und die magnetische Kopplung wie zuvor beschrieben getrennt voneinander behandelt werden. Im Fernfeld jedoch treten E-Feld und H-Feld gemeinsam auf und sind von einander abhängig. Sie bilden eine sogenannte elektromagnetische Welle. Trifft diese Welle nun auf eine Leitung so ruft sie dort Ströme und Spannungsabfälle hervor und wird von dort teilweise wieder reflektiert. Diese reflektierte Welle überlagert sich im Raum mit der einfallenden Welle und kann so Störungen hervorrufen.

Durch Filter Transformatoren, Überspannungsschutz können Leitungs -gebundene Störungen verhindert werden, durch Schirmung ist es möglich das System gegen elektromagnetische Strahlung zu schützen.

Meßtechnik

In der EMV-Meßtechnik unterscheidet man zwischen zwei grundsätzlichen Arten der Messung der Emissionsmessung und der Störfestigkeitsmessung. Beginnen möchte ich hier mit den Emissionsmessungen zu denen die Störspannungsmessung, die Störstrommesssung und die Störfeldmessung gehört.

Störspannungsmessung

Bei dieser Messung muß zur Erfassung des Störstromes, den eine Störquelle verursachen und der dann an der Netzimpedanz Störspannungen erzeugt messen zu können, verwendet man genormte Netznachbildungen welche es ermöglichen, die Störspannungsmessung unabhängig von dem im Meßlabor vorhandenen Netz durchzuführen.

Bild 13

Für Messungen an den Netzanschlußleitungen für die Spannungsversorgung des Prüfobjektes, benötigt man in der Netznachbildung zusätzlich zu der Netzimpedanz noch ein Netzfilter. Dieses Netzfilter isoliert den Prüfling für hohe Frequenzen vom Netz.

Für die obig erwähnten Netznachbildungen gibt es drei verschiedene Grundformen die je nach der zu messenden Spannung eingesetzt werden.

D Netznachbildung:

Bild 14

Diese Nachbildung ermöglicht eine Messung aller Störspannungsarten.

Widerstand für Gegentaktstörspannung U_SYM:

Widerstand für Gleichtaktstörspannung U_SYM:

Widerstand für unsymmetrische Störspannungen U_1unsym, U_2unsym

T-Netznachbildung:

Bild 15

Diese Art der Netznachbildung ermöglicht es ausschließlich asymmetrische Störspannungen in symmetrischen Stromkreisen zu messen.

3. V-Netznachbildung:

Bild 16

Mittels dieser Netznachbildung ist es nur möglich die unsymmetrischen Störspannungen zu messen. Der auftretende Störstrom wird über die Koppelkapazität C_K über die Verbindungsimpedanz Z_N geleitet.

Störstrommessung

Wie schon zuvor erklärt wurde entsteht die Störspannung an der Netzimpedanz durch den Störstrom, daher ist es auch möglich den Störstrom zu messen. Die Störspannung kann dann einfach über die Formel U_ST=I_ST*Z_N berechnet werden. Um die Strommessung nicht zu beeinflussen ist der Bypass-Kondensator C_B sehr niederohmig für die Ströme. Der Stromwandler wandelt den Störstrom I_ST in eine Spannung U_ST um, daher ist für jeden Stromwandler ein Übertragungsfaktor (ü=20lg Z_W) angegeben, wobei ist.

Bild 17

Hier sieht man den Verlauf des Übertragungsfaktors von zwei typischen EMV-Stromwandlern:

Bild 18

Störfeldstärkenmessung:

Hier wird eine grundsätzliche Unterscheidung in E-Feld und H-Feld Antennen getroffen. Wobei die von einer Störquelle abgestrahlten Wellen und die E- bzw. H-Felder werden mit Antennen gemessen.

E-Feld Antennen

Bild 19

Monopolantenne mit Gegengewicht (unsymmetrisch) 1-30MHz

Dipolantenne symmetrisch 0,01-1GHz

Breitbanddipol mit zylindrischen Stäben

Konischer Breitbanddipol 20-200MHz

Strahlungsgekoppelter Dipol (TV Yagi-Antenne)

Galvanisch gekoppelter Dipol 0,2-1GHz

Konisch logarithmisch periodische Breitbandantenne 0,2-1GHz und 1-10GHz

Hornstrahler (Breitbandantenne) 0,2-2 GHz und 1-12 GHz

Eine lokal auftretende elektrische Feldstärke wird durch eine Antenne in eine Spannung umgewandelt. Das Verhältnis zwischen der Größe des auftretenden Feldes und der Größe der auftretenden Spannung bezeichnet man als Antennenhöhe (U₀Leerlaufspannung an der Antenne E_STlokale elektrische Feldstärke). Durch die Belastung der Antenne durch den Meßempfänger mit 50W sinkt die Spannung an der Antenne ab, daher wird bei Antennen der Antennenfaktor AF angegeben.

H-Feld Antennen

Ebenso wie bei der oben erklärten E-Feld Antenne wird auch bei der H-Feld Antenne ein Antennenfaktor angegeben, wodurch das Verhältnis zwischen der magnetischen Flußdichte oder der magnetischen Feldstärke und der an der Antenne anliegenden Spannung ausgedrückt wird.

BILD 20

Rahmenstrahlantenne 20Hz-200MHz

Anforderungen an das Meßgelände

BILD 21

Um eine gute Messung zu gewährleisten sollte das Meßgelände eben, gut leitfähig, es sollten keine von außen einwirkende Störstrahlung auftreten und innerhalb einer Ellipse um das Testobjekt sollten sich keine leitfähigen Gegenstände mit einer Höhe von mehr als 5cm befinden. Daraus folgt, man benötigt einen Absorberraum.

Da die von dem Prüfobjekt ausgehende Strahlung auch in Absorberräumen am Boden oder an den Wänden reflektiert wird, wird die Messung selbst unter diesen Bedingungen verfälscht. Diese verfälschende Eigenschaft wird durch die Meßgeländedämpfung angegeben, und muß für eine qualitative Messung innerhalb genormter Grenzen liegen.

Die Eignung eines Geländes wird durch die Meßgeländeprüfung festgestellt. Dabei wird ein Sender und ein Empfänger mit jeweils identischen Antennen benötigt. Diese werden im Abstand D und in der Höhe h_E zueinander aufgestellt. Die Definition der Meßgeländedämpfung ist das Verhältnis zwischen Sendeausgangs- und Empfängereingangsspannung.  . Um nun den Einfluß der Antennenzuleitung zu eliminieren, wird für die Senderausgangsspannung nicht die von dem Sender abgegebene Spannung sondern die bei direkt verbundener Antennenleitung direkt verbundene Spannung eingesetzt. Bei diesem Verfahren wird die Meßgeländedämpfung als Einfügungsdämpfung bezeichnet. Um nun eine qualitativ gute Messung zu gewährleisten ist es nötig, den Einfluß der reflektierten Welle zu berücksichtigen. Dazu wird die Höhe der Empfangsantenne während der Messung um Dh erhöht, und der größte Spannungswert wird als Empfängereingangsspannung genommen. Um nun die normierte Meßgeländedämpfung zu erhalten, subtrahiert man von der gemessenen Dämpfung die Antennenfaktoren beider Antennen.

BILD 22

D=3m; h_E=0,5-1,5m; Dh=1m

D=10m; h_E=1-4m; Dh=3m

D=30m; h_E=1-4m; Dh=3m

Abweichungen größer als 3dB zwischen gemessener und normierter Dämpfung werden nun dem Ergebnis einer Störfeldstärkenmessung als Korrektur hinzugefügt, tritt eine Abweichung von mehr als 10dB auf, so ist das gewählte Gelände ungeeignet.

Der eigentliche Meßvorgang beginnt mit der Aufstellungshöhe des Prüfobjektes (0,8m bzw. 1m je nach Vorschrift), auf einem drehbaren Tisch aus dieelektrischem Material. Standgeräte werden maximal 0.15m isoliert über dem Boden aufgestellt. Bei dieser Messung wird die maximale Störfeldstärke bei jeder Meßfrequenz für horizontale und vertikale Polarisation ermittelt, wobei das Objekt während der Einzelmessung einmal um 360° gedreht wird. Die Meßentfernung zwischen Antenne und Prüfobjekt ist ebenfalls genormt (3m, 10m, 30m).

Störfestigkeitsmessung

Als weiteren Punkt in diesem Kapitel möchte ich hier die Störfestigkeits-messung näher erläutern. Bei dieser Art der Messung läßt man bestimmte simulierte Störungen auf das Testobjekt einwirken und überprüft dessen Funktion dabei.

Dabei wird meist ein Normimpuls verwendet. Dieser Normimpuls wird bei Burst- und energiereichen Übertragungsspannungssimulationen benötigt. Die Anstiegszeit und die Rückenzeit des jeweiligen Impulses ist von der Art der Simulation abhängig.

BILD 23

Auch hier treten leitungsgebundene Störgrößen auf, wobei dann Gleich- und Gegentaktstörspannungen über eine kapazitive oder induktive Einkopplung in das Netz eingespeist werden. Bei den leitungsgebundenen Störgrößen unterscheidet man nun vier Arten der Einkopplung:

induktive Einkopplung einer Gleichtaktstörspannung

induktive Einkopplung einer Gegentaktstörspannung

kapazitive Einkopplung einer Gleichtaktstörspannung

kapazitive Einkopplung einer Gegentaktstörspannung

BILD 24

Die in den Schaltungen angebrachten Netzfilter vor den Einkopplungen verhindern, daß die erzeugten Gleich- und Gegentaktstörungen ins Netz gelangen.

Weiters werden hier Niederfrequenzstörungen in Niederspannungsnetzen zur Störfestigkeitsmessung verwendet. Diese Simulation dient zum Nachweis der Störfestigkeit gegenüber Überspannungen, die z.B. durch Abschaltvorgänge von Überstromschutzorganen erzeugt werden, und zu kurzzeitigen Netzspannungsabsenkungen und -ausfällen führen.

Hier sieht man einen Spannungsimpuls zur Überprüfung der Überspannungsfestigkeit.

Bild 25

Die Erzeugung eines solche Überspannungsimpulses erfolgt durch die Entladung eines Kondensators.

Bei der Störfestigkeitsprüfung durch Burst (Breitbandige energiearme Schaltspannungsstörung) werden die Abschaltüberspannungen, die durch induktive Lasten (Relais- und Schützspule) erzeugt werden simuliert.

BILD 26

Störimpulsfolge bei einer Burst-Simulation.

Der Burstsimulator wird bei Versorgungsleitungen über Koppelkondensa-toren und bei Signal- oder Datenleitungen über eine verteilte Koppel-kapazität eingekoppelt.

Bei der Simulation mit breitbandigen energiereichen Überspannungen wird die Störfestigkeit des Prüfobjektes bei energiereichen Überspannungs-impulsen, die z.B. zufolge galvanischer oder induktiver Einkopplung atmosphärischer Entladungen entstehen getestet. Als Testimpuls bei dieser Störfestigkeitsprüfung wird der Normimpuls nach IEC 469-1 verwendet. Bei Geräten ohne Überspannungsschutz wird dieses mit einem Spannungsimpuls getestet, besitzt dieses jedoch einen Überspannungs-schutz so währe diese Messung sinnlos, da die Überspannung begrenzt werden würde. Aus diesem Grund wird bei diesen Geräten mit einem Stromimpuls getestet, womit das Gerät auf hohe Ströme hin getestet wird. Für beide Überprüfungsvarianten wird ein Hybridgenerator verwendet.

FSFunkstrecke

BILD 27

Prinzipschaltung eines Hybridgenerators.

Ebenso muß eine Schaltung auch auf elektrostatische Entladungen(ESD) hin geprüft werden. Der ESD- Testimpuls bei dieser Simulation entspricht wie auch bei den vorherigen Simulationen dem Normimpuls nach IEC 469-1.

BILD 28

Prinzipschaltung eines ESD-Simulators.

Die Simulation muß auch mit schmalbandigen Störfeldern durchgeführt werden. Diese wird wie die Messung von Störfeldern mit Antennen durchgeführt, wozu die zuvor erklärten Antennen verwendet werden. Um den Istwert der von der Antenne abgestrahlten Leistung zu ermitteln ist es notwendig ebenso eine Antenne zu verwenden. Allerdings werden auch noch zusätzliche Spezialeinrichtungen für die Messung verwendet, wir z.B.:

BILD  29

a) Zylinderspule für konzentrierte Magnetfelder

b) Rahmenspule für räumlich ausgedehnte Magnetfelder

c) E-Feldantenne

d) offener Wellenleiter

e) TEM Meßzelle (Crawfordzelle)

Genau wie für schmalbandige Störfelder muß diese Simulation auch für breitabndige elektromagnetische Wellenfelder durchgeführt werden. Diese Art von Wellenfeldern treten im Fernfeld von transienten- Strom- und Spannungsänderungen auf. Zur Simulation werden offenen oder geschlossene Wellenleiter und eine Impulsquelle verwendet. Die Impulsspannungsquelle ist in der Lage Spannungsimpulse im MV-Bereich mit einer Anstiegszeit von wenigen ns zu erzeugen.

Genormte Grenzwerte

Störspannungsgrenzwerte für Hochfrequenzgeräte nach VDE D871

Bild 30

Störspannungsgrenzwerte für Haushaltsgeräte nach DIN 57 875 und VDE D875 Teil 1

Bild 31

Störfeldstärkengrenzwerte nach DIN 57 871

Meßentfernungen:

0,01 -30MHz: 100m

30-470MHz: 30m

470-1000MHz: 10m

Grenzwertklasse B:

0,01-30 MHz: 30m

30-1000 MHz: 10m

Störfeldgrenzwerte

Meßentfernung 10 m