<![CDATA[
<BODY>
<H1>www.aud24.net : C. Mische: "Antriebstechnik und EMV"</H1>
<P> <BR>
[<A href="/">www.aud24.net</A>] [<A href="../index.html">back</A>]
</P>
<TABLE WIDTH=100% BORDER=0 CELLSPACING=0 CELLPADDING=0>
<TR>
<TD VALIGN=top>
<TABLE WIDTH=100% BORDER=0 CELLSPACING=0 CELLPADDING=0>
<TR>
<TD VALIGN=TOP CLASS=detailBereichRedaktion>Bereich >
Redaktion
> <B><FONT color="#CC3300">Fachbeiträge</FONT></B></TD>
<TD ALIGN=right VALIGN=bottom CLASS=detailDatum>17.09.2001</TD>
</TR>
</TABLE>
</TD>
<TD VALIGN=top> </TD>
<TD VALIGN=top> </TD>
</TR>
<TR>
<TD VALIGN=top CLASS=detailFirma ID=topSpace>D-TECH GmbH:</TD>
<TD VALIGN=top> </TD>
<TD VALIGN=top> </TD>
</TR>
<TR>
<TD VALIGN=top CLASS=detailTitel>C. Mische: "Antriebstechnik und EMV"</TD>
<TD VALIGN=top> </TD>
<TD VALIGN=top> </TD>
</TR>
<TR>
<TD VALIGN=top CLASS=detailSubtitel>Problemfeld Frequenz- und Servoumrichter</TD>
<TD VALIGN=top> </TD>
<TD VALIGN=top> </TD>
</TR>
<TR>
<TD VALIGN=top>
<TABLE BORDER=0 CELLSPACING=0 CELLPADDING=0>
<TR>
<TD VALIGN=top CLASS=detailContent>Je komplexer die Anlagen werden, desto mehr EMV-Probleme handelt man sich ein. Insbesondere Frequenzumrichter und getaktete Endstufen in Servoumrichtern gelten als ausgesprochene ‚Störenfriede‘. Die unter dem Stichwort Modularisierung voranschreitende Schaffung dezentraler Lösungen, die die Geräte aus dem Schaltschrank herausholen und ‚vor Ort‘ bringen, reduziert Störpotentiale und erhöht gleichzeitig die Flexibilität in der Produktion.<BR><BR>Aus der modernen Antriebstechnik sind Frequenz- und Servoumrichter nicht mehr wegzudenken. Mit der Eroberung immer weiterer Einsatzbereiche in der Industrie, im Wohn- und Bürobereich sind jedoch auch Probleme verbunden. Unter dem Gesichtspunkt der EMV ist ein Frequenzumrichter ein ‚Störenfried‘ par excellence. Durch die stetig zunehmende Anzahl von immer dichter integrierten und höher getakteten Geräten, sowie der erhöhten Packungsdichte in den Anlagen, nehmen die gegenseitigen Stör- und Beeinflussungsmöglichkeiten, und die Wahrscheinlichkeit von Fehlfunktionen zu. Ein Umrichter kann nicht nur seine eigene Ansteuerelektronik, sondern die Steuerung ganzer Produktionsstraßen aus dem Takt bringen. Nicht zuletzt werden auch die europäischen Normen zur EMV immer weiter verschärft. Maßnahmen zur EMV-gerechten Installation sind also aus mehreren Gründen unabdingbar.<BR>In der Gegenüberstellung von zentralisierten (schaltschrankbasierten) und dezentralen Lösungen und deren EMV-Störpotentialen im Umfeld von Frequenzumrichtern und getakteten Endstufen in Servoumrichtern zeigt sich, dass ein EMV-gerechter, dezentraler Aufbau auch aus Kostengesichtspunkten von Vorteil ist, weil sich nur so die Probleme der Wechselwirkungen und Funktionsbeeinträchtigungen innerhalb komplexer Anlagen wirklich beherrschen lassen.<BR><BR><BR>Störungen, Kopplungen <BR><BR>Im EMV-Bereich unterscheidet man Störquellen (Sender) und Störsenken (Empfänger). Wenn beide galvanisch, kapazitiv bzw. induktiv, oder elektromagnetisch gekoppelt sind, können Störungen übertragen werden. Störungen im NF-Bereich (bei Gleichspannung und bei Wechselspannung mit geringer Frequenz, z.B. Netzwechselspannung) nennt man Gegentakt- oder symmetrische Störungen. Dabei wird der Störstromkreis durch vorhandene Leitungen geschlossen. Dagegen wird er bei den Gleichtaktstörungen (unsymmetrischen Störungen) im HF-Bereich durch parasitäre Kapazitäten geschlossen.<BR><BR>Frequenzumrichter als EMV-Störquelle<BR><BR>Je schneller sich die Amplitude eines Signals ändert, und je größer diese Änderung ist, desto höher ist der Anteil an HF-Schwingungen (Vielfache der Grundfrequenz oder Harmonische). Aufgrund seiner Konstruktionsweise ist ein FU zur Erzeugung von hochfrequenten Störungen geradezu prädestiniert. Ein FU erzeugt aus einer sinusförmigen Netzwechselspannung eine in Amplitude und Frequenz in weiten Bereichen verstellbare Ausgangspannung. Dazu wird die Netzwechselspannung im Zwischenkreis gleichgerichtet und diese Zwischenkreisspannung dann durch Pulsweitenmodulation zu einem annähernd sinusförmigen Strom an der Motorinduktivität umgeformt. Die Leistungselektronik eines FUs verursacht durch das Ein- und Ausschalten von Spannungen sowohl auf den Motorzuleitungen als auch im Netzbereich hochfrequente Störsignale. Die Flankensteilheit der Rechteckimpulse der Ausgangsspannung ist sehr groß - ideale Voraussetzungen für hohe Störpegel. <BR><BR>Rückwirkungen auf das Netz<BR><BR>Ein FU wirkt mit seinem Zwischenkreis als Gleichrichter mit nachgeschaltetem Kondensator am Netz. Der Strom in der Netzzuleitung fließt deshalb in kurzen, nicht sinusförmigen Spannungsspitzen. Besonders wenn mehrere FU ‚am Netz hängen‘, wird die Netzspannung für andere Verbraucher verzerrt. Als Folge dieser Netzharmonischen kann es zu energiereichen Spannungsspitzen oder Spannungseinbrüchen kommen. Die Flankensteilheit der Spannungsblöcke kann im Zusammenwirken mit der Kabelkapazität des Motorkabels für sehr hohe Spannungswerte an den Motorwicklungen sorgen, die zum Abschalten des FU führen können.<BR><BR>Abstrahlung <BR><BR>Aufgrund der hohen HF-Anteile besitzen die Netzleitung und die Motorzuleitung ein beträchtliches Potential, andere Leitungen (etwa Signalleitungen) durch Abstrahlung zu stören, und die Elektronik des FU oder anderer Geräte zu beeinflussen. <BR>Die Abstrahlung kann durch Schirmung oder die Verlegung in Kabelkanäle, durch Ausgangsfilter oder die Verkürzung der Leitungslänge vermindert werden. <BR><BR>Anlagenplanung und EMV<BR><BR>Wie der oben dargestellte Sachverhalt zeigt, kommt der Planung einer Anlage im Hinblick auf die Elektromagnetische Verträglichkeit und Funktionsfähigkeit entscheidende Bedeutung zu. Sie vermeidet kostenintensive nachträgliche Fehler- und Störquellensuche, aufwendige Nachrüstungen und stellt nicht zuletzt durch die Vermeidung von Maschinen- und Anlagenstörungen einen geordneten Betrieb sicher. <BR>Zwei Strategien zum EMV-gerechten Aufbau lassen sich - in Kombination mit Maßnahmen wie Schirmung, Filterung und Erdung, Leitungsplanung, Gruppierung nach Baugruppen, und nicht zuletzt die Verwendung von EMV-optimierten Gehäusen -unterscheiden: Die schaltschrankbasierte, zentrale, sowie andererseits die dezentraler, ‚modulare‘ Strategie.<BR><BR>Zentraler Aufbau: Schaltschrank-Planung<BR><BR>Bei der schaltschrankbasierten Variante kommt es darauf an, die gegenseitige Beeinflussung der Geräte im Schrank zu vermeiden. Ihre Anordnung nach Störpotential bzw. Empfindlichkeit sowie die Leitungsführung erfordern eine sorgfältige Planung, die nachträgliche Änderungen erschwert. Der andere Nachteil ist prinzipbedingt: Wenn die Elektronik an einem Ort konzentriert ist, werdenaus EMV-Sicht ungünstige, längere Leitungen erforderlich. Notwendige Filtermaßnahmen erhöhen dann die Kosten.<BR><BR>Dezentraler Aufbau<BR><BR>Der dezentrale Aufbau, der den Umrichter vor Ort an den Motor bringt, ist erst durch die Fortschritte bei der Bauteileintegration möglich geworden. Im Idealfall vereint ein moderner FU in einem Gehäuse die Leistungselektronik, Filtereinrichtungen, die Ansteuerelektronik für einfache Steueraufgaben, sowie zusätzliche Schnittstellen zur Feldbusanbindung. Problematisch ist dabei die Kühlung solcher kompakten Geräte. Eine mögliche Lösung: Der FU wird in einem Klemmenkasten eingesetzt, dessen Rückwand entfernt und durch einen Kühlkörper ersetzt wurde. Die Umrichter werden dann direkt auf den Kühlkörper montiert, dazu kommen noch alle Steuerungs- und Bedieneinheiten. Diese passive Kühllösung vermeidet die bekannten Lüfterprobleme. <BR><BR>Vorteile der dezentralen Lösung aus EMV-Sicht<BR><BR>Der Hauptvorteil der dezentralen Lösung im Hinblick auf die EMV ist, dass durch die kurzen Verbindungen das Störpotential von Leitungen minimiert wird, und die Maßnahmen zur Filterung reduziert werden können. Auch wird durch einen solchen Aufbau das Störpotential beherrschbar. Ein einzelner Umrichter mag einfach in den Griff zu kriegen sein, was aber, wenn es um ein komplexes Gesamtsystem geht? Je mehr Einzelgeräte dazugehören - selbst wenn sie EMV-zertifiziert sind - desto mehr Gelegenheiten für Wechselwirkungen ergeben sich.<BR><BR>Geforderte Eigenschaften von Umrichtern<BR><BR>Für einen EMV-gerechten Aufbau sollten Umrichter bestimmte Kriterien erfüllen: Geringe Größe, lüfterloser Betrieb trotz industrietauglicher Schutzart und Kommunikationsfähigkeit mit anderen Geräten. Die Umrichter ‚daxxs‘ und ‚david‘ von D-Tech erfüllen diese Anforderungen: Sie können lüfterlos betrieben werden, sind klein (Größe ab 80x130x100 mm ohne Kühleinheit), verfügen über vakuumvergossene Gehäuse (Schutzart IP 20) und eine integrierte RS-485-Schnittstelle. Bei EMV-gerechtem Aufbau erfüllen sie die Funkentstöranforderungen für den Bereich A (EN 55011), Grenzwert B ist optional erreichbar. Die Integration der Filter vermindert zum einen den Geräteaufwand, zum anderen das Störpotential langer Leitungen.<BR>Veranschlagt man z.B. bei einem Servoumrichter die Kosten für einen geschirmten Kabelsatz mit nur 15 DM/m, und berücksichtigt man die zusätzlichen Kosten für Filtermaßnahmen, Schirmung, Montageaufwand und evtl. Störungssuche, ist die EMV-gerechte Strategie der Vermeidung von Störpotentialen durch dezentralen Aufbau auch die wirtschaftlichere Lösung. Geht man bei größeren Maschinen oder Anlagen z.B. von einer Kabellänge von ca. 20 m/Achse aus, so kann sich je nach Ausführung der Verlegung und der Kabelquerschnitte schnell eine Einsparung von DM 300,- bis 600,- je Achse ergeben. Dies gilt auch schon für kleinere Antriebsleistungen ab ca. 0,5 kW.<BR><BR>Flexibilität und Modularisierung<BR><BR>Im Fall des dezentralen Aufbaus ergeben sich neben den Vorteilen im Hinblick auf die EMV weitere zusätzliche Nutzeffekte. Als Beispiel sei die Fördertechnik genannt: Eine Kostenreduzierung lässt sich hier vor allem durch Standardisierung erreichen. Modularisierung ist der Schlüssel dazu. Die Voraussetzung dafür sind wiederverwendbare, einfach zu konfigurierende Module, die alle Steuerungs- und Antriebskomponenten beinhalten. Solche (auch im Sinne des EMV-Schutzes) unkompliziert zu kombinierende Einheiten sparen Zeit und reduzieren die Kosten für Montage und Inbetriebnahme deutlich. Die komplizierte, zeit- und kostenaufwendige Verkabelungsprozedur bei der Verwendung von Schaltschränken (Aufbau und Test beim Hersteller, Abbau und Installation beim Kunden), mit der man sich durch die langen Kabelwegen auch noch massive EMV-Probleme einhandelt, wird mit dem dezentralen Konzept drastisch vereinfacht. Auch Umbauten sind schnell durchführbar - mit dem Förderband zieht auch der Frequenzumrichter und die sonstige Elektronik um. Diese Flexibilität bringt entscheidende Kostenvorteile durch erhöhte Planungssicherheit, kurze Stillstandszeiten und flexible Fertigung.<BR><BR>Abbildungsunterschriften:<BR>Aufmacher: Der Umrichter ‚Daxx‘ im Einsatz<BR>Abb. 1: Ergebnis der Störspannungsmessung am Umrichter ‚David‘ mit 3 m Motorleitung<BR>Abb. 2: Ergebnis der Störspannungsmessung am Umrichter ‚David‘ mit 30 m Motorleitung<BR>Abb. 3: Der Umrichter ‚David‘ im vakuumvergossenem Geh</TD>
</TR>
<TR>
<TD CLASS=detailQuelle> </TD>
</TR>
</TABLE>
</TD>
<TD WIDTH=28 VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=1 HEIGHT=1 ALT=""></TD>
<TD WIDTH=174 VALIGN=top></TD>
</TR>
<TR>
<TD VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=393 HEIGHT=1 ALT=""></TD>
<TD WIDTH=28 VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=28 HEIGHT=1 ALT=""></TD>
<TD WIDTH=174 VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=174 HEIGHT=1 ALT=""></TD>
</TR>
</TABLE>
<P><I>Diese Seite wurde am 22.09.2006, 13:55 Uhr aktualisiert</I></P>
</BODY>
]]>