Problem lösen ... und zertifizieren

Bauelemente-Hersteller wie Kemet bieten F&E-Ressourcen an, um Systeme und Geräte von Kunden nach internationalen Standards zu testen. Die Produkte werden dabei auf Emissionen und Anfälligkeiten untersucht; Problemursachen werden identifiziert und Testlösungen entwickelt. Falls erforderlich, werden grundlegende Designänderungen empfohlen.

Bewährte Techniken wie das Hinzufügen von Filtern, Kabelabschirmungen oder Ferritdrosseln können Probleme beheben, die bei OEM-Kunden häufig in einer späten Phase des Produktdesigns auftreten. Andere Optionen können Metallabschirmungen oder flexible Abschirmmaterialien sein, die in Schichtform (Sheets) oder als individuell zugeschnittene Komponenten erhältlich sind.

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Verschiedene Arten von EMV-Filtern sind verfügbar, optimiert für Anwendungen wie einphasige oder mehrphasige Motorantriebe, Fotovoltaik- oder Windkraftanlagen, medizinische Anwendungen, Beleuchtung oder Verteidigungstechnik. Verschiedene Formfaktoren und Montagearten sind ebenfalls verfügbar, z.B. Durchgangs-, Chassis- oder Anbaufilter. Zu den Auswahlkriterien zählen neben der Anwendung und der Montage auch die Größe und Kosten sowie die Einhaltung der für Filter geltenden Normen. Dazu zählen die IEC/EN 60939 und UL 1283 sowie CSA, cUL, MIL und deutsche VDE-Sicherheitsstandards.

Anwendungsbeispiele

An den Anwendungsbeispielen Beispielen Motor-/Controller-Aufbau, 3-Phasen-Schleifmaschine und unterbrechungsfreie Stromversorgung lässt sich zeigen, wie sich bestehende EMV-Probleme lösen lassen.

Motor-/Controller-Anwendungen

Bild 2a zeigt am Beispiel eines 3-Phasen-Motors für eine Erdwärmepumpe, wie leitungsgebundene Störungen eines Motor-/Controller-Aufbaus bestimmte Grenzen innerhalb eines kleinen Frequenzbereichs überschreiten können. Dies führt dazu, dass das gesamte System die Zertifizierung nicht besteht. Die Größe der Störsignale und der betroffene Frequenzbereich wurden ermittelt, und Kemet entwickelte einen Hochpassfilter, um Störsignale bei niedrigeren Frequenzen im Bereich von 0 bis 4 MHz zu dämpfen. Bild 2b zeigt die Auswirkung des für diese Anwendung entwickelten kundenspezifischen Filters. Es stellt sicher, dass die Emissionen über den leitungsgebundenen Frequenzbereich unterhalb der Grenzwerte der EMV-Richtlinie liegen.

3-Phasen-Schleifmaschine

Zeit-, Kosten- oder Größenbeschränkungen, mit denen Entwickler häufig konfrontiert sind, können die Suche nach einer Lösung auf das Wesentliche konzentrieren. Eine Schleifmaschine mit einem 3-Phasen-/400-V-Wechselstrommotor, der von einem separaten, über Kabel mit dem Motor verbundenen Wechselrichter gesteuert wird, überschreitet die festgelegten Grenzwerte für leitungsgebundene Störungen im Frequenzbereich 4 bis 10 MHz (Bild 3a).

Da keine Zeit zur Verfügung stand, den Aufbau des Geräts zu verändern oder es erheblich zu erweitern, um umfassendere EMI-Filter zu integrieren, gestaltete Kemet die Verkabelung zwischen dem Wechselrichter und dem Motor neu, um abgeschirmte Kabel mit entsprechender Erdung einzuführen. Wie in Bild 3b zu sehen, konnten dadurch die leitungsgebundenen Störungen auf maximal 55 dB verringert werden, was deutlich unter dem in der Richtlinie 2014/30/EU festgelegten Grenzbereich von 60 bis 73/80 dB liegt.

Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV)

Ein anderer Kunde der F&E-Abteilung für EMV-Filter von Kemet wollte sicherstellen, dass seine USV für ein medizintechnisches Gerät die EMV-Prüfung besteht. Die Anwendung erfordert relativ lange Leitungen zu und von der Batterie sowie lange Kabel zwischen der Batteriemanagementschaltung und den Anzeige-LEDs. Es zeigte sich, dass die DC/DC-Wandler im System aufgrund ihrer abrupten Schaltflanken für Störungen verantwortlich sind. Diese Störungen wurden von den Kabeln, die als Antennen fungierten, aufgenommen. Bild 4a beschreibt, wie die elektromagnetischen Störungen bei etwa 57 MHz einen Maximalwert erreichen, der größer ist als die zulässigen 40 dB in diesem Frequenzbereich. Dies führte dazu, dass das Gerät die EMV-Zertifizierung nicht erhielt.

Da der Hersteller kurz vor der Produkteinführung stand, war eine schnelle Lösung erforderlich. Einschränkungen hinsichtlich der Baugröße verhinderten kürzere Kabel. Um das Problem hinsichtlich dieser Einschränkungen zu lösen, kamen Gleichtaktdrosseln mit einer einzigen Windung für die Batterie- und LED-Kabel zum Einsatz, wobei jedes der Kabel einmal durch einen Ferritkern geführt wurde. Dies dämpfte die Störsignale im Bereich von 30 bis 200 MHz von 40 bis 50 dB auf unter 30 dB (Bild 4b).

Ferritkerne sind in verschiedensten Formen und Größen für Rundkabel in unterschiedlichen Stärken oder für andere Kabel wie Flachbandkabel erhältlich. Sie bieten eine kostengünstige Lösung, die wenig Entwicklungsaufwand erfordert, was besonders dann von Nutzen ist, wenn die Zeit knapp ist oder einige Stückzahlen bereits gefertigt wurden, bevor die EMV-Probleme auftraten.

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* Derick Stevens ist European FAE Manager bei der KEMET Corporation,

* Claes Nender ist R&D Manager Electronics, Film & Electrolytic Business Group, bei KEMET Electronics AB.

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