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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik EMV bei PWM mit VCC?


Autor: Mike (Gast)
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Hallo,

wenn ich Verbraucher mit VCC durch PWM steuere, wie verhält sich es
dabei mit EMV?
Oder sollten Verbraucher  besser mit GND durch PWM gesteuert werden?
Oder gibt es da einen Unterschied bei induktiven und ohmische Lasten?

Vielen Dank für eine Antwort

Autor: Oliver (Gast)
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Moin Mike,

meine Idee ein Lüfter per PWM zu regeln, musste ich wieder begraben,
weil das ganze im KW Funkgerät zu sehr gestört hat.
Da taugt nur was mit linearer Regelung ..

Autor: Mike (Gast)
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mh, hast du sowohl gnd als auch vcc zur steuerung des lüfters benutzt?
wie hast du die störungen denn festgestellt und wie sahen sie aus?

was meinst du mit lineare Regelung?

Autor: Sebastian (Gast)
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> wie hast du die störungen denn festgestellt

Der Nachbar (Funkamateur) klopft mit der Axt an die Tür? ;-)

Autor: Mike (Gast)
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Hallo?

Kann denn keiner etwas dazu sagen?
Ich bin doch nicht der einzige hier, der mit PWM arbeitet,oder?

Autor: ...HanneS... (Gast)
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EMV bei (Leistungs-) PWM bzw. Phasenanschnittschalungen ist eine
Wissenschaft für sich.
Der Entstöraufwand ist meist bedeutend höher als der eigentliche
Schaltungsaufwand selbst.

...

Autor: Mike (Gast)
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super.
gibts da irgendwie infos zu? oder weiß einer was genaues?

Autor: Mike (Gast)
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ich hole das mal wieder hoch.

ich kann nicht glauben, daß hier keiner per pwm induktive verbraucher
regelt und nicht zumindest ein paar grundabsicherungen bei der
schaltung verwendet, oder?
Kondensatoren, Widerstände etc?

was bedeutet denn lineare regelung?


Leute, seit mal bitte nicht so

Autor: Harry XS (Gast)
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Hallo Mike,

habe erst jetzt dein Posting gelesen und nochmal rausgekramt.
EMV bei PWM und induktivem Verbraucher ist wahrlich kein einfaches
Thema und hängt oft auch mit nicht berechenbaren Quereffekten
zusammen.

Eigentlich kann man nur folgendes theoretisch dazu sagen:
1:
Je höher die PWM-Frequenz (nicht das Tastverhältnis!), desto höher die
EM Strahlung:
Knapp um die 20kHz sind mehr als ausreichend und wenn es um Motoren
geht, sollte die Frequenz so hoch gewählt werden, dass Menschen und
Haustiere nicht gequält davon laufen, jedoch auch nicht zu niedrig,
weil sonst die Ströme innerhalb des Verbrauchers zu hoch werden.

Je höher der Strom, desto höher die EM Strahlung!

Je mehr sich die entstehenden Wellen auslöschen, umso geringer die EM:
Deshalb sollte man die Anschlussleitungen zum Motor verdrillen, um die
Induktivität der Drähte selber niedrig zu halten UND deshalb sollte man
eine Groundplane nicht vollflächig, sondern unterhalb des Lastkreises in
Maschenform (kleine 1mm Vierecke) anlegen (Hash).

Je geringer die Spannungsänderung pro Zeiteinheit, umso geringer die
EM-Strahlung. Leider ist diese bei PWM unendlich gross (in der
Theorie), da Rechteckspannung.

Je grösser (in den Abmassen) die Stromkreise, desto höher die EM
Strahlung:
Deshalb plaziert man auch die Freilaufdiode am besten direkt am Motor
und nicht auf der Steuerung.

Der letzte Punkt ist eigentlich mit der wichtigste. Halte deine
Laststromkreise so klein (kurz) wie möglich!

2:
Wo entsteht die restliche EM Strahlung?
Suchen und abschirmen, wenn eine andere Möglichkeit nicht machbar ist.

PWM wird heutzutage überall eingesetzt und zunehmend auch in Autos.
Die EMV Analyse frisst hierbei leider bestimmt 20% der kompletten
Projektzeit. Aufbauen, messen, verbessern, messen....

Hoffe ich konnte dir ein wenig helfen.
Harry XS

Autor: Mike (Gast)
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vielen dank für deinen mühe Harry.

ich wollte eigentlich eine pwm frequenz von ca 120 150Hz nehmen, weil
ich angst habe, daß die induktiven lasten (magnetventile etc)
überbelastet werden bzw aufgrund ihrer trägheit bei unt 1ms nicht
öffnen/funktionieren. ist dies sinnvoll oder noch schlimmer was
strahlung etc angeht?
Besten dank

Autor: Harry XS (Gast)
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Hallo Mike,

warum möchtest du ein Magnetventil mit PWM ansteuern?
Möchtest du die Durchflussmenge regeln?
Oder ist das so eine Art Mischer wie in einer Heizungsanlage?

Schalt einfach voll durch und nach einer Zeit x wieder aus. Dann
entsteht viel EM-Strahlung nur beim ausschalten und die kannst du ganz
gut direkt am Magnetventil mit einer Freilaufdiode eliminieren.

Du belastest eine Spule eher mit niedriger Frequenz als mit hoher.
Je höher die Frequenz, umso eher sieht das Rechteck für die Spule aus
wie Gleichspannung.

Falls deine Versorgungsspannung zu hoch für das Ventil ist, sagen wir
mal 24V und du willst ein 12V Magnetventil schalten, nimm eine PWM mit
Tastverhältnis 50%. Das kommt über den groben Daumen hin.

Interessant ist für dich vielleicht auch der Beitrag im WIKI:
http://www.mikrocontroller.net/wiki/PWM

Gruss, Harry.

Autor: Mike (Gast)
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ja, möchte den durchfluss bestimmen.
ich habe aber gehört, daß magnetventile aufgrund ihrer trägheit erst ab
ca 1ms einen durchlaß haben. somit kommen eigentlich nur so 120hz als
maximum zustande.
oder sehe ich da was falsch?

Autor: Robert (Gast)
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@Mike,

wenn dein Ventil nicht zu viel Strom braucht, dann würde ich mir
überlegen das Ganze mit einem linear Regler (z.B. LM317) zu machen. Den
kann man entweder über PWM und RC Glied oder DA Wandler auch in der
Ausgangsspannung steuern.

Oder du schaltest eine Drossel zur Stromglättung in Serie zu deinen
Ventil. Das Ganze ist dann eigentlich ein Buck-Regler. Ob du VCC oder
Masse schaltest spielt für die Störungen kein Rolle. Eher solltest du
über kurze Verbindungen zwischen dem PWM Regler und dem Ventil
nachdenken. Evtl. sind abgeschirmte Leitungen sinnvoll.

Robert

Autor: Harry XS (Gast)
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Hallo zusammen,

ohne jetzt vollkommen verwirrend zu klingen, mit der PWM steuerst du
NICHT die Frequenz mit der die Spule betrieben wird, sondern die
effektive SPANNUNG die du an die Spule legst.

U betreib = 24V:

Tastverhältnis    Spannung an Spule (ca.)
1:10              2,4V
1:20              4,8V
1:30              6V
.
.
1:100             24V

Steht das nicht im Wiki? ;-)

Autor: ...HanneS... (Gast)
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Und ich dachte immer, mit PWM steuere ich den Tastgrad bei voller
Spannung. Oder ist das bei Magnetspulen anders als bei LEDs, Lampen
oder Motoren?

1:10  = 10/100 = 10%ED (Einschaltdauer)
1:20  =  5/100 =  5%ED
1:30  =  3/ 90 =  3,3%ED
1:100 =  1/100 =  1%ED

Jedenfalls wehrt sich in mir etwas, so zu tun, als käme aus einer PWM
eine in der Höhe gesteuerte Spannung raus, also 3V, 5V, 12V usw.

...

Autor: Harry XS (Gast)
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Hallo Hannes:
Natürlich steuerst du den Tastgrad. Ich habe es nur so beschrieben,
weil es über die Zeit gesehen bei einer Last jedoch genau darauf
hinauskommt, dass die Spannung geregelt wird.

Schau dir mal sinusförmige Wechselspannung aus dem Stromnetz an:
Beim Nulldurchgang liegt als Momentanwert 0V an. Ueffektiv ist jedoch
immer 230V. Uspitze ist bei weitem höher ( * Wurzel von 2 = 325V).

Der Effektivwert einer Wechselspannung ist die Spannung, die die
gleiche Wärme in einem ohmschen Widerstand hervorbringt, wie die
entsprechende Gleichspannung.

Ähnlich verhält es sich bei einer modulierten Gleichspannung (PWM).
Da diese ihre Polarität nicht wechselt, nimmt man nicht den
Effektivwert, sondern den linearen Mittelwert und das ist genau das
beschriebene.

Hab hier einen Link gefunden, der das sehr anschaulich darstellt:
http://pi1.physi.uni-heidelberg.de/physi/ausbildun...

Gruesse, Harry XS.

Autor: ...HanneS... (Gast)
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Ich weiß, Harry, wie Wechselspannung, Wechselstrom, Spitzenwert und
Effektivwert aussieht, ich habe 1966 mal Elektri(n)ker gelernt.

Ich mach bei Induktivitäten und Kapazitäten auch einen Unterschied
zwischen Wechselspannung und Gleichspannung.

Und gerade bei Induktivitäten und Kapazitäten wehre ich mich dagegen,
den Ausgang einer PWM einfach mal als Gleichspannung in Höhe des
arithmetischen Mittelwerts zu sehen.

Besonders gern habe ich dann solche Betrachtungen wie: "50%ED von 24V
sind 12V" wodurch gern: "halbe Spannung, halber Strom, viertel
Leistung" suggeriert wird... Ich sehe das nunmal etwas anders, denn
die ganze Materie ist eben etwas komplexer.

Nix für Ungut...
...HanneS...

Autor: Harry XS (Gast)
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Hallo Hannes,

du hast vollkommen recht.

Ich wollte es nur etwas vereinfachen, damit es verständlicher wird und
nicht wie schon öfter, wenn es um PWM geht, direkt zu hören, man sollte
die PWM wieder glätten und damit den grössten Vorteil wieder zunichte zu
machen.

Vielleicht habe ich es doch zu sehr vereinfacht.

Im WIKI ist es ja auch schon angedeutet, dass es um einiges komplexer
ist (erbrachte Leistung einer PWM != erbrachte Leistung
Gleichspannung)

Eigentlich könnte man gerade bei meinem Liebling Rechteck noch anfangen
die theoretisch unendlich grosse Spannungsänderung pro Zeit und die
damit generierten Ströme und EMK mit einzubeziehen ;-)

Gruesse, Harry XS.

Autor: Michael (ein anderer) (Gast)
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@Harry:

Preisfrage: Wenn sich die Spannung über einer induktiven Last in
Nullzeit ändert, wie verändert sich dann der Strom durch diese
induktive Last? Hmm?

Im übrigen, Deine Aussage:

> ohne jetzt vollkommen verwirrend zu klingen, mit der PWM steuerst
> du NICHT die Frequenz mit der die Spule betrieben wird, sondern
> die effektive SPANNUNG die du an die Spule legst.

Ist totaler Blech.

a.) Was passiert denn mit dem Strom in einer Spule, wenn Du diese an
einer Gleichspannungsquelle betreibst?

b.) Was passiert mit dem Strom in einer Spule, wenn Du sie an eine
Rechteckspannung betreibst?

c.) Wie wirkt sich die Höhe der Rechteckspannung auf den Strom bei
verschiedenen Tastverhältnissen bezüglich kleiner oder großer
Induktivität der Spule aus? Welchen Zusammenhang gibt's da zu
beachten?

Autor: Harry XS (Gast)
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Hallo Michael (ein anderer),

Da wir jetzt von der Praxis auf die Theorie gesprungen sind, sollte mir
dieser Ansatz erlaubt sein.

Eine reele Spule lässt sich annäherungsweise errechnen durch eine
Reihenschaltung von einer Induktivität (L) mit einem ohmschen
Widerstand (R) und Parallelschaltung einer Kapazität (C).

Es entstehen somit zwei Stromkreise: Einer zwischen der Spannungsquelle
und der Kapazität und einer zwischen der Kapazität und der
Induktivität-Widerstand Kombi.

Das ist ein gedämpfter Schwingkreis.

Auch die Analogie Gleich-Stromkreis und Spule mit einer vertikal
aufgehangenen mechanischen Spannfeder und einer angehangenen Masse
verhält sich genau so.

Folgende Analogien gelten:

Kapazität C      Federkonstante 1/D
Strom I        Geschwindigkeit v
Induktivität L      Masse m
Spannung V      Erdbeschleunigung*Höhe g*h

el. Widerstand Ohm    Reibung in Feder, Luftwiderstand

Elektrische Energie des Systems: Welek = 1/2 C*U(t)²

Magnetische Energie des Systems: Wmag = 1/2 L*I(t)²

Laut Energieerhaltungssatz gilt:
Wges+Wwärme=Wmag+Welek.+Wwärme    Wges=Wfeder+Wpot+Wkin+Wreib

Eingesetzt:
Wges=1/2LI(t)²+1/2 CU(t)²+RI²(t)

(Da wir nicht ein abgeschlossenes System haben und nicht die ganze
Energie des Universums betrachten wollen und in diesem System die
Energie abnimmt, muss die Wärme beziehungsweise die Reibung auf beiden
Seiten nach Zeit abgezogen werden und somit wird diese nicht weiter
berücksichtigt.)

=>  Wges=1/2LC²Û²w²sin²(wt)+1/2CÛ²cos²(wt)
<=> Wges=1/2CÛ²(sin²(wt)+cos²(wt))
<=> Wges=1/2CÛ²

Analog gilt für die vertikale Feder: ...=> Wges=1/2D^s²

Wges=1/2CÛ² ist somit die Gesamtenergie des Systems.
Diese Energie des Systems ist unabhängig von t.

Was passiert mit dieser Energie bei einer PWM?

Je nach Frequenz der PWM kann der gedämpfte Schwingkreis im richtigen
Moment wieder die an Wärme und Dipolstrahlung abgegebene Energie
erhalten.
Somit entfällt die Zeit, da die Gesamtenergie des Systems konstant
bleibt!

Entnehme ich diesem System Energie durch einen Motor, verhält sich das
ganze in der Praxis (in einem weiten Frequenzbereich) wie eine
geregelte GLEICHSPANNUNG, und das lässt sich nun mal einfacher über den
DAUMEN so erklären, anstatt so weit wie hier auszuholen.

Ich verstehe nicht, dass jemand sofort sagt, das wäre totales Blech und
sofort überheblich solche rethorische Fragen stellt wie, Zitat: "wie
verändert sich dann der Strom durch diese
induktive Last? Hmm?"

Ich denke man sollte nicht immer weit ausholen, um einen Sachlage zu
erklären, dafür ist unser Gehirn viel zu klein.

Sorry, aber das musste ich mal loswerden. und AUS.

Harry, XS.

Autor: AVR (Gast)
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Test

Autor: Thomas O. (Gast)
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Hallo,

umso höher man die Frequenz einstellt desto eher wirken Leitungen als
Sendeantennen, deshalb mit steigenden Frequenzen auf kurze Zuleitungen
achten und möglichst na am Erzeuger entstören, so das die Störungen
garnicht auf die Leitungen gelangen um von dort aus "On Air" zu
gehen. Eine Diode antiparallel tut schon mal das gröbste ableiten. Oft
braucht man aber auch ein richtiges Entstörfilter bestehend aus einer
Spule und einem Kondensator. Kannst ja mal nach LC-Filter googlen

Autor: Gast (Gast)
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@Harry:

Kannst du bitte erklären, welche Vorteile die Maschenform gegenüber
einer durchgängigen Massefläche hat?

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