Hallo zusammen,
ich beschäftige mich seit Tagen mit dem Thema Elektromagnetische
Verträglichkeit von meiner Motorzuleitung mittels PWM (Leitungsgebundene
Störaussendung). Ich habe diverse PDFs gelesen und alles mögliche über
Nahfeld, Fernfeld, EMV-Normen, elektrischer und magnetischer Strahler,
Abschirmung usw. gelesen aber eine richtig klare Antwort konnte ich
bisher nicht ableiten. Auch die Einträge in diesem Forum haben mir nicht
wirklich geholfen.
Folgende Situation:
Mein Raspberry spricht einen Motortreiber an. Dieser Motortreiber
steuert dann einen bürstenbehafteten Gleichstrommotor. Dazu variiert
seine Spannung zwischen 0-24V mittels PWM (15,6kHz). Das ganze geschieht
bei einer Leitungslänge von 2,5m und einem maximalen Strom von 2A über
eine ungeschirmte 2-adrige Leitung. Die Elektronik ist in einem Kasten
aus Blech und die Leitung in einem geschlossenen Kabelkanal, ebenfalls
aus Blech und geerdet.
Mich interessiert nun wie sich bei diesem Aufbau das elektrische,
magnetische oder auch das Elektromagnetische Feld der Leitung verhalten.
Sprich: Welche Störungen gehen von dem Aufbau aus?
Aus einem EMV-Script habe ich erfahren, dass man die Felder im Nahfeld
(x << Lambda / 2*Pi) einzeln und im Fernfeld (x >= Lambda / 2*Pi)
zusammengenommen betrachten kann. Im Fernfeld kann man die E-Feldstärke
annähernd mittels der Formel E_0 = 0,3 * (sqrt( Leistung) / Entfernung)
berechnen. Aber selbst wenn ich das berechne helfen mir die Ergebnisse
nicht gerade weiter da mir hierzu auch ein Grenzwert fehlt mit dem ich
das Ergebnis gleichen könnte. Für das Nahfeld finde ich nur sehr
komplexe Rechnungen. Mir würden aber schon Berechnungen reichen die mir
einfach eine grobe Einschätzung liefern. Ich möchte gerne ein
Verständnis für EMV entwickeln.
Falls jemand Erfahrung dazu hat würde ich mich freuen ;)
Bernd schrieb:> Mein Raspberry spricht einen Motortreiber an. Dieser Motortreiber> steuert dann einen bürstenbehafteten Gleichstrommotor. Dazu variiert> seine Spannung zwischen 0-24V mittels PWM (15,6kHz).
Ganz schön hoch für einen Bürstenmotor.
> Das ganze geschieht> bei einer Leitungslänge von 2,5m und einem maximalen Strom von 2A über> eine ungeschirmte 2-adrige Leitung.
Ist die wenigstens verdrillt?
> Mich interessiert nun wie sich bei diesem Aufbau das elektrische,> magnetische oder auch das Elektromagnetische Feld der Leitung verhalten.> Sprich: Welche Störungen gehen von dem Aufbau aus?
Elektrische und magnetische Felder. HF-Abstrahlung eher weniger.
> einfach eine grobe Einschätzung liefern. Ich möchte gerne ein> Verständnis für EMV entwickeln.
Na hoffentlich hast du dir den Nachmittag frei genommen, denn das könnte
länger dauern ;-)
Nah- und Fernfeld kannst du bei LEITUNGSgebundenen Störungen vergessen.
Und die sind hier die größten Problemkandidaten.
Die Spannung auf der Leitung wird durch deinen Treiber hart geschaltet,
das macht steile Flanken und damit kapazitive Kopplung. Der Strom wird
durch die Motorinduktivität geglättet, die induktive Auskopplung ist
also deutlich unkritischer. Das Feuer des Kollektors tut sein Übriges
dazu.
Hallo,
Ungeschirmte Motorleitungen in einem Blechkanal (womöglich auch noch
ungeerdet) klingt nach gewollt, aber nicht gekonnt!
Du musst die Flanken Deines Motortreibers abflachen, also die
Anstiegszeit (Slew-Rate) verringern! Gemäß Fourier enthält eine
Rechteckfrequenz die gleiche Frequenz als Sinus einschließlich aller
ungeradzahligen Oberwellen und dies gilt es zu verhindern.
Also: Flanken abflachen! Das geht nur mit mehr Verlustleistung am
Schaltelement. Das Datenblatt Deines Motortreibers sollte dazu Auskunft
geben können.
Des weiteren brauchst Du eine abgeschirmte Motorleitung, welche auch
korrekt geerdet sein sollte, wenn sie wirksam Gegentaktstörungen auf
andere Leitungen unterdrücken soll. Gleichzeitig sollten
stromkompensierte Drosseln in der Motorzuleitung eingesetzt werden,
welche die Gleichtaktstörungen gezielt bedämpfen.
Das Grundübel bleibt jedoch die viel zu schnelle Anstiegszeit Deines
Motortreibers und das sollte Dein erster Ansatzpunkt sein.
Viele Grüße!
Sven
Pack einfach eine lc filter hinter den mother Treiber um die pwm zu
glätten, stromgeregelter buck converter quasi.
Oder brauchst du extrem hohe Dynamik?
Sven L. schrieb:> Also: Flanken abflachen! Das geht nur mit mehr Verlustleistung am> Schaltelement.
Ginge das auch mit einem Tiefpassfilter am Ausgang?
Tim schrieb:> Sven L. schrieb:> Also: Flanken abflachen! Das geht nur mit mehr Verlustleistung am> Schaltelement.>> Ginge das auch mit einem Tiefpassfilter am Ausgang?
Ja. Aber LC wir wollen keine Leistung verheizen.
Falk B. schrieb:> Ganz schön hoch für einen Bürstenmotor.
Kannst du das erläutern?
Falk B. schrieb:> Ist die wenigstens verdrillt?
Leider nein, der Hersteller (Aus Hamburg) liefert diese Motoren immer
mit einer zweiadrigen Leitung, unverdrillt.
Sven L. schrieb:> Ungeschirmte Motorleitungen in einem Blechkanal (womöglich auch noch> ungeerdet) klingt nach gewollt, aber nicht gekonnt!
Nein, wie erwähnt sind alle Teile leitend verbunden und geerdet.
Sven L. schrieb:> Also: Flanken abflachen! Das geht nur mit mehr Verlustleistung am> Schaltelement. Das Datenblatt Deines Motortreibers sollte dazu Auskunft> geben können.
Ein Teil vom Datenblatt ist angehängt. Man kann langsames Starten und
Stoppen einstellen. Könnte das reichen?
Sven L. schrieb:> Gleichzeitig sollten> stromkompensierte Drosseln in der Motorzuleitung eingesetzt werden,> welche die Gleichtaktstörungen gezielt bedämpfen.
Laut Motorhersteller ist der Motor entstört. Ist das damit gemeint?
Sven L. schrieb:> Das Grundübel bleibt jedoch die viel zu schnelle Anstiegszeit Deines> Motortreibers und das sollte Dein erster Ansatzpunkt sein.
Wie könnte ich das so umsetzen, dass es auch dokumentierbar ist? Also
ich kann ja nicht einfach etwas umstellen und dann sagen: "Alles läuft
jetzt besser". Ich müsste ja prüfen ob eine Verbesserung stattgefunden
hat.
Bernd schrieb:> Falk B. schrieb:>> Ganz schön hoch für einen Bürstenmotor.>> Kannst du das erläutern?
Was gibt es da zu erläutern? Normalerweise reichen für die meisten
Bürstenmotoren niedrigere PWM-Frequenzen.
>> Ist die wenigstens verdrillt?>> Leider nein, der Hersteller (Aus Hamburg) liefert diese Motoren immer> mit einer zweiadrigen Leitung, unverdrillt.
Die kann man nachträglich verdrillen.
>> Sven L. schrieb:>> Ungeschirmte Motorleitungen in einem Blechkanal (womöglich auch noch>> ungeerdet) klingt nach gewollt, aber nicht gekonnt!>> Nein, wie erwähnt sind alle Teile leitend verbunden und geerdet.
Naja, das ist nett, aber wenn eine Abschirmung gegen kapazitive Kopplung
wirksam sein soll, muss sie
a) an der richtigen Stelle mit dem richtige Potential verbunden sein (PE
ist das allgemein NICHT!)
b) die Verbindung muss halbwegs HF-tauglich sein, ein langes, dünnes
Kabel ist das eher nicht.
Darum ist ein geschirmtes Kabel, dessen Schirm flächig am Treiber
aufliegt optimal.
>> Sven L. schrieb:>> Also: Flanken abflachen! Das geht nur mit mehr Verlustleistung am>> Schaltelement. Das Datenblatt Deines Motortreibers sollte dazu Auskunft>> geben können.>> Ein Teil vom Datenblatt ist angehängt. Man kann langsames Starten und> Stoppen einstellen. Könnte das reichen?
Nein, dann das ist was ganz anderes. Die Schaltflanken werden dadurch
nicht verändert, nur die Pulsbreite beim Anfahren und Bremsen.
>> Gleichzeitig sollten>> stromkompensierte Drosseln in der Motorzuleitung eingesetzt werden,>> welche die Gleichtaktstörungen gezielt bedämpfen.>> Laut Motorhersteller ist der Motor entstört. Ist das damit gemeint?
Kann man so nicht sagen, wenn man nicht GENAU weiß, wie der Motor
entstört ist. Es gibt auch Entstörschaltungen, die sich NICHT mit so
einem Motortreiber vertragen!
> Wie könnte ich das so umsetzen, dass es auch dokumentierbar ist? Also> ich kann ja nicht einfach etwas umstellen und dann sagen: "Alles läuft> jetzt besser". Ich müsste ja prüfen ob eine Verbesserung stattgefunden> hat.
Wo liegt denn eigentlich dein Problem? Stört dein Motor so stark oder
hast du nur Bedenken, daß er das tun könnte? Man muss keine
theoretischen Probleme lösen.
Es handelt sich also um eine fertige Baugruppe...
Die wird ja wohl irgendwann ein EMV-Labor von innen gesehen haben,
sofern da ein CE-Zeichen angebracht ist und die notwendigen Prüfungen
durchgeführt wurden.
Über das EMV-Verhalten kann Dir ggf. der Hersteller bei einem gegebenen
Motor und Lastverhalten mehr sagen.
Dir als Systemintegrator/Maschinenbauer bleibt letztendlich sowieso nur
eine Prüfung der gesamten fertigen Maschine übrig, da auch eine aus
geprüften Teilen zusammengebaute Maschine nicht automatisch geprüft ist,
sondern entsprechende Messungen vorgenommen werden müssen!
Etwaige kleinere Änderungen in Serie kann man als Hersteller
hinsichtlich des EMV-Verhaltens auch ohne erneute Prüfung im Labor zwar
selbst bewerten und die Konformitätserklärung erstellen, jedoch sollte
man über die entsprechende Erfahrung und auch Messequipment verfügen, um
die Bewertung dahingehend zu stützen.
Ich empfehle eine professionelle Beratung in dem CE-Labor Deines
Vertrauens.
Viele Grüße!
Sven
Sven L. schrieb:> Die wird ja wohl irgendwann ein EMV-Labor von innen gesehen haben,> sofern da ein CE-Zeichen angebracht ist und die notwendigen Prüfungen> durchgeführt wurden.
Mit dem "China Export"-Symbol im Datenblatt? Naja wenn Du meinst...
Ich würde einfach mal die Firma nach der Konformitätserklärung fragen.
Ich rate mal: Es gibt keine.
Gruß
Bernd schrieb:> Laut Motorhersteller ist der Motor entstört. Ist das damit gemeint?
Damit meint er das Bürstenfeuer bei DC Betrieb.
Hilft Dir nicht bei PWM Ansteuerung.
Wahrscheinlich hast Du durch die Entstörkondensatoren über den Bürsten
sogar hohe Strom-Peaks an den Flanken, denen Du mit genug L
entgegenwirken musst.
Ich habe dutzende Geräte durch den EMV Test gebracht und habe EMV noch
immer nicht verstanden ;-)
Mit der ganzen Theorie kann man sich bis zu einem gewissen Punkt nähern.
Im Labor muß man dann aber bei schwierigen Fällen qualifiziert raten und
probieren.
Generell kann man sagen das steile Flanken immer ein Problem sind.
Sie enthalten hohe Frequenzen und regen parasitäre Schwingkreise an.
Auch Deine Motorleitung stellt einen LC Schwingkreis dar.
Die Motorwicklung ebenfalls, denn die ist nicht nur induktiv, sondern
hat auch Wicklungskapazitäten.
Auch jeder LC Filter den Du verwendest ist nur bis zu einer spezifischen
Frequenz ein Filter. Auf einer anderen schwingt der.
Du kannst Versuchen mit der ungeschirmten Leitung zu leben und auf der
Ansteuerung mit LC Filtern arbeiten.
Das wird bis zu einem gewissen Grad funktionieren.
Es hat aber einen Grund weshalb bei Motoren an Frequenzumformern im
allgemeinen geschirmte Leitungen verwendet werden.
Ersetze die Leitung, verwende einen Klemmenkasten direkt am Motor, bis
zu dem Du geschirmte Leitungen verwendest, oder schirme die Leitung
nachträglich.
Wichtig ist es den Schirm nur einseitig aufzulegen, sonst fliessen
ausgleichsströme über den Schirm, die selbst zum EMI Problem werden.
Manchmal funktioniert auch beidseitiges Auflegen + Klappferrit.
Die Wirkung von Klappferitten wird aber im allgemeinen maßlos
überschätzt.
Ein paar dB bei hohen Freuenzen, mehr ist nicht drin.
Verwende eine massive Erdungsleitung zwischen Ansteuerung und Motor.
Durch den Skin Effekt fliessen HF Ströme nur an der Oberfläche der
Leiter, also hilft ein großer Querschnitt.
Du kannst mit der Schaltfrequenz runter und die Flanken verschleifen.
Das verursacht zwar mehr Schaltverluste, aber durch die geringere
Frequenz schlägt das nicht so rein.
Bei Selbstverwendung mach das so gut wie Du kannst und hoffe auf das
Beste.
Brauchst Du ein CE Zertifikat würde ich Dir raten ins Labor zu gehen.
Fällst Du durch, mache die Tests trotzdem zuende und lass Dir die Kurven
mitgeben. Ohne hast Du keine Chance Dich mit eigenen Mittel auf die
Suche zu begeben.
Bernd schrieb:> aber eine richtig klare Antwort konnte ich> bisher nicht ableiten.
Willkommen in der Welt der EMV. Hier gibt es klare Theorien und keine
klaren Antworten.
Michael K. schrieb:> Du kannst Versuchen mit der ungeschirmten Leitung zu leben und auf der> Ansteuerung mit LC Filtern arbeiten.
Könntest du mir sagen was für einen LC-Filter ich da nehmen könnte? Wie
dimensioniere ich den und welche Bauform hätte der? Ich würde den dann
im Schaltschrank unterbringen, oder?
Michael K. schrieb:> oder schirme die Leitung> nachträglich.
Hast du Empfehlungen für so ein Produkt? Wenn ich suche finde ich nur
sehr überteuerte Schirmgeflechte. Da kann man doch sicherlich ein oder
zwei Euros sparen?
Eine weitere Frage: Was ist denn, wenn ich den Motortreiber auf 100% PWM
fahre. Kommen dann "glatte" 24V raus? Damit könnte ich eventuell leben.
Ich nutze den Treiber ja auch wegen dem Motorschutz und der
links/rechts-Umschaltung.
Danke schon mal für die vielen ausführlichen Antworten! Ich bin
begeistert :)
Bernd schrieb:> Mich interessiert nun wie sich bei diesem Aufbau das elektrische,> magnetische oder auch das Elektromagnetische Feld der Leitung verhalten.> Sprich: Welche Störungen gehen von dem Aufbau aus?
Die Leitungen alleine werden stark abstrahlen, einerseits das
Bürstenfunkenfeuer der Motoren, andererseits die steilen PWM Flanken.
Ein Blech schirmt zwar, ist aber weder ein besonders guter elektrischer
Leister noch ein besonders guter magnetischer Leiter, sondern
zwischendrin.
Bernd schrieb:> PWM (15,6kHz).
Man muss den Hersteller fragen: Warum immer so bescheuert hoch ?
Unhörbar sind 15kHz auch nicht. Du hast keinen Motor, der z.B. bei 1/10
davon, 1.5kHz, plötzlich mechanisch ruckweise läuft, der ist viel
träger, Es reichen sicher 50Hz.
Das hat den Vorteil, daß der Strom gegen die Induktivität auch
hochlaufen kann, und der Motor mehr Drehmoment bekommt als mit der hohen
Frequenz, bei der die Motorinduktivität den Strom weitgehend glättet,
dafür das Bürstenfeuer um so stärker wird. Vom glatten Strom hat man
aber EMV technisch nichts, weil stattdessen dann die Spannung auf und ab
tanzt. Nur wäre bei schnellen Stromwechseln die magnetische Abstrahlung
relevant, bei schnellen Spannungswechseln die eletrostatische
Abschirmung.
Bernd schrieb:> Ein Teil vom Datenblatt ist angehängt. Man kann langsames Starten und> Stoppen einstellen. Könnte das reichen?
Nein, das hat nichts mit den PWM Flanken zu tun. Beim Dimmer ist die
Entstördrossel üblich. Man kann also EMV Spulen direkt an den Ausgang
des Motortreibers bauen, und direkt an den Motor die übliche
Entstörschaltung für Bürstenmotore:
1
+--47uH--+---+---+
2
| | | |
3
| | 47nF |
4
----------------+ | | |
5
verdrillte Zuleitung 47nF +--(M)
6
----------------+ | | |
7
| | 47nF |
8
| | | |
9
+--47uH--+---+---+
(Bauteilwerte je nach Motor, letztlich per Speki auf beste Dämpfung
ausmessen)
Bernd schrieb:> Könntest du mir sagen was für einen LC-Filter ich da nehmen könnte? Wie> dimensioniere ich den und welche Bauform hätte der? Ich würde den dann> im Schaltschrank unterbringen, oder?
Kann ich nicht.
So groß wie möglich, so direkt wie möglich an der Ansteuerung.
Für alles andere würde ich Messergebnisse brauchen und Bezahlung.
Bernd schrieb:> Wenn ich suche finde ich nur> sehr überteuerte Schirmgeflechte. Da kann man doch sicherlich ein oder> zwei Euros sparen?
Du kannst natürlich auch Alu Folie drumstümpern.
Kann man machen, ist dann halt Scheisse.
Bernd schrieb:> Eine weitere Frage: Was ist denn, wenn ich den Motortreiber auf 100% PWM> fahre. Kommen dann "glatte" 24V raus? Damit könnte ich eventuell leben.
Wahrscheinlich nicht. Hängt von der H-Brücke ab.
Die Treiber der oberen N-Fets werden wahrscheinlich über einen Boost
Kondensator gespeist, der sich nur aufladen kann wenn die unteren Fets
mal schliessen.
Oder die hat für die oberen Treiber eigene DC/DC Wandler, dann kann die
100% Duty fahren.
Probiers aus.
Hast Du den Raspi schon mal in einer stark gestörten industriellen
Umgebung betrieben?
Ich vermute der nächste Thread geht um 'Raspi stürzt ständig ab'
Michael B. schrieb:> Bernd schrieb:> Bernd schrieb:>> PWM (15,6kHz).>> Man muss den Hersteller fragen: Warum immer so bescheuert hoch ?> Unhörbar sind 15kHz auch nicht. Du hast keinen Motor, der z.B. bei 1/10> davon, 1.5kHz, plötzlich mechanisch ruckweise läuft, der ist viel> träger, Es reichen sicher 50Hz.>> Das hat den Vorteil, daß der Strom gegen die Induktivität auch> hochlaufen kann, und der Motor mehr Drehmoment bekommt als mit der hohen> Frequenz, bei der die Motorinduktivität den Strom weitgehend glättet,> dafür das Bürstenfeuer um so stärker wird. Vom glatten Strom hat man> aber EMV technisch nichts, weil stattdessen dann die Spannung auf und ab> tanzt. Nur wäre bei schnellen Stromwechseln die magnetische Abstrahlung> relevant, bei schnellen Spannungswechseln die eletrostatische> Abschirmung.>
Das ist kompletter Schwachsinn. Da hat einer das Konzept einer PWM bei
Motoren nicht ansatzweise verstanden.
Gruß
Axel
Bernd schrieb:> ehört das eher in die Kategorie "Alu-Folie" oder könnte das was sein?
You get what you pay for.
Ein Mix aus Polyester und Kupfergeflecht.
Du möchtest eine vermutete Störung unbekannter Größe bekämpfen, dafür
aber weder ins Labor, noch das Außmass des Problemes selber ermitteln.
Zur Lösung nimmt Du dann aber nicht das bestmögliche, sondern das
billigst verfügbare.
Welches Ergebniss erwartest Du?
Kostet Deine Zeit garnichts?
Michael K. schrieb:> Zur Lösung nimmt Du dann aber nicht das bestmögliche, sondern das> billigst verfügbare.> Welches Ergebniss erwartest Du?>> Kostet Deine Zeit garnichts?
So ist das nicht ganz richtig, das kam jetzt vielleicht falsch rüber.
Ich möchte nichts billiges kaufen, ich weiß lediglich nicht genau nach
welchen Qualitätsbedingungen ich bei Schirmgeflechten suchen muss. Und
gefühlt gibt es nunmal unzählige Anbieter wo die Preise sich doch sehr
stark unterscheiden. Daher habe ich jetzt einfach mal eines genommen und
gehofft, dass es eine Rückmeldung gibt wie eure Einschätzung ist. Auf
den jeweiligen Herstellerseiten wird natürlich jedes Produkt als
hervorragend gepriesen. Das von mir gezeigte kommt von Hellermanntyton
und die Firma ist zumindest mal nicht unbekannt (zumindestens denkt man
hier ein Stück weit an gute Qualität - auch wenn das vielleicht ein
Trugschluss ist).
Michael K. schrieb:> You get what you pay for.
Des Weiteren stimmt das nicht immer. Ich kenne Firmen die verkaufen
Patch-Kabel für 100€, nur weil sie grün sind. Und die Leute kaufen Sie
weil die dann "passend" für die jeweilige Maschine sind. Von den
Spezifikationen her sind die dann aber identisch mit 25€ Kabeln ;)
Bernd schrieb:> ich weiß lediglich nicht genau nach> welchen Qualitätsbedingungen ich bei Schirmgeflechten suchen muss
Hallo, ich meine mich zu erinnern, dass bei Schirmgeflechten ein
Bedeckungsgrad (oder so ähnlich) in Prozent angegeben wird. Wenn der
Lieferant deiner Wahl keine solche Angabe macht, dann kannst du davon
ausgehen, dass dieser, also die Dichte des Geflechts, nicht sehr hoch
sein wird! Und bei verdrillten Leitungen kann man die garantierte
minimale Schlaglänge erfragen. Wir hatten seinerzeit eigens eine
Wareneingangskontrolle einsetzen müssen, weil die vom Lieferanten
angegebenen Werte oft einfach nicht eingehalten wurden! Das mag bei ein
paar Metern nicht so wild sein, aber wenn es um einige zig Meter in
rauer Industrieumgebung geht, wird das schon auch wichtig!
Gruß Rainer
Hallo Bernd,
in dem Datenblatt gibt es auf Seite 7 Hinweise zur EMV. Wie diese
umzusetzen sind, z.B. wie die Schirmung der Motorleitung zu realisieren
ist oder die dort erwähnten Entstörglieder auszusehen haben, fragt man
am besten einfach den Hersteller der Motoransteuerung, denn der weiß
doch am ehesten, welche Entstörmaßnahmen funktionieren und die Funktion
der Steuerung nicht beeinflussen.
Gruß
Uwe
