Forum: HF, Funk und Felder EMV Probleme auf Leitung bei einem BLDC Motor


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von Nick (nicktherick)


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Hi zusammen,

ich habe hier eine Elektronik (DC-Eingang, 24 VDC, 3 Phasige H-Brücke) 
mit einem Motor (3Phasen BLDC, ohne HAL Sensoren. ca. 220W) bekommen, 
mit der Bitte die leitungsgebunden Störer mal "nachzuschauen".

Ich will garnicht so sehr ins Detail eintauchen, zumal ich auch wenig 
über das System weiß.

Taktfrequenz der PWM um 20 kHz. Anschlusslänge Platine zu Motor bei ca. 
<= 10cm.

Was ich so auf die Schnelle gesehen habe sind ordentliche Störer an der 
Netznachbildung zwischen 400 kHz bis hin zu ~ 7MHz.

Der Motor ist von außen in einem Kunststoffgehäuse. Ich kenne die 
meisten Motore nur in einem Metallgehäuse?!
Lege ich eine Kupferfolie um das Motorgehäuse und erde die Kupferfolie 
steigt mein Störspektrum nochmal deutlich an.

Macht das Sinn hier eventuell den Motor in die runde zu Schirmen und auf 
GND der Elektronik zu legen?
Wenn ja, mit welchem Material würdet ihr das machen? Kupferfolie?! Oder 
doch besser ein Stahlblech / Eisenblech, weil es bei den Frequenzen eher 
ein H-Feld, als E-Feld ist?!

Habt ihr da so pauschal eine Richtung, welche ich einschlagen könnte?

Grüße

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


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Die PWM-Schaltung auch abschirmen, nicht nur den Motor.
Und geschirmte Leitung von PWM-Schaltung zum Motor
benutzen.

von Kay-Uwe R. (dfias)


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Symmetrie ist ebenso wichtig. Für Plus und Minus zur Brücke und die drei 
Ausgänge zum Motor bei längeren Leitungen paar- bzw. tripelweise 
verdrillen und schirmen. Hier können CM-Chokes (stromkompensierte 
Drosseln) schon mal den CM-Anteil drastisch absenken. Gegen DM müsstest 
du schauen, wie weit vor und/oder hinter der Brücke gefiltert werden 
muss.
Wenn der Motor nicht ganz symmetrisch aufgebaut ist (elektrisch), wird 
dir der natürlich aus den DM-, also den Nutzsignalen, einen Teil in CM 
transformieren. Elektrisch wären Schirmung und Erdung ausreichend, 
magnetisch könnte man auch abschirmen. Aber das wäre für Radiated 
Emissions interessant, du suchst ja nach leitungsgebundenen Störquellen.
Auch lässt sich mit der Flankensteilheit der PWM-Stufen das Spektrum 
beeinflussen. Hier kann man die Gate-Kapazitäten künstlich vergrößern 
und den (ohnehin meist vorgeschriebenen) Gate-Serienwiderstand 
vergrößern. Aufpassen muss man mit der Break-before-make-Pause, dass man 
die noch einhält und es nicht zu hohen, wenn auch nur kurzzeitigen 
Querströmen beim Schaltvorgang kommen soll (L und H leiten 
gleichzeitig).

von Nick (nicktherick)


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Danke euch erstmal. Ich bekomme es tatsähclich nur bis zu einem gewissen 
Grad mit Eingangsfilter (CM / DM) runter. Danach ist irgendwie Ende. 
Verstehe ich nicht so ganz, habe aber auch mit Motoren keine Erfahrung. 
Oder es liegt an einer 9m langen Zuleitung von LISN bis 
Motor(elektronik). Habe nur + und -, keine Erde.

Habe nochmal die Motorleitungen direkt mit einer HF-Zange gemessen. Hier 
sind 3MHz Einzelleiter (gegen Erde) dominierend und 5MHz als CM (alle 3 
Motorleitungen). Beide Frequenzen machen bei der LISN-Messung Probleme.
1
Wenn der Motor nicht ganz symmetrisch aufgebaut ist (elektrisch), wird dir der natürlich aus den DM-, also den Nutzsignalen, einen Teil in CM 
2
transformieren.
Kannst du mir das einmal erklären?
Ich sehe CM bislang immer nur, wenn ich z.B. kapazitiv nach Erde koppel 
und die Störer dann in die gleiche Richtung fließen.

Nimmt man als CM Drossel solche? 
https://www.mouser.de/ProductDetail/Schurter/3-108-434?qs=d9U39LAeJF1QyDxUqbMvYg%3D%3D&mgh=1&vip=1&utm_id=20979042631&gad_source=1&gclid=CjwKCAjwhIS0BhBqEiwADAUhcxJjRFIEPG_3sXXZrTJaWNfo1HFCxqOPFkW79b93ytCwMO-rMJE5CBoCXkAQAvD_BwE

Oder eher ein Ferrit mit z.B. 1 / 2 Windungen?

Was empfiehlt sich für DM, welche Drosselart / Dimension?

Risetime der Fets werde ich nochmal verlangsamen.

von Kay-Uwe R. (dfias)


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Nick schrieb:
>
1
Wenn der Motor nicht ganz symmetrisch aufgebaut ist (elektrisch), 
2
> wird dir der natürlich aus den DM-, also den Nutzsignalen, einen Teil in 
3
> CM
4
> transformieren.
> Kannst du mir das einmal erklären?
> Ich sehe CM bislang immer nur, wenn ich z.B. kapazitiv nach Erde koppel
> und die Störer dann in die gleiche Richtung fließen.
Diesen Effekt hast du, wenn die drei Streukapazitäten der Coils gegen 
dein Massepotenzial ungleich sind und du Motormasse und Masse der 
PWM-Ausgangsstufe getrennt führst, also nicht ausschließlich über einen 
gemeinsamen Schirm der drei Motorleitungen. Und auch nur bei höheren 
Frequenzen, wo die Streukapazitäten wirksam sind (mindestens 
MHz-Bereich).
Deshalb sehe ich in der Leitungsführung das größere Problem. 
Insbesondere 9 m Zuleitung zur Brücke und ungeschirmt sind schon 
HF-mäßig ein Wort. Alles was du vor und hinter der Brücke wegfilterst, 
bekommst du irgendwie hinterrücks wieder eingekoppelt. Hast du es denn 
überhaupt mal mit geschirmten Leitungen versucht? Deine Brücke und die 
Ansteuerung musst du aber mit einbeziehen. Dort solltest du auch eine 
Trennung von secondary return und case/shield vorsehen. Wenn das ein 
Open-frame-Aufbau ist, nutzen deine ganzen Filter nicht viel.

von Michael (Firma: HW Entwicklung) (mkn)


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Die siehst die schnellen Flanken + Schwinger der PWM.
Da CM immer eine Störung gegen Umgebung (PE) ist, ist das normal das die 
größer wird je mehr Schirm du in die Nähe bringst.

Der Schirm verhindert die Abstrahlung, erhöht aber die 
leitungsgebundenen Störungen.

Störungen dicht an der Quelle (Halbbrücke) vernichten: RC Snubber
Ausbreitung verhindern (in und/oder out): CM Drossel (Dämpfungskurve im 
DB beachten)
Verbleibende Störungen zur Erde kurzschließen: Y-Kondensatoren
Schaltgeschwindigkeit ggf. langsamer machen. Mehr Wärme in den Fets, 
geringere Effizienz, aber manchmal die praktikabelste Methode 
nachträglich noch was rauszuholen.

Prüf mal ob ihr die PWM Frequenz auch deutlich langsamer wählen könnt.
Je weniger Flanken pro Sek umso weniger Störungen.

Kay-Uwe R. schrieb:
> Diesen Effekt hast du, wenn die drei Streukapazitäten der Coils gegen
> dein Massepotenzial ungleich sind
Was eben immer der Fall ist.
Deswegen funktioniert die schöne EMI Filter Theorie ja in der Praxis 
meist nicht so elegant.
Nichts schaltet wirklich synchron, parasitäre Eigenschaften sind nie 
gleich, Toleranzen gehen nie in die gleiche Richtung = DM wird zu CM 
transformiert.

Am Ende sitzt man oft mit den EMI Sortimenten im Labor und fummelt sich 
einen ab.

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