EMV Problem mit Stepper Motor

[John P. (brushlesspower)]

Hallo,

zuletzt hatte ich mit einem Stepper Motor Projekt zu tun.
Im wesentlichen geht es um eine SPS mit dazugehörigen Stepper Motor 
Treibern und alles in einem Gerät verbaut.

Dieses Gerät hat in der EMV Kammer sehr schlechte Werte bei der 
Abstrahlung.
Nachdem der Hersteller der SPS versichert seine Module geprüft zu haben 
wollte ich jetzt mal messen was so an Signalen raus geht.

Leider hatte ich noch nie mit Stepper Motoren zu tun. Daher habe ich 
keine Referenzen wie die Signale aussehen sollten.

Im Anhang mal die Spannung einer Motorspule (A und A/) diffenziell 
gemessen und der Strom (gemessen über einen 0,5 Ohm Widerstand)

Interessant dabei. In der Kammer lag die Störung immer um die 30 MHz.
Und das Schwingen liegt ebenfalls bei etwa 30 MHz.
Insgesamt finde ich die Messungen schrecklich, aber vielleicht sehe ich 
das auch völlig falsch?

Auch wundert es mich nirgends Microsteps zu sehen oder einen Sinus.

Vielleicht hat hier noch jemand einen Rat?

Gruß John

[Rainer W. (rawi)]

John P. schrieb:
> Strom-Spannung_1usDIV.JPG ...

Ist es völlig aus der Mode gekommen, ein Oszi so einzustellen, dass man 
Werte vernünftig ablesen kann?

> Vielleicht hat hier noch jemand einen Rat?
Zeige deine Schaltung und deinen Aufbau:
Wie sieht dein Schaltplan aus?
Mit welcher Spannung betreibst du den Motor?
Welchen Strom hast du jeweils dargestellt?

Du scheinst ein kräftiges Problem mit eine gefühlten 18MHz Resonanz zu 
haben.

> Dieses Gerät hat in der EMV Kammer sehr schlechte Werte bei der
> Abstrahlung.

Dann zeig doch ein Bild vom Spektrum und vom Aufbau. Werte sind erstmal 
wertfrei und es kommt auf die Anforderungen an, ob das schlecht ist.

> Und das Schwingen liegt ebenfalls bei etwa 30 MHz.
Ich sehe dort etwa 38 Schwingungen in 2µs. Woher kommt dieser Wert von 
30 MHz.

> Auch wundert es mich nirgends Microsteps zu sehen oder einen Sinus.

Mit welcher Schrittfrequenz und welcher Mikroschritteinstellung hast du 
den Motor denn laufen?

[Gunnar F. (gufi36)]

John P. schrieb:
> zuletzt hatte ich mit einem Stepper Motor Projekt zu tun.

Ich auch. Ein paar von den billigen Treibern bei Reichelt gekauft, die 
es augenscheinlich baugleich überall gibt, rotzen wie Sau.

[John P. (brushlesspower)]

Rainer W. schrieb:
> Du scheinst ein kräftiges Problem mit eine gefühlten 18MHz Resonanz zu
> haben.

Woran siehst du das?

Rainer W. schrieb:
> Dann zeig doch ein Bild vom Spektrum und vom Aufbau. Werte sind erstmal
> wertfrei und es kommt auf die Anforderungen an, ob das schlecht ist.

Müsste den Bericht vom EMV Labor raussuchen.
Aber ich hänge hier mal ein Bild von einer der ersten Messungen ran. 
Letztlich hat sich das nicht so sehr verändert.

Rainer W. schrieb:
> Mit welcher Schrittfrequenz und welcher Mikroschritteinstellung hast du
> den Motor denn laufen?

Tja, ich habe garnichts damit laufen. Ich soll erstmal nur "das Problem" 
finden.
Werde es mal anfragen.

Gunnar F. schrieb:
> Ich auch. Ein paar von den billigen Treibern bei Reichelt gekauft, die
> es augenscheinlich baugleich überall gibt, rotzen wie Sau.

Bei den teuren SPS Treibern erwarte ich mir etwas mehr als von billigen 
China Treibern

[Gunnar F. (gufi36)]

John P. schrieb:
> Bei den teuren SPS Treibern

Sind die in deinem Thread benannt?

[Mark S. (voltwide)]

Hier fehlt es wohl an grundlegendem Verständnis für EMV. Als allererstes 
mal ein plot des Störspektrums einstellen. Die überschreitenden 
Resonanzen identifizieren. Die Störantennen (abgehenden Leitungen) 
bestimmen und ggfs verdrosseln mit passenden Klappferriten. Oder die 
tatsächen Störquellen mit einer Schnüffelsonde lokalsieren und 
entsprechende Schaltungsänderungen durchführen. Und ja, EMV ist nicht 
mal eben mit Hilfe von ein paar YT-Videos in den Griff zu bekommen.

[Rüdiger B. (rbruns)]

Hat der Motor ein abgeschirmtes Kabel ?

[John P. (brushlesspower)]

Gunnar F. schrieb:
> Sind die in deinem Thread benannt?

Nein.

Mark S. schrieb:
> Oder die
> tatsächen Störquellen mit einer Schnüffelsonde lokalsieren und
> entsprechende Schaltungsänderungen durchführen.

Richtig. Nur das ich an der Schaltung nicht ändern kann, bzw will weil 
es ein  zukauf Teil ist mit CE und angeblich bestanderner EMV Prüfung.
Nur liegen wir derart weit über dem Grenzwert das ich herausfinden 
möchte woran das liegt.

Eventuell hat der Hersteller der Treiber Mist gebaut. Oder wir.
Wenn es an uns liegt können wir das Problem abstellen.

[John P. (brushlesspower)]

Rüdiger B. schrieb:
> Hat der Motor ein abgeschirmtes Kabel ?

Ursprünglich nicht. (Messung oben)
Allerdings haben wir den Motor inzwischen geschirmt mit 
Kupfergeflechtschlauch. Hat aber nicht viel gebracht.
Aufgelegt auf das Motorgehäuse und an PE des Gerätes.
PE ist auch mit Treiber Ground verbunden.

[Gerd E. (robberknight)]

Wenn ich die Messung der abgestrahlten Störungen 30 MHz - 1G richtig 
lese, dann bist Du unter 100 MHz eigentlich dauerhaft über dem 
Grenzwert.

Meiner Erfahrung nach kommen Störungen in diesem Bereich fast 
ausschließlich von Kabeln und werden darüber abgestrahlt.

Wie sieht es bei der Messung der geleiteten Störungen 150 kHz bis 30 MHz 
aus? Da bist Du vermutlich auch kräftig drüber.

Aus Kabeln abgestrahlte Störungen haben gegenüber anderen den Vorteil 
dass man sie leicht einzelnen Kabeln und damit der Quelle zuordnen kann. 
Ich würde empfehlen Dir eine HF-Stromzange und ein Spektrumanalyzer zu 
besorgen und damit dem Problem genauer auf den Zahl zu fühlen. Erst wenn 
die Messung deutlich besser aussieht wieder ins EMV-Labor gehen.

Ich meine z.B. sowas hier:
https://www.batronix.com/shop/accessory/Tekbox-RF-probes.html

Und so würde man messen:
https://www.tekbox.com/product/AN_spectrum_analyzers_for_EMC_testing.pdf

[Gunnar F. (gufi36)]

Mark S. schrieb:
> . Die Störantennen (abgehenden Leitungen) bestimmen und ggfs verdrosseln
> mit passenden Klappferriten

und rausfinden, ob Gleich- oder Gegentaktstörungen. Auf der Leitung 
wirkt fast immer Gleichtakt. Deswegen mehrere Ferrite, je nach Frequenz 
dahin schieben, wo das Maximum der stehenden Welle ist. Ausprobieren, 
das ist meist nicht direkt an der Quelle oder Senke! Bei Schirmung 
achten, dass keine großen Leiterschleifen entstehen. Die strahlen dann 
H-Felder ab.

[Rüdiger B. (rbruns)]

Mal ein geschirmtes Ethernetkabel probieren, die Paare jeweils zu einer 
Wicklung.

[John P. (brushlesspower)]

Gerd E. schrieb:
> Wenn ich die Messung der abgestrahlten Störungen 30 MHz - 1G richtig
> lese, dann bist Du unter 100 MHz eigentlich dauerhaft über dem
> Grenzwert.

Ja. Durch Schirmung und spielen mit verschiedenen Stromeinstellungen 
sind wir schon deutlich runter gekommen, aber es reicht noch nicht um 
sicher zu bestehen.

Gerd E. schrieb:
> Meiner Erfahrung nach kommen Störungen in diesem Bereich fast
> ausschließlich von Kabeln und werden darüber abgestrahlt.

Die Frage die mich immer umtreibt:
Von der SPS zum Gehäuse (Steckverbinder für den Motor) sind die 
Leitungen ungeschirmt. Sind maximal 30cm Länge.
Ich befürchte das die Störungen genau auf diesem Stück abgestrahlt 
werden.

Rüdiger B. schrieb:
> Mal ein geschirmtes Ethernetkabel probieren, die Paare jeweils zu einer
> Wicklung.

Das könnte man mal probieren.

[Hans W. (Firma: Wilhelm.Consulting) (hans-)]

John P. schrieb:
> Bei den teuren SPS Treibern erwarte ich mir etwas mehr als von billigen
> China Treibern

Wenn du mit einem Schrittmotor (wie viele kVA schiebst de dort rein???) 
um 10dB die Industrie-Grenzwerte von 30-100M sprengst, dann musst du da 
schon ganz schön viele Punkte von den üblichen Integrationsanleitungen 
nicht beachtet haben.

Wenn du bei so einer Umgebung nicht aufpasst, kannst du eigentlich alle 
deine Messungen mit dem Scope vergessen... das stimmt schlicht nicht.

Geh zu einem Pre-Compliance-Labor in deiner Nähe, das dir hilft und 
schau zu, wie die das Problem eingrenzen. Sowas kann aber auch mal eine 
Woche in der Kammer dauern...

Ich will bei sowas bei mir in der Kammer immer jemanden dabei haben, der 
tatsächlich mit der Programmierung der Maschine zu tun hat (damit man 
auch mal Teile deaktivieren kann) und zumindest einen, der sich auch mit 
der verbauten Elektronik wirklich auskennt. Ansonsten wird's haarig... 
soweit ich informiert bin sieht das meine Konkurrenz hier in 
Oberösterreich ähnlich...


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[John P. (brushlesspower)]

Hans W. schrieb:
> Wenn du mit einem Schrittmotor (wie viele kVA schiebst de dort rein???)
> um 10dB die Industrie-Grenzwerte von 30-100M sprengst, dann musst du da
> schon ganz schön viele Punkte von den üblichen Integrationsanleitungen
> nicht beachtet haben.

Schrittmotor 50V und max 3A (dabei kochen die Motoren aber schon)
Bei den Messungen in der Kammer war mehr Strom tendenziell immer besser.
Oder nur 0,1A zum halten der Position brachte auch gute Ergebnisse.

Empfehlung des Herstellers: 2000µF Elko pro A in die Versorgungsleitung 
und geschrimte Motorkabel

Beides haben wir eingehalten. Die Spannungsversorgung haben wir soweit 
auch ausgeschlossen. Da wackelt auch nichts.

Hans W. schrieb:
> Wenn du bei so einer Umgebung nicht aufpasst, kannst du eigentlich alle
> deine Messungen mit dem Scope vergessen... das stimmt schlicht nicht.

Schon klar. Nur wollte ich erstmal sehen wie der Motor überhaupt 
angesteuert wird.
In meiner Traumwelt hätte ich einen schönen Sinus gesehen.
Normal würde ich versuchen die PWM weniger steil zu kriegen, RC Snubber 
eventuell Filter.
Nur sehe ich das eher als Aufgabe des Treiber Herstellers

Hans W. schrieb:
> Ich will bei sowas bei mir in der Kammer immer jemanden dabei haben, der
> tatsächlich mit der Programmierung der Maschine zu tun hat (damit man
> auch mal Teile deaktivieren kann) und zumindest einen, der sich auch mit
> der verbauten Elektronik wirklich auskennt. Ansonsten wird's haarig...
> soweit ich informiert bin sieht das meine Konkurrenz hier in
> Oberösterreich ähnlich..

In der Kammer sind immer 1-2 Mann dabei die sich auskennen und die 
Geräte bedienen können. Wenn nötig auch umprogrammieren und/oder 
umbauen.

[Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann)]

Verrate uns doch mal, um welchen Motor und welches Treibermodul / 
Motorklemme es sich handelt. Hilfreich wären auch Bilder von der 
Verdrahtung im Schaltschrank bzw. Gehäuse.

Wenn du den (hoffentlich) sinusförmigen Motorstrom sehen willst, nimmst 
du am besten einen Stromsensor (LEM o.ä).

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

[Hans W. (Firma: Wilhelm.Consulting) (hans-)]

John P. schrieb:
> Beides haben wir eingehalten.

Wie gesagt, 10dB über Industrie kommen nicht von ungefähr.

HF stromzange steht oben schon wo.. für eine ganz einfache habe ich 
sogar eine Nachbauanleitung... Die habe ich auch in einem anderen thread 
verlinkt...

Bei 100MHz sind das eigentlich immer gleichttaktstörungen, die du in den 
Griff kriegen musst.

Die PWM muss da nicht mitspielen. Kabellängen, verlegearten sind da 
wesentlich wichtiger.

Wenn du schreibst, dass du vom Motor Treiber zur steckstelle ungeschirmt 
bist, kann da ganz leicht der strompfad dann vom Schirm, zum Stecker und 
dann übers gehäuse zum motorumrichter. Der Teil am Gehäuse und der am 
Kabel kompensieren sich nun nicht und du siehst ihn auf der Antenne. 
Zumindest ist das 1ne Möglichkeit... Die kann man dann auch mit einer 
H-feldsonde an der Gehäuseoberfläche nachweisen.

Zu 90% liegt das Problem am Aufbau und der Integration. Die 9.5% sind 
ungeeignet ausgewählte oder defekte Komponenten.  Die 0,5% Rest sind 
dann Probleme beim Zulieferer... Sowas kommt auch bei europäischen 
Markenherstellern vor... Mein Erfahrung nach ist das aber schon sehr 
unwahrscheinlich.

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[Michael B. (laberkopp)]

John P. schrieb:
> Nur das ich an der Schaltung nicht ändern kann, bzw will weil es ein
> zukauf Teil ist mit CE und angeblich bestanderner EMV Prüfung.

Lass dir das Prüfprotokoll schicken.

Das gehört sowieso zum Lieferumfang B2B weil CE, wo man einfach nur 
behauptet dass alles in Ordnung sei, nur B2C betrifft.

[Rainer W. (rawi)]

John P. schrieb:
> Rainer W. schrieb:
>> Du scheinst ein kräftiges Problem mit eine gefühlten 18MHz Resonanz zu
>> haben.
>
> Woran siehst du das?

An den abklingenden Schwingungen nach dem Umschalten.
Was soll das überhaupt für ein Puls sein?

p.s.
Und lass dich nicht durch den Dateinamen des Originalbildes verwirren. 
Das Oszi war bei der Messung auf 2µs/div eingestellt.

[Gerd E. (robberknight)]

Rainer W. schrieb:
> An den abklingenden Schwingungen nach dem Umschalten.
> Was soll das überhaupt für ein Puls sein?

Ein guter Teil davon könnte auch von langen Masseklemmen an den 
Oszi-Tastköpfen kommen.

@John wie war die Masse der Tastköpfe angeschlossen? Kurze Feder an der 
Spitze und die direkt an Masse auf der Platine?

Oder über die "klassischen" langen Strippen mit Krokoklemme? Wenn 
letzteres, dann Messung mit kurzer Masse wiederholen.

[Rainer W. (rawi)]

Gerd E. schrieb:
> Oder über die "klassischen" langen Strippen mit Krokoklemme? Wenn
> letzteres, dann Messung mit kurzer Masse wiederholen.

Man kann auch die Krokoklemme direkt mit der Messspitze verbinden (z.B. 
als Schlaufe mit 2 Windungen) und mit dieser magnetischen Antenne (aka 
H-Feld Sonde) den Aufbau auf magnetische Störfelder abklopfen.

[John P. (brushlesspower)]

Hans W. schrieb:
> Wie gesagt, 10dB über Industrie kommen nicht von ungefähr.

Da gebe ich dir recht.

Hans W. schrieb:
> Wenn du schreibst, dass du vom Motor Treiber zur steckstelle ungeschirmt
> bist, kann da ganz leicht der strompfad dann vom Schirm, zum Stecker und
> dann übers gehäuse zum motorumrichter. Der Teil am Gehäuse und der am
> Kabel kompensieren sich nun nicht und du siehst ihn auf der Antenne.
> Zumindest ist das 1ne Möglichkeit... Die kann man dann auch mit einer
> H-feldsonde an der Gehäuseoberfläche nachweisen.

Der Schirm ist Motorseitig aber mit keiner Phase verbunden. Daher kann 
es dort keinen Rückstrom geben.
Und auch ungeschirmt hat es nicht funktioniert.

Hans W. schrieb:
> Zu 90% liegt das Problem am Aufbau und der Integration. Die 9.5% sind
> ungeeignet ausgewählte oder defekte Komponenten.  Die 0,5% Rest sind
> dann Probleme beim Zulieferer... Sowas kommt auch bei europäischen
> Markenherstellern vor... Mein Erfahrung nach ist das aber schon sehr
> unwahrscheinlich.

Auch hier gebe ich dir Recht. Und das Problem beim Aufbau ist durchaus 
möglich.
Im Moment würde ich die Bilder ges Gerätes ungern veröffentlichen. 
Könnte ich dir eine PM senden mit Email?

[John P. (brushlesspower)]

Michael B. schrieb:
> Lass dir das Prüfprotokoll schicken.
>
> Das gehört sowieso zum Lieferumfang B2B weil CE, wo man einfach nur
> behauptet dass alles in Ordnung sei, nur B2C betrifft.

Sind wir schon dran

[John P. (brushlesspower)]

Rainer W. schrieb:
> Was soll das überhaupt für ein Puls sein?

Ein Puls von der PWM.

Rainer W. schrieb:
> Man kann auch die Krokoklemme direkt mit der Messspitze verbinden (z.B.
> als Schlaufe mit 2 Windungen) und mit dieser magnetischen Antenne (aka
> H-Feld Sonde) den Aufbau auf magnetische Störfelder abklopfen.

Hast du ein Bild dazu?
Die 2 Windungen bleiben doch bestimmt nicht so einfach liegen?
Mit kabelbinder fixieren?

[John P. (brushlesspower)]

Gerd E. schrieb:
> Ein guter Teil davon könnte auch von langen Masseklemmen an den
> Oszi-Tastköpfen kommen.
>
> @John wie war die Masse der Tastköpfe angeschlossen? Kurze Feder an der
> Spitze und die direkt an Masse auf der Platine?
>
> Oder über die "klassischen" langen Strippen mit Krokoklemme? Wenn
> letzteres, dann Messung mit kurzer Masse wiederholen.

Die Messung erfolge mit einem Differentiellen Tastkopf. Direkt verbunden 
mit den beidem Leitungen einer Motorspule (A und A/).

Wenn gewünscht kann ich auch nochmal gegen Masse/PE messen.
Aber die Schwingungen sind schon da.

[Rainer W. (rawi)]

John P. schrieb:
> Mit kabelbinder fixieren?

Wie du magst. Ich verwende Spiralschlauch.

[Hans W. (Firma: Wilhelm.Consulting) (hans-)]

John P. schrieb:
> Hans W. schrieb:
>> Zu 90% liegt das Problem am Aufbau und der Integration. Die 9.5% sind
>> ungeeignet ausgewählte oder defekte Komponenten.  Die 0,5% Rest sind
>> dann Probleme beim Zulieferer... Sowas kommt auch bei europäischen
>> Markenherstellern vor... Mein Erfahrung nach ist das aber schon sehr
>> unwahrscheinlich.
>
> Auch hier gebe ich dir Recht. Und das Problem beim Aufbau ist durchaus
> möglich.
> Im Moment würde ich die Bilder ges Gerätes ungern veröffentlichen.
> Könnte ich dir eine PM senden mit Email?

Ich gebe hier schonmal gratis meinen Senf dazu - ein Gerät zu entstören 
ist aber eine Dienstung für die ich üblicherweise bezahlt werde. Also, 
sorry - öffentliche Tipps hier im Forum geb' ich schon... mehr aber 
nicht.



John P. schrieb:
> Die Messung erfolge mit einem Differentiellen Tastkopf. Direkt verbunden
> mit den beidem Leitungen einer Motorspule (A und A/).

Wenn das so schwingt, hast du die Motoren richtig ausgewählt? Also die 
Motorinduktivität im Bereich dessen was der Treiber erwartet?

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[John P. (brushlesspower)]

Rainer W. schrieb:
> Wie du magst. Ich verwende Spiralschlauch.

So?

[John P. (brushlesspower)]

Hans W. schrieb:
> Ich gebe hier schonmal gratis meinen Senf dazu - ein Gerät zu entstören
> ist aber eine Dienstung für die ich üblicherweise bezahlt werde. Also,
> sorry - öffentliche Tipps hier im Forum geb' ich schon... mehr aber
> nicht.

Kann ich verstehen.

Hans W. schrieb:
> Wenn das so schwingt, hast du die Motoren richtig ausgewählt? Also die
> Motorinduktivität im Bereich dessen was der Treiber erwartet?

Tja...
Das Datenblatt des Treibers macht dazu keine Angaben.
Daher haben wir einen Schrittmotor ausgewählt der meistens verwendet 
wird.

Der Test mit anderen Motoren folgt demnächst. Gut möglich das damit 
bereits die Pobleme erledigt sind.

[Pandur S. (jetztnicht)]

>Richtig. Nur das ich an der Schaltung nicht ändern kann, bzw will weil
es ein  zukauf Teil ist mit CE und angeblich bestanderner EMV Prüfung.

Ja. Die EMV Pruefung ist auch in einem anderen Kontext gemacht worden. 
Der Zusammenbau von geprueften Komponenten fuehrt auch nicht 
zwangslaeufig zu einem die Spezifikationen erfuellenden System. Da muss 
man noch einiges Verstehen und erfuellen.
Wie grad oben gezeigt, ist die Messung zentral. Was misst man wie.

[Rainer W. (rawi)]

Thorsten O. schrieb:
> Wenn du den (hoffentlich) sinusförmigen Motorstrom sehen willst, nimmst
> du am besten einen Stromsensor (LEM o.ä).

Ob der wohl noch 30 MHz schafft?