Die EMV im Maschinen- und Anlagenbau ist von entscheidender Bedeutung für Elektrokonstrukteure und Elektroingenieure. Netzfilter werden oft zur Gewährleistung der EMV-Konformität eingesetzt. Doch es gibt Situationen, in denen diese Netzfilter mehr Schaden anrichten als EMV-Störungen reduzieren. In diesem Blogartikel werden wir ein paar potenzielle Fallstricke beim Einsatz von Filtern im Maschinen- und Anlagenbau beleuchten.
Wir betrachten wichtige EMV-Maßnahmen, um Störungen von Motoren und Frequenzumrichtern zu minimieren. Das Wissen um diese Faktoren ist von großer Bedeutung, um EMV-Herausforderungen kosteneffektiv und erfolgreich zu bewältigen.
Störungen werden nicht in Luft aufgelöst
Ein Netzfilter hat grundsätzlich drei Aufgaben:
Es soll Störungen zurückschicken, die vom Netz, also von aussen daherkommen.
Es soll verhindern, dass Störungen eines Systems ins Netz geführt werden.
Es soll verhindern, dass gestörte Leitungen in die Umgebung abstrahlen.
Wie ein Bahnhof
Damit ein Netzfilter seine Aufgaben erledigen kann, muss einiges berücksichtigt werden.
Es kann verglichen werden mit einem Güterbahnhof. In diesem Fall wäre es eine Kombination von Prellböcken, Weichen, Schienen und automatischen Bremssystemen. Diese Kombination funktioniert nur, wenn sie die entsprechenden Züge auf die richtigen Schienen umleiten und gegebenenfalls rechtzeitig zum Stillstand bringen kann.
Take me home, Erdsystem
Durch ihre schnellen Schaltvorgänge erzeugen Frequenzumrichter hochfrequente Umladeströme, die als sogenannte Gleichtaktstörungen in alle elektrischen Leiter eingekoppelt werden. Diese Ströme müssen zurück nach Hause, in den Zwischenkreis des Frequenzumrichters. Damit dies gelingt, muss die entsprechende Verbindung niederinduktiv zur Verfügung gestellt werden.
Die 3 Wirkungsweisen eines Netzfilters:
Das Netzfilter ist quasi die Weiche, welche für die hohen Frequenzen so gestellt ist, damit diese zurück zur Quelle können. Damit die Güterwagen in diesem Kreislauf nicht immer schneller werden, bremst man sie mit sogenannten Commonmode-Chokes oder Gleichtaktdrosseln ab, welche die Störungen in Wärme umwandeln und damit unschädlich machen. Diese Drosseln können relativ einfach in die Ausgangsleitungen der Umrichter installiert werden.
Darum: Zuerst bremsen, dann auf die richtige Schiene lotsen. Nicht umgekehrt, sonst könnte die Geschichte entgleisen.
Die zwei häufigsten Fehler
- Schmutzige Leitungen koppeln wieder ein
Oft wird nicht verstanden, dass ein Filter die Störungen nicht einfach unschädlich macht, sondern umleitet. Die Leitung zwischen dem Filter und dem Frequenzumrichter ist dabei hochgradig belastet. Diese Leitung sollte nicht in die Nähe der Netz-Zuleitung oder von irgendwelchen empfindlichen Signalen kommen.
2. Schlechte Leitungsführung zwischen Filter und Frequenzumrichter
Diese Leitung führt die vollen Störströme. Sie muss kurz sein und direkt auf der Montageplatte geführt werden. Wenn dies nicht berücksichtigt wird, entsteht eine Antenne, die abstrahlt. Zudem wird die Fläche zwischen Hin- und Rückleitung der Störung gross und damit auch die Impedanz, also der Wechselstromwiderstand. Die Störungen werden dann nicht mehr (nur) diesen Weg nehmen, sondern auf andere Leitungen einkoppeln.
Wenn gar kein Filter nötig wäre
Heutzutage sind viele Frequenzumrichter bereits mit Netzfiltern ausgestattet, die bei richtiger Montage und Schirmkonvektionierung hervorragend wirken.
Da Netzfilter nicht unerheblich Platz und Geld kosten, besteht eine Möglichkeit darin, eine EMV-Pre-Compliance Prüfung durch ein Labor machen zu lassen. Dabei können die leitungsgebundenen Störungen und die Abstrahlungen mit und ohne Filter gemessen werden, um die Notwendigkeit zu prüfen.
Kann ein Filter wirklich schaden?
Ja! Ein Netzfilter besteht aus einer Kombination von mehreren Induktivitäten, Kapazitäten und Widerständen. Das sind elektrisch gesehen Resonanz- oder Schwingkreise, die bei falscher Installation vorhandene Störungen verstärken können!
Dazu kommt das Thema mit den Fehlerstrom-Schutzschaltern:
Die Kondensatoren in den Netzfiltern, die gegen Erde geschaltet sind, führen zu Ableitströmen, welche die Schutzschalter zum Auslösen bringen können. Dies ist auch der Grund, weshalb Netzfilter für die Industrie in normalen Haushaltnetzen nicht betrieben werden können/dürfen.
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