EMV

Was ist EMV

Die Abkürzung EMV steht für Elektromagnetische Verträglichkeit und ist die Fähigkeit eines Gerätes, in der elektromagnetischen Umwelt zufriedenstellend zu arbeiten, ohne selbst elektromagnetische Störungen zu verursachen, die für andere Geräte unannehmbar wären. 
Störer können grob in vier Kategorien eingeteilt werden:

1. Netzschwankungen auf Industrienetzen (Abhilfe: Magnetische Konstanthalter)
2. Oberwellen Störungen im Frequenzgebiet 100 Hz ... 2 kHz (Abhilfe: Selektives Oberwellenfilter)
3. Transiente Störsignale im Frequenzgebiet bis 300 MHz (Abhilfe: Tiefpassfilter)
4. Sinus Störsignale im Frequenzgebiet bis 1 GHz (Abhilfe: Tiefpassfilter breitbandig)

In der Praxis sind hauptsächlich die letzten beiden Kategorien 3 und 4 anzutreffen. Dem Starkstromnetz überlagert, können solche Störvorgänge elektronische Schaltungen in ihrer Funktion beeinflussen oder sogar zerstören.

Das EMVG soll die technischen Eigenschaften von elektrischen oder elektronischen Produkten regeln, die elektromagnetische Störungen verursachen können (Störaussendung), oder deren Betrieb durch elektromagnetische Störungen beeinträchtigt werden kann (Störfestigkeit).

Richtlinien und Normen

In diesem Abschnitt werden die gesetzlichen Vorschriften und Normen kurz vorgestellt, die zur Einhaltung des EMVG für Servoumrichter anzuwenden sind.

EU-Richtlinie: EC EMC Directive 2004-108

Angewendete Norm bei Servoverstärkern : EN 61800-3 Produktnorm

Siehe auch Normen und Richtlinien.

EMV-Anforderungen

Es gibt eine Vielzahl an Prüf- und Messvorschriften zur EMV. Es ist zu berücksichtigen, dass die Kollmorgen Servoverstärker ausschließlich im Industriebereich eingesetzt werden. Prinzipiell lassen sich alle EMV-Anforderungen in Form von Prüf- und Messvorschriften in zwei Hauptgruppen aufteilen:

Störfestigkeit 
ist die minimale geforderte Beständigkeit eines Gerätes gegen das Einwirken von elektromagnetischen Störungen, die galvanisch, induktiv oder kapazitiv auf Leitungsanschlüsse und Gerätegehäuse eingekoppelt werden.

Störaussendung 
ist die zulässige maximale Höhe der Störaussendung, die an das Gerät gestellt wird. Die Störaussendung wirkt auf die Umgebung hauptsächlich direkt über angeschlossene Leitungen, als Störsignale (induktiv, galvanisch oder kapazitiv), über Abstrahlungen vom Gehäuse bzw. internen Bauteilen oder über Abstrahlungen von angeschlossenen Leitungen.

Anwendungsbereiche

Innerhalb des Einsatzortes "erste Umgebung" wird noch einmal in Klasse A für den Einsatz im Industriebereich und in Klasse B für den Einsatz im Wohn- und Gewerbegebiet unterschieden.

Industriebereich 
Zur Klasse A (Industriebereich) zählen alle Betriebsorte, die nicht für den Anschluss an die öffentliche (Niederspannungs-) Stromversorgung vorgesehen sind. Es wird angenommen, dass die Geräte an ein Netz mit eigenem Hoch- oder Mittelspannungs- Transformator angeschlossen werden.

Wohnbereich 
Zur Klasse B zählen alle Betriebsorte, die keine eigene Trafostation wie unter Klasse A beschrieben besitzen (Kleinbetrieb, Wohn-, Gewerbe- und Mischbetriebe).

Prüfanfordungen

Störfestigkeit

Die Vielfalt und Verschiedenheit der vom Anwendungsbereich der Normen betroffenen Geräte macht es unmöglich, genaue Kriterien für die Bewertung der Ergebnisse der Störfestigkeitsprüfungen zu bestimmen. Zur besseren Einschätzung und Bewertung des Störverhalten während der Störfestigkeitsprüfung werden drei Bewertungskriterien zugrunde gelegt.

Kriterium A 
Das Gerät muss weiterhin bestimmungsgemäß arbeiten. Es darf keine Beeinträchtigung des Betriebsverhaltens oder Funktionsausfall unterhalb einer vom Hersteller beschriebenen minimalen Betriebsqualität auftreten, wenn das Gerät bestimmungsgemäß betrieben wird. In bestimmten Fällen darf die minimale Betriebsqualität durch einen zulässigen Verlust der Betriebsqualität ersetzt werden. Falls die minimale Betriebsqualität oder der zulässige Verlust der Betriebsqualität nicht vom Hersteller angegeben ist, darf jede dieser Angaben aus der Produktbeschreibung abgeleitet werden sowie aus dem, was der Benutzer bei bestimmungsgemäßen Gebrauch vernünftigerweise vom Gerät erwarten kann.

Kriterium B 
Das Gerät muss nach der Prüfung weiterhin so arbeiten wie beabsichtigt. Es darf keine Beeinträchtigung des Betriebsverhaltens oder kein Funktionsausfall unterhalb einer vom Hersteller beschriebenen minimalen Betriebsqualität auftreten, wenn das Gerät bestimmungsgemäß betrieben wird. In bestimmten Fällen darf die minimale Betriebsqualität durch einen zulässigen Verlust der Betriebsqualität ersetzt werden. Während der Prüfung ist jedoch eine Beeinträchtigung des Betriebsverhalten erlaubt. Eine Änderung der eingestellten Betriebsart oder Verlust der Betriebsqualität von gespeicherten Daten ist jedoch nicht erlaubt. Falls die minimale Betriebsqualität oder der zulässige Verlust der Betriebsqualität nicht vom Hersteller angegeben ist, darf jede dieser beiden Angaben aus der Produktionsbeschreibung abgeleitet werden sowie aus dem, was der Benutzer bei bestimmungsgemäßem Gebrauch vernünftigerweise vom Gerät erwarten kann.

Kriterium C 
Vorübergehender Funktionsverlust ist erlaubt, vorausgesetzt, dass der Funktionsverlust von selbst wieder behoben wird oder die Funktion durch Betätigung der Einstell- und Bedienelemente (Reset-Funktion) wiederherstellbar ist.

Störaussendung

Die vom Gerät ausgehenden Störungen werden gemessen (Effektivwert und gemittelt). Für verschiedene Frequenzbereiche sind Grenzwerte für die Störaussendung definiert. Diese Grenzwerte dürfen nicht überschritten werden.

EMV-Maßnahmen für digitale Servoverstärker

Eine klare Trennung der EMV-Maßnahmen in die zwei Bereiche

• Verbesserung der Störfestigkeit und
• Verringerung der Störaussendung

ist nur teilweise möglich, da EMV-Maßnahmen im Bereich Störaussendung und Störfestigkeit stark miteinander verkoppelt sind. Die Störfestigkeit von Gesamtanlagen hängt vorwiegend von der Störfestigkeitsqualität der einzelnen verwendeten elektrischen Komponenten und Systeme ab. Die Störaussendung hängt stark mit der Verdrahtung, Zusammenstellung und Einbaubedingungen sowie dem Aufstellungsort zusammen. Nachfolgend finden Sie die wichtigsten Empfehlungen zur EMV zusammengestellt.

Die von uns hier vorgeschlagenen und im Messlabor geprüften EMV-Maßnahmen stellen sicher, dass die digitalen Servoverstärker in Verbindung mit den dargestellten Peripheriegeräten die zutreffenden EMV-Normen einhalten.

Abschirmungen

Die unten genannten Leitungen müssen abgeschirmt sein.

Resolverleitung	Schirm beidseitig auf die Stecker legen
Motorleitung	Schirm am Motor auf Stecker bzw. EMV-Kabelverschraubung, am Verstärker auf Masse legen
Haltebremsleitung	Schirm am Motor auf Stecker bzw. EMV-Kabelverschraubung, am Verstärker auf Masse legen
Bremschopperleitung	Schirm am externen Bremswiderstand auf EMV-Kabelverschraubung, am Verstärker auf Masse legen
Netzleitung	Bei Servoverstärkern ohne eingebauten Netzfilter: Schirm am Netzfilter auf die PE-Klemme, am Verstärker auf Masse legen. Bei Servoverstärkern mit eingebautem Netzfilter: kein Schirm erforderlich
24V-Leitung	Bei Servoverstärkern ohne eingebauten Netzfilter: Schirm am Netzfilter auf die PE-Klemme, am Verstärker auf Masse legen. Bei Servoverstärkern mit eingebautem Netzfilter: kein Schirm erforderlich
Analogsignale	Schirm an der SPS auf den analogen Bezugs-GND, am Verstärker auf Masse legen
Positionsausgabe	Schirm am Verstärker auf Stecker, an der CNC auf GND legen
Feldbus Leitung	Schirm am Verstärker auf Stecker, an der CNC auf GND legen

• Schirmanschlussklemmen müssen möglichst nahe am Gerät installiert sein.
• Legen Sie den Schirm beidseitig und großflächig auf Masse (Erde).
• Die Dichte des Schirmgeflechts sollte mindesten 85% betragen.
• Legen Sie nicht belegte Litzen der Motorleitung beidseitig auf PE-Masse.
• Verlegen Sie alle Steuer- Bus- und Signalleitungen räumlich mindestens 20cm von der geschirmten Motorleitung getrennt.
• Verlegen Sie alle Leitungen im Schaltschrank räumlich möglichst dicht am Bezugspotential; frei schwebende Leitungen sind Sende- und Empfangsantenne zugleich.
• Durch die Schirm- und Motorkapazität gegen Erdpotential fließen im Schirm der Motorleitung hohe Spitzenströme (ca. I(t)=20A/µs und mehr je nach Reglertyp). Um diese Spitzenströme zu bündeln bzw. abzuleiten, ist es sehr wichtig, den Schirm beidseitig niederimpedant (großflächig) mit der EMV-Bezugsmasse (Montageplatte) zu verbinden.
• Je nach Applikation ist es ratsam, zwischen Motor und Servoverstärker noch einmal eine niederimpedante Verbindung herzustellen.
• Treten HF-Störfelder ungefiltert aus dem Geräte aus und treffen auf die angeschlossenen Leitungen, so können diese Leitungen als Antenne fungieren und selbst die Störungen in den freien Raum aussenden.

EMV-Masse

• Führen Sie alle Verbindungen mit der EMV-Masse möglichst kurz und großflächig aus.
• Achten Sie darauf, dass alle metallischen Gehäuse einen guten Kontakt zur verzinkten Montagefläche besitzen. Ausnahme hiervon : Netzdrossel (siehe unten)
• Verbinden Sie alle metallischen Teile (Gerätegehäuse des Servoverstärkers, Filtergehäuse, Motorengehäuse und Schirmgeflecht der Leitungen) metallisch großflächig elektrisch leiten miteinander über ein Sternpunkt (Montageplatte).
• Vermeiden Sie beschichtete Oberflächen wie Eloxal oder gelb chromatiert (Schienen, Schrauben). Sie können über die Frequenz sehr hohe Widerstandswerte erreichen (Skineffekt). Als EMV-Masse eignet sich vorzüglich eine verzinkte Montageplatte, die als EMV-Sternpunkt (Sternpunkt vermeidet Leitungsschleifen) dient. Sie bildet eine ideale, großflächige, niederimpedante Verbindung zu den darauf montierten Geräten und aufgelegten Schirmgeflechten. Die Störenergie kann so direkt zur Störquelle zurückfließen.
• Achten Sie darauf, dass alle elektronische oder elektrische Bauelemente, die als Störquelle von HF-Felder in Frage kommen, ein geschlossenes Metallgehäuse (Faradayscher-Käfig) besitzen.

Schutzleiter

PE-Schutzleitern nach EN 60204 sind lediglich für den Schutz gegen gefährliche Körperströme und Berührungsspannung ausgelegt. Eine ausreichende Ableitung der HF-Felder über das PE-Netz ist wegen der zu hohen Leitungsimpedanz nicht möglich. Daher ist das PE-Netz nicht gleichzusetzen mit der EMV-Masse, obwohl sie elektrisch direkt mit einander verbunden sind. Die EMV-Masse hat die Aufgabe, hochfrequente Störströme niederimpedant direkt zur Störquelle zurückleiten.

• Verbinden Sie alle metallischen Gehäuse zusätzlichen mit der PE-Schiene im Schaltschrank (Berührungsschutz).
• Verbinden Sie den Servoverstärker über einen kurzen und großflächigen Anschluss (z.B. Kupfergewebeband) mit der EMV-Masse, um eine geringe Leitungsinduktivität zu erreichen.
• Verlegen Sie die Schutzleiter der einzelnen Systemkomponenten sternförmig zur Potentialausgleichsschiene. Dadurch vermeiden Sie, dass über PE-Leiterschleifen, die wie Antennen wirken können, Störungen eingekoppelt werden.
• Ungünstige Schutzleiteranschlüsse oder Leiterschleifen können die EMV-Maßnahmen überbrücken und wirkungslos machen.

Motordrossel

Die Motordrossel ist als stromkompensierende Drossel ausgeführt, d.h. die drei Spulen sind symmetrisch auf einem gemeinsamen Kern aufgebracht. 
Bei den hohen Schaltfrequenzen und steilen Schaltflanken der digitalen Servoverstärker werden von den drei Phasen (U,V,W) kapazitiv Ströme auf den Schirm der Motorleitung übertragen. Diese Ströme fließen vom Schirm gegen Erde ab. Abhängig von Leitungslänge und Leitungskapazität (bauartbedingt) können so Schirmströme mit Spitzenwerten von bis zu 20A erzeugt werden. 
Diese Schirmströme belasten Servoverstärker und Motor und führen bei größeren Anlagen zu Potentialverschiebungen, die auch andere Komponenten stören könnten.

• Alle Leitungen zwischen Motordrosseln, Motor und Servoverstärker müssen abgeschirmt sein
• Die Motordrosseln, sollte so nah wie möglich am Servoverstärker angebracht werden.
• Wählen Sie den für die Strombelastbarkeit kleinstmöglichen Leitungsquerschnitt um einen hohen ohmschen Widerstand zu erhalten

Netzfilter

Alle Leitungen zwischen Netzfilter und Servoverstärker müssen abgeschirmt sein. Netzfilter sind erforderlich für alle Verstärker, die keinen Filter eingebaut haben: S640/670 and AKD-****06.

• Achten Sie immer darauf, dass das Filtergehäuse metallisch großflächig mit der EMV-Masse (Montageplatte) verbunden ist.
• Der Filter sollte so nah wie nur möglich am Servoverstärker angebracht werden.
• Sie können einen Gesamtnetzfilter für mehrere parallel geschaltete Servoverstärker verwenden.

Netzdrossel

Eine Motordrosseln ist erforderlich bei S640/670, zur Verbesserung des Leistungsfaktors und zum Schutz der Gleichrichterbrücke. Auch bei S748-S772 kann eine Netzdrossel erforderlich sein, wenn starke Netzunsymmetrien (>3%) auftreten.

• Montieren Sie die Motordrossel isoliert auf die Montageplatte, die Verbindung zur EMV-Masse muss möglichst hochimpedant sein.
• Schließen Sie jedoch zum Berührungsschutz trotzdem den Schutzleiter PE an.

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