Immer mehr Geräte am Stromnetz müssen reibungslos funktionieren, ohne sich gegenseitig zu stören. Gar nicht so einfach, denn in fast allen elektronischen Geräten kommen Schaltnetzteile und hochgetaktete integrierte Schaltkreise zum Einsatz. Abhilfe schaffen hier EMV-Filter. Bei Bedarf in mehrstufiger Ausführung.

Kombielement bestehend aus Kaltgerätestecker, Netzschalter, Sicherungshalter und zweistufigem EMV-Filter (Bild: Schurter)

Typisches Ersatzschaltbild eines einstufigen Netzfilters für Schurter Einphasensysteme

Ersatzschaltbild eines zweistufigen Netzfilters für Schurter Einphasensysteme

Ohne Filter ist das Gerät ungeschützt gegen Emissionen und erfüllt eindeutig nicht die EMV-Anforderungen. Schurter

Bis auf kleine Ausreißer schneidet der einstufige Filter recht gut ab. Allerdings erfüllt es die Anforderungen nicht vollständig. Schurter

Ein zweistufiger Filter sorgt dafür, dass die Grenzwerte für Störaussendungen über den gesamten Frequenzbereich eingehalten werden. Schurter

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ist heute zu einem unverzichtbaren Qualitätsmerkmal jedes elektronischen Geräts geworden. Die Konformität der Geräte mit den Schutzzielen der EMV-Richtlinie muss vom Hersteller durch eine Konformitätserklärung und Anbringung des CE-Zeichens auf dem Gerät sowie auf der Verpackung erklärt werden. Damit übernimmt der Hersteller gegenüber dem Gesetzgeber die Verantwortung für die Einhaltung der für das Gerät geltenden Störaussendungs- und Störfestigkeitsanforderungen.

Das übliche Störeinkopplungsmodell basiert auf den Begriffen Störquelle, Koppelpfad und Störsenke. Das Gerät, das Störungen erzeugt, wird als Störquelle bezeichnet, und das betroffene Gerät wird als Störsenke bezeichnet. Damit die Senke von der Quelle beeinflusst werden kann, muss die Störung die Senke erreichen, damit sie dort als Störgröße wirken kann. Der Weg zwischen Quelle und Senke wird Kopplung oder Koppelweg genannt.

Um überhaupt eine hohe EMV gewährleisten zu können, müssen die möglichen Störmechanismen bekannt sein. Neben natürlichen Störquellen (zB Blitzschlag) gibt es grundsätzlich vier verschiedene Arten der Kopplung:

Man unterscheidet dynamische und statische Störungen (meist elektromagnetische Felder). Ebenso zwischen leitungsgebundenen und nicht leitungsgebundenen Störungen. Die galvanische oder Impedanzkopplung ist verdrahtet. Alle anderen basieren auf elektromagnetischen Wellenfeldern.

Bei leitungsgebundenen Störungen wird zusätzlich zwischen Gleichtakt- und Gegentaktstörungen unterschieden.

Es ist sinnvoll, der EMV-Problematik in einer möglichst frühen Designphase Aufmerksamkeit zu schenken. Viele Probleme lassen sich durch eine geschickte Auslegung des Designs vermeiden. Insbesondere Störungen durch Strahlungseinkopplung sind nachträglich nur noch mit hohem Aufwand zu beheben. Mit Hilfe von Netzfiltern lassen sich leitungsgebundene Störungen am effizientesten reduzieren. Ein EMV-Netzfilter stellt normalerweise einen Tiefpass dar. Es hat keinen Einfluss auf die Netzfrequenz (50/60 Hz), dämpft aber hochfrequente Störungen (> 10 kHz). Das Filter ist ein LC-Netzwerk bestehend aus X- und Y-Entstörkondensatoren und einer stromkompensierten Drossel.

Eine stromkompensierte Drossel hat zwei gegenüberliegende Wicklungen mit gleicher Windungszahl auf einem Ringkern. Durch diese Konstruktion wird der durch den Laststrom erzeugte magnetische Fluss kompensiert. Nur die asymmetrischen Störungen (Gleichtakt) werden gedämpft. Es gibt zwei verschiedene Arten von Entstörkondensatoren, X und Y. X-Kondensatoren dämpfen die Gegentaktstörsignale zwischen Phase (L) und Neutralleiter (N). Bei Hochfrequenzenergie wirkt der Kondensator wie ein Kurzschluss. X-Kondensatoren sind meist selbstheilende Arten von Metallpapier oder Polyester. Aus diesem Grund halten sie einer hohen Stoßspannung stand. Der Kondensator kann einen Teil seiner Kapazität verlieren, die Isolierung bleibt jedoch erhalten. Eine größere Kapazität führt zu einem höheren Dämpfungsverlust. Y-Kondensatoren dämpfen die Gleichtaktstörsignale zwischen L/N und PE. Der Kondensator leitet hochfrequente Energie, die gleichzeitig auf beiden Leitungen zur Erde (PE) fließt.

In der Praxis kann es vorkommen, dass trotz Verwendung eines Filters die Dämpfung nicht ausreicht. Dabei werden mehrere für die jeweiligen Störsignale optimierte Filterstufen hintereinander geschaltet. In der Regel lassen sich mit einem zweistufigen Filter sehr gute Ergebnisse erzielen. Aber auch dreistufige Filter sind denkbar.

Nachfolgend ein Vergleich von drei Geräteeinbaudosen mit Sicherungshaltern von Schurter: die Modelle DD11, DD12 und DD14. Das Modell DD11 hat keinen integrierten EMV-Filter. Beim DD12 kommt ein einstufiger Filter zum Einsatz und das neue Modell DD14 hat einen zweistufigen Filter. Als Störquelle wurde ein Schaltnetzteil mit einer Leistung von 150 W verwendet.

Im Messaufbau werden die drei genannten Produkte unter Last gemessen und die Emissionen gemäß den EMV-Anforderungen erfasst. Der Versuch zeigt deutlich, dass dieser Verbraucher nicht ohne Filter (DD11) betrieben werden darf. Die Emissionsgrenzwerte werden in verschiedenen Frequenzbereichen überschritten. Auch die Verwendung eines einstufigen Filters (DD12) reicht nicht aus. Erst der Einsatz des zweistufigen Filters (DD14) stellt sicher, dass die Grenzwerte für Störaussendungen über den gesamten Frequenzbereich eingehalten werden.

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