Elektromagnetische Verträglichkeit in der Praxis: Design-Analyse - Interpretation der Normen - Bewertung der Prüfergebnisse

282 Pages·2013·2.06 MB·German

by  Dieter Stotz (auth.)

Elektromagnetische Verträglichkeit in der Praxis
Dieter Stotz
Elektromagnetische
Verträglichkeit in
der Praxis
Design-Analyse – Interpretation der
Normen – Bewertung der Prüfergebnisse
DieterStotz
Babenhausen,Deutschland
ISBN978-3-642-34344-5 ISBN978-3-642-34345-2(eBook)
10.1007/978-3-642-34345-2
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MeinerFrauKarinSmileygewidmet
ZumGedenkenanmeinenVater
Vorwort
Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) hat heute nicht mehr den Status eines Kunst-
wortes.Esistvielmehrallgegenwärtig–allerdingshäufigsehrzumLeidwesenderFirmen.
DenndieEinhaltungderRichtlinienundGesetzeistformalbetrachtetnichtgewinnbrin-
gend,sondernersteinmalmitenormenKostenverbunden.DiefataleKonsequenzdaraus
istoftmalsdieVernachlässigungderEMVbeiderEntwicklungvonProdukten.Spätestens
beimEinsatzimFeldrespektivebeimKundenwirkensichderartigeMankoskostenintensiv
aus–manchedadurchnotwendiggewordenenRückholaktionenkönnengardieExistenz
derHerstellerfirmagefährden.ZumindestgehteinenormerImage-Schadenmiteinemsol-
chenVorfalleinher,unddieserSchadenäußertsichfrüheroderspäterstetsnegativinden
Umsatzzahlen.
Die Einhaltung der EMV-Richtlinie hat natürlich nicht nur eine rechtliche Motivation,
sondernauch einetechnische.Letztlich solljaeineSteigerungderZuverlässigkeiterzielt
werden –unddiesimZusammenspielmit anderen,möglicherweiseunbekannten Kom-
ponenten.DertechnischeFortschrittbringtleiderseltenErleichterungbezüglichderFor-
derungenanStörfestigkeitoderStöraussendungspotential.
Bereits Ende der 80er-Jahre wurde von der Europäischen Gemeinschaft eine offizielle
Richtlinie (dieEMV-Richtlinie) aufgestellt. DasZiel war eineHarmonisierungzwischen
unterschiedlichenForderungeneinzelnerLänder.
DerLeserwirdintuitiv mitdemThemavertrautgemacht.Bereits währendderEntwick-
lungsphasebietetdasBuchalsNachschlagewerkHilfefürFragenzumDesign.Dochauch
dann,wennbereitsProblemeaufgetauchtsind,wirdmanhiereinestrukturierteHilfefin-
den.SomitistauchnacheinemStörfallnochRettunginSicht.
BeiderVerfassungundAufbereitungkamesmirvorallemdaraufan,demLeserden
Praxisbezug des Stoffes zu vermitteln. Somit liegt der Schwerpunkt nicht auf der detail-
lierten mathematischen Beschreibung, sondern auf der Anschauung. Der Leser soll ein
Gespür für EMV und die einhergehenden Wellen- und Feldeffekte bekommen, sodass
das Einschätzen von Problemen und passender Lösungen möglich wird. Dieser Praxis-
bezug geht sogar so weit, dass der ambitionierte Leser durchaus eigene Hilfsmittel für
EMV-Messungen wird herstellen können. Die Begleitung in ein EMV-Testhaus erfolgt
VII
VIII Vorwort
nach der Lektüre mit einem gesteigerten Kritikbewusstsein, sodass das EMV-Personal
nicht nur einen Kunden vor sich sieht, sondern einen kompetenten Partner, der in der
EMV-Problematikmitreden kann.AufdieseWeiseistauchgewährleistet,dassTippszur
Verbesserungbesserverstandenundumgesetztwerdenkönnen.
DasVakuumzwischenFirmenkundschaftundEMV-Firmenmussverschwindenund
mitEntwickler-Knowhowaufgefülltwerden,aufdieseWeisewirdsichdieEMV-Struktur
nochweiterverfeinernundanechtenundrealistischenBedürfnissenausrichten.
Schwerpunkte dieses Buches sinddie AnalysevonEMV-Problemen auf Simulations-
ebeneunddieDurchführungpraktischerMessungen–jedochnichtnurEMV-Messungen
nachNorm.
VieleEntwicklerempfindenhäufigdieAnwendungderkorrekten,relevantenNormen
alsUnsicherheitsfaktor.DierichtigeInterpretationderNormistdabeiebensowichtigwie
dieBewertungderPrüfergebnisse.Normen-Ausgabenändernsichzwar,jedoch hatman
hieraucheinenWegaufgezeigt,wiemanandierichtigeNormkommt.
WereigenesEquipmentanschaffenmöchte,demwirddiesesBucheinehilfreicheStütze
seinfürdenEinstieg,denadäquatenBetriebderMessgerätesowiedenkorrektenMessauf-
bau.DochauchfürLeserohneteurenMessgeräteparkgibtesindiesemBucheinigeTipps,
wiemiteinfachenMittelnreproduzierbareTrendmessungenanzustellensind.
BeiderDarlegungvonkomplexerundzumTeiletwastrockenerThemenfindetoftei-
neAuflockerung durch Praxisbezüge statt,die in eingerückter Sonderschrifterscheinen.
Zum einen soll damit die Thematik etwas transparenter werden – außerdem sporntder
beabsichtigteAha-EffektzumWeiterlesenan.DemLesermagvielleichtdieAufteilungder
Kapiteletwasungewöhnlicherscheinen–eswarjedochdurchausbeabsichtigt, nichtnur
anThemenorientiertzustrukturieren,sonderndaran,welcheVoraussetzungenbeimindi-
viduellenLeserbestehen(z.B.willernurGrundlagenzuEMV-Messungenerwerbenoder
möchteermitgeringstemAufwandEigenmessungendurchführen,hatergarspezifische
ProblememitseinemMikrocontroller-Konzept?).
DasGesamtwerk istunterteilt in zwei Teile: Grundlagen undFestlegungen einerseits
undpraktischeTipps undVorgehensweisen andererseits.Diese Separation scheint sinn-
voll,sokannsichderLeserorientieren anGegebenheiten,StandardsundRichtlinien,er
kannaberauchseinereigenenInspirationfolgenundAnregungenbefolgenoderintuitive
Grenzenüberschreiten.
DasLiteraturverzeichnis amEndedesBucheskorrespondiertmitStellenimText,die
amEndevonAbsätzendurch[nn]bezeichnetsind.DabeihandeltessichteilsumBasislite-
raturundteilsumweiterführendeWerke(dajamancheDetailshiernureinwenigtangiert
werden).
DasBuchentstandunterAufbringunggroßerSorgfalt.TrotzdemsindnatürlichFehler
oderUnklarheitennichtganzauszuschließen.FürdieAufdeckungvonSach-undRecht-
schreibfehlernbzw.fürdieDarlegungvonVerbesserungensindVerlagundAutordankbar.
MeinDankgiltnachstehendenPersonenundFirmen(inalphabetischerReihenfolge),die
mirmitihrenBereitstellungengroßeDienstegeleistethaben.Natürlichhabeichauchnicht
Vorwort IX
zuletztdemSpringer-Verlagzudanken,dennohneihnwäreeskaummöglich,solchqua-
litativeWerkederWissenschaftundTechnikherzustellen.
• EMSoftware&SystemsGmbH,HerrRenéFiedler–Simulations-ProgrammFEKO
Internet:www.emss.de
• EMTestGmbH
Internet:www.emtest.com
• Ing.-BüroFRIEDRICH–Layout-ProgrammTARGET
Internet:www.ibfriedrich.com
• Langer,EMV-TechnikGmbH
Internet:www.langer-emv.de
• mikes-testingpartnersgmbh
Internet:www.mikes-testing-partners.com
• SchwarzbeckMessElektronikOHG
Internet:www.schwarzbeck.de
• TeraAnalysis–Simulations-ProgrammQuickfield
Internet:www.tera-analysis.com
Babenhausen/Schwaben,August2012 DieterStotz
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XIII
Tabellenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXI
TeilI GrundlagenundFestlegungen
1 GrundlagenzurMesstechnikundWellenausbreitung . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2 ArtenderStörfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3 ArtenderStöraussendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4 MessungenzurPrüfungderStörfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5 MessungenzurPrüfungderStöraussendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
6 MessungenimTesthaus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
7 Dokumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
8 NormenundRechtliches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
TeilII PraxisundErfahrungsbasis
9 UntersuchungenundVerbesserungenzurStörfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . 127
10 UntersuchungenundVerbesserungenzurStöraussendung . . . . . . . . . . . . 139
11 EigeneTestsohnenormgerechtesEquipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
12 EntwicklungsbegleitendesEquipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
13 Designregeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
XI
XII Inhaltsverzeichnis
14 Mikrocontroller-Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
15 Signalverarbeitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
Anhang1:TabellenundDiagramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
Anhang2:SpezielleSteckverbindungenderHF-Technik . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
Anhang3:GrenzwerteaufeinenBlick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
Anhang4:Beispiel-Berechnungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
Anhang5:BedienungderSimulationsprogramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
Glossar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
Abbildungsverzeichnis
Abb.1.1 ZurHerleitungdesRMS-Wertes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Abb.1.2 RauschsignalundherausragenderPeak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Abb.1.3 RauschteppichundTonsignal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Abb.1.4 Amplitudenmoduliertes SignalmiteinemModulationsgradvon0,8,
ZeitbereichundFrequenzbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Abb.1.5 FrequenzmoduliertesSignalimZeitbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Abb.1.6 BlockschaltbilddesMessempfängers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Abb.1.7 Quasipeak-Detektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Abb.1.8 Average-Detektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Abb.1.9 Peak-Detektor(Spitzenwert-Detektor) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Abb.1.10 VergleichdereinzelnenBewertungsfilterbeiverschiedenenStörsignalen 18
Abb.1.11 PrinzipderWellenablösung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Abb.1.12 WellenablösungmitVerteilungderFeldstärken . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Abb.1.13 StörquellenimNahbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Abb.1.14 Wellenüberlagerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Abb.1.15 ZurEntstehungeinerstehendenWellebeieinertotalenReflexionam
EndeeinerLeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Abb.1.16 ErsatzmodellfüreineLeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Abb.1.17 DispersionundunterschiedlichePhasengeschwindigkeiten . . . . . . . . . 27
Abb.1.18 TeilweiseReflexion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Abb.1.19 BeideSituationenderoffenenundkurzgeschlossenenLeitung . . . . . . . 30
Abb.1.20 DieLeitungistwederamEndekurzgeschlossennochistsieoffen–sieist
miteinemreellenWiderstandabgeschlossen,demWellenwiderstandder
Leitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Abb.1.21 KonstellationenfürFehlanpassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Abb.1.22 PrinzipdesRichtkopplers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Abb.1.23 DasInnenlebeneinesRichtkopplersfüreinenBreitband-Bereichvon0,1
bis2000MHz(Minicircuits) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Abb.1.24 LeistungsregelungbeieinerG-TEM-Zelle(Blockschaltbild,Aufbausiehe
Abb.12.6) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Abb.1.25 VorgangderKalibrierungeinesRichtkopplers . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
XIII