4. Nanokristalline Materialien
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Abschlussarbeit Der Fachschule für Technik, Elektrotechnik Schwerpunkt: Energietechnik und Prozessautomation Von: Michael Kunkel und Sebastian Mahr Thema: Entwicklung eines Netzfilters, mit neuartigen Ringkernmaterialien, unter Beachtung des Ableitstromes Topic: Development of a line filer, with new core materials and focus on leakage current Hanau, 16.05.2016 Lehreinrichtung: Ludwig-Geißler-Schule Fachschule für Technik Elektrotechnik Akademiestraße 41 63450 Hanau Betreuende Lehrer: Herr Joachim Lotz Herr Klaus Ullrich Auftraggeber: EP-Antriebstechnik GmbH Fliederstraße 8 63486 Bruchköbel Projektverantwortliche: Herr Dipl. -Ing. Thorsten Pemsel Herr Tobias Bozem Herr Carsten Schäfer Verfasser: Michael Kunkel Sebastian Mahr 2 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 2 Inhaltsangabe Danksagung...................................................................................................... 5 Die Projektaufgabe ........................................................................................... 8 1. Begriffserklärungen ..................................................................................... 9 1.1. EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit) .................................................... 9 1.2. Ableitstrom ...................................................................................................... 9 1.3. Leitungsgeführte Störungen......................................................................... 10 2. Projektentwicklung .................................................................................... 11 2.1. Definition ........................................................................................................ 11 2.2. Planung .......................................................................................................... 11 2.3. Durchführung................................................................................................. 11 2.4. Projektabschluss ........................................................................................... 12 2.5. Projektdauer .................................................................................................. 12 3. EMV-Filter, allgm. ....................................................................................... 13 3.1. Aufbau ............................................................................................................ 13 3.2. Funktion und Aufgabe der Filterkomponenten ........................................... 14 4. Nanokristalline Materialien ........................................................................ 16 4.1. Was sind nanokristalline Materialien ........................................................... 16 4.2 Vergleich der Kernmaterialien ....................................................................... 17 5. Durchführung der Messreihen .................................................................. 19 5.1. Der Messplatz ................................................................................................ 19 5.2. Das Messprotokoll ......................................................................................... 24 6. Auswertung der Ergebnisse...................................................................... 25 6.1. Das Ergebnis der Messungen....................................................................... 25 6.4. Mathematische Vorgehensweise .................................................................. 26 6.3. Zusammenstellung der Filterkomponenten ................................................. 28 6.4. Vergleich des entwickelten Filters ............................................................... 29 3 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 3 Literaturverzeichnis ....................................................................................... 34 Abbildungsverzeichnis .................................................................................. 35 Formelverzeichnis .......................................................................................... 36 Quellen ............................................................................................................ 37 Anhang ............................................................................................................ 38 4 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 4 Danksagung Zu Anfang bedanke wir uns bei der Firma EP-Antriebstechnik GmbH in Bruchköbel. Insbesondere bei unseren Betreuern Herrn Bozem und Herrn Schäfer sowie dem Geschäftsführer der Firma EP-Antriebstechnik Herrn Dipl.-Ing. Thorsten Pemsel, die uns das Projekt ermöglicht haben. Auch möchten wir uns bei unseren betreuenden Lehrern, Herrn Lotz und Herrn Ullrich, für die tatkräftige Unterstützung, insbesondere im organisatorischen Bereich, bedanken. Des Weiteren möchten wir uns bei allen bedanken, die uns außerhalb der Schule und der Firma unterstützt haben. Insbesondere bei unseren Familien und Freunden, die bei Problemen immer eine helfende Hand und offenes Ohr für uns hatten. 5 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 5 Erklärung Wir versichern, dass die Technikerarbeit von uns selbständig angefertigt und nur die angegebenen Hilfsmittel verwendet wurden. Alle Stellen, die dem Wortlaut oder dem Sinne nach anderen Werken entnommen sind, haben wir durch Angabe der Quellen kenntlich gemacht. Hanau, 16.05.2016 Michael Kunkel Sebastian Mahr 6 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 6 Die Projektgruppe Michael Kunkel Adresse Ulmenweg 61 63741 Aschaffenburg Geburtsdatum 31.10.1985 in Aschaffenburg Kontaktdaten Mail: [email protected] Tel.: 06021/89740 Mobil: 017623830601 Ausbildungsberuf Prozessleitelektroniker Sebastian Mahr Adresse Weiskicherstraße 13 63110 Rodgau Geburtsdatum 19.12.1988 in Offenbach am Main Kontaktdaten Mail: [email protected] Tel.: 06106/13424 Mobil: 015158766138 Ausbildungsberuf Mechatroniker 7 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 7 Die Projektaufgabe Der Betrieb von Frequenzumrichtern an einem 30mA FI-Schutzschalter (Typ B, allstromsensitiv) stellt eine große Herausforderung dar. Betriebsbedingte Ableitströme sorgen für eine Auslösung der Fehlerstromschutzeinrichtung, ohne Vorhandensein eines Fehlerstroms. Ziel der Projektarbeit war es, eine Filter-Baureihe zu entwickeln, die den kapazitiven Ableitstrom von Anlagen soweit reduziert, dass der Betrieb an einem FI-Schutzschalter30mA möglich ist. Die Filter sollen später am Netzeingang von Anlagen eingesetzt werden. Der Nennstrom der jeweiligen Filter soll gestaffelt sein von 10A bis 130A (dreiphasig mit und ohne Neutralleiter). Die zu reduzierenden Ableitströme liegen, wie auch die Taktfrequenzen der Umrichter, im Frequenzbereich 2 kHz bis 16 kHz und können, je nach Applikation, Amplituden von 1-8 A oder höher erreichen. Die im Umrichter eingestellte Taktfrequenz ist direkt im Ableitstrom sichtbar. Außerdem soll die Filter-Baureihe die im EMV-Gesetz geforderten Richtlinien erfüllen, sodass Anlagen in denen die Filter-Baureihe verbaut wird, eine CE-Kennzeichnung erhalten können. Die Grenzwerte, die hier zu beachten sind stammen aus der EN 61000-6-3. Die EN 61000-6-3 ist die Fachgrundnorm für Störaussendungen in Wohnbereichen, Geschäfts- und Gewerbebereichen sowie Kleinbetrieben. Zur Entwicklung der Filter-Baureihe sollten verschiedene neuartige Kerne der Firmen Magnetec und VAC getestet werden. Diese Kerne bestehen aus einer nanokristallinen Legierung. 8 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 8 1. Begriffserklärungen Zum besseren Verständnis werden einige Begrifflichkeiten im Vorfeld erläutert. Im Folgenden wird auf EMV, den Ableitstrom und leitungsgeführte Störgrößen eingegangen. 1.1. EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit) „Die elektromagnetische Verträglichkeit ist die Fähigkeit einer elektrischen Einrichtung in ihrer elektromagnetischen Umgebung zufrieden stellend zu funktionieren, ohne diese Umgebung, zu der auch andere Einrichtungen gehören, unzulässig zu beeinflussen.“ (VDE)A 1.2. Ableitstrom „Als Ableitstrom wird der betriebsbedingte Wechselstrom bezeichnet, der über die Entstörkondensatoren oder Kabelkapazitäten von spannungsführenden Leitungen gegen Erde (PE) abfließt. Der angegebene nominale Ableitstrom bezieht sich nur auf das Filter und nicht auf das Gerät oder die komplette Anlage. Er stellt nicht den Maximalwert dar, der von Faktoren wie Netzspannungstoleranzen, Spannungsunsymmetrien, Oberschwingungsgehalt oder Bauteiletoleranzen abhängig ist. Dieser Ableitstrom muss begrenzt werden, damit im Fehlerfall (z. B. bei einer Unterbrechung des Schutzleiters) keine gefährlichen Spannungen, an von Personen berührbaren Metallteilen, auftreten können. In Anlagen- und Gerätebestimmungen sind die maximalen Grenzwerte für den Ableitstrom festgelegt. So dürfen z. B. ortsveränderliche Anlagen und Geräte mit Steckeranschluss, nach DIN EN 50178/VDE 0160, lediglich einen Ableitstrom von maximal 3,5 mA aufweisen. Auch für medizinische Geräte sind diese Werte festgelegt (z. B. 0,5 mA gemäß DIN EN 60601-1).“ (EPA, 2009)B 9 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 9 1.3. Leitungsgeführte Störungen „In der EMV wird zwischen leitungsgebundenen und feldgebundenen Störungen unterschieden. Die leitungsgebundenen Störungen werden von der Störquelle direkt über Versorgungs- oder Signalleitungen zur Störsenke übertragen. Ein Knacken im Radio kann zum Beispiel durch das Abschalten eines Kühlschranks verursacht werden, das Abschalten der Versorgungsspannung mithilfe eines Temperaturschalters erzeugt Spannungspulse mit einem Spektrum im hörbaren Frequenzbereich. Wenn diese Spannungspulse über die Versorgungsleitung zum Radiogerät geführt und dort demoduliert werden, kommt es zu einer Knackstörung. Abhilfe schafft häufig Filterung.“ (Wikipedia, 2009)C 10 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 10 2. Projektentwicklung 2.1. Definition Im ersten Treffen wurde die Projektaufgabe im Lastenheft festgelegt, des Weiteren wurde die Notwendigkeit des Projektes erläutert. In weiteren Treffen wurden verschiedene schon vorhandene Lösungsansätze besprochen. 2.2. Planung Zu Beginn der Planungsphase haben wir uns, anhand verschiedener technischer Unterlagen, einen Überblick über die Funktionsweise der Filter sowie deren Komponenten verschafft. Durch dieses erworbene Wissen und der vorhandenen Lösungsvorschläge wurde ein Ablaufplan für das Projekt erstellt. Auf dessen Basis wurde dann eine Zeitplanung erstellt. Ein entsprechendes Gantt-Diagramm wurde angefertigt und liegt dem Anhang bei. Des Weiteren wurde die Herangehensweise an die einzelnen Arbeitsschritte geplant und ein geeigneter Messplatz eingerichtet. 2.3. Durchführung Zu Beginn der Durchführungsphase verlief das Projekt wie geplant. Nach einiger Zeit wurde allerdings klar, dass die vorhandenen Kerne nicht das gewünschte Ergebnis liefern können, somit mussten weitere Kerne bestellt und getestet werden. Hierdurch entstand die erste zeitliche Verzögerung des Projektablaufs. 11 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 11 Eine weitere Verzögerung entstand gegen Ende des Projektes. Hier ergab sich ein Problem mit den EMV-Messwerten. Diese waren an einer bestimmten Stelle nicht in der geforderten Norm. Da auch andere Filter die gleiche Abweichung zeigten, konnte ein Fehlverhalten unseres Filters ausgeschlossen werden und die Durchführungsphase wurde somit abgeschlossen. 2.4. Projektabschluss Nach einem Gespräch mit den Projektbetreuern, bei dem die Ergebnisse übergeben wurden, wurde das Projekt erfolgreich abgeschlossen. Außerdem wurde ein Gantt-Diagramm des tatsächlichen Projektverlaufs angefertigt. Auch dieses liegt dem Anhang bei. 2.5. Projektdauer Das Projekt wurde im Zeitraum vom 3. September 2010 bis zum 15. März 2011 durchgeführt. Mit 206-Mann-Stunden wurde das Projekt in einem passenden Zeitrahmen vollendet. Trotz der verschiedenen Probleme, die einen Zeitverzug mit sich brachten, konnte der Zeitrahmen eingehalten werden. 12 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 12 3. EMV-Filter, allgm. Zu Beginn des Projektes mussten wir verstehen wie ein Filter funktioniert, um herauszufinden welche Bauteile wir verändern mussten um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Dies soll zum besseren Verständnis an dieser Stelle ebenfalls geschehen. 3.1. Aufbau Ein EMV-Filter besteht im Allgemeinen aus 3 verschiedenen Komponenten. Diese Komponenten sind X-Kondensator, Y-Kondensator und Spule. X-Kondensatoren Spule 2.Stufe Abb. 1 Filteraufbau Spule 1.Stufe Y-Kondensator 13 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 13 Durch Reihenschaltung mehrerer Komponenten lassen sich mehrere Stufen aufbauen. Hierdurch lassen sich verschiedene Spulen und Kondensatoren kombinieren, so lassen sich bessere Filter realisieren. 3.2. Funktion und Aufgabe der Filterkomponenten Im Folgenden werden die Funktionen der einzelnen verschiedenen Komponenten eines Filters erläutert. X-Kondensator: Die X-Kondensatoren werden zwischen die Phasen geschaltet, sodass ein Sternpunkt entsteht, da in einem Sternpunkt sich die Ströme aufheben, filtern die X-Kondensatoren symmetrische Störungen. Die Kondensatoren wirken hier als Tiefpass, da das Nutzsignal nicht hochfrequent ist und durchgelassen wird. Betrachtet man die X-Kondensatoren aus Sicht der Störungen, dann wirken die Kondensatoren als Hochpass, da sie die hochfrequenten Störströme durchlassen und diese sich somit im Sternpunkt aufheben. Auf diese Art und Weise filtern die X-Kondensatoren die symmetrischen Störungen, die in einem System entstehen können. Der X-Kondensator wirkt sich in einem Frequenzbereich von 9kHz bis ca. 500kHz am besten auf die Störungen aus. Y-Kondensator: Der Y-Kondensator wird zwischen Phase und die Erdung geschaltet. Wie die X-Kondensatoren, wirkt der Y-Kondensator wie ein Hochpass aus Sicht der Störungen. Betrachtet man das Nutzsignal so ist der Y-Kondensator, genau wie der X-Kondensator, ein Tiefpass, da die niederfrequenten Nutzsignale passieren können. 14 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 14 Der Y-Kondensator filtert die asymmetrischen Störungen, indem er die hochfrequenten Störströme gegen die Erde kurzschließt. Hierbei kann ein erheblicher Ableitstrom entstehen. Aus diesem Grund ist der Y-Kondensator möglichst klein zu wählen. Ist der Y-Kondensator allerdings zu klein gewählt, dann werden nicht ausreichend Störungen gefiltert. Somit ist der Y-Kondensator so zu wählen, dass der Ableitstrom möglichst klein ist und trotzdem immer noch genügend Störungen gefiltert werden. Spule: Der Ringkern wird, in diesem Fall, stromkompensiert bewickelt. „Bei einer stromkompensierten Bewicklung heben sich die Magnetfelder des niederfrequenten Betriebsstromes (meist 50 Hz oder 60 Hz) gegenseitig auf, hingegen ist sie für die hochfrequenten Störströme sehr wirksam bzw. stellt für diese einen hohen Widerstand dar.“ (EPA, 2009)D Die Spule filtert asymmetrische Störungen. Die Spule dämpft die Störungen, die in einem System entstehen. Hat man also eine Spule mit niedrigem induktiven Widerstand im Einsatz, so werden die Störungen nicht ausreichend gedämpft und die Störungen werden durch den Y-Kondensator gegen die Erdung abgeleitet, wodurch ein hoher Ableitstrom entstehen kann. Daraus ergibt sich, dass man möglichst Kerne einsetzen sollte, die eine hohe Permeabilität und somit einen hohen induktiven Widerstand haben, damit die Störungen besser bedämpft werden und somit der Ableitstrom gering gehalten wird. 15 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 15 4. Nanokristalline Materialien 4.1. Was sind nanokristalline Materialien „Nanokristallin bedeutet, dass das betreffende kristalline Material Korngrößen im Nanometerbereich besitzt (1 Nanometer = 10 -9 Meter). Gewöhnliche Metalle besitzen Korngrößen im Mikrometerbereich (1 Mikrometer = 1000 Nanometer). Solche Metalle sind weicher, schwächer und empfindlicher gegenüber Ermüdungsbruch als nanokristalline Materialien.“ (TU-Freiberg, 2009)E Nanokristalline Materialien besitzen gesteigerte Eigenschaften im Vergleich zu ihrem Ausgangsmaterial. Hier einmal ein Vergleich von normalem Nickel und nanokristallinem Nickel. Eigenschaften bei 25°C gewöhnliches Nano-Nickel Nano-Nickel Nickel (100nm) (10nm) Formänderungsfestigkeit, MPa 103 690 >900 Zugfestigkeit, MPa 403 1100 >2000 Zugdehnung, % 50 >15 1 Elastizitätsmodul, GPa 207 214 204 Vickers-Härte, kg/mm2 140 300 650 Betriebsfestigkeit, MPa (108 241 275 - 0.9 - 0.5 Zyklen/Luft/) Reibungskoeffizient Tabelle 1 Vergleich von Nickel(TU-Freiberg, 2009)F 16 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 16 Allerdings hat das nanokristalline Material nicht nur verbesserte mechanische Eigenschaften sondern auch verbesserte elektrische Eigenschaften, wie zum Beispiel eine hohe Aussteuerbarkeit und eine hohe Permeabilität sowie einen großen Induktionshub. Gerade diese Eigenschaften machten die nanokristallinen Ringkerne als Ersatz für die Ferritkerne in einem Filter für unser Projekt interessant. 4.2 Vergleich der Kernmaterialien Der große Unterschied zwischen Ferritkernen und Kernen aus nanokristallinen Werkstoffen, der für dieses Projekt zum Tragen kam, waren die Unterschiede in der Permeabilität. Ein einfacher Ferritkern hat eine wesentlich niedrigere Permeabilität als ein nanokristalliner Kern. Hat ein Kern eine hohe Permeabilität, so kann eine sehr hohe Induktivität erreicht werden, wenn der Kern als Spule eingesetzt wird. Aus der hohen Induktivität folgt ein hoher hoher induktiver Widerstand. Der induktive Widerstand ist ein komplexer Wechselstromwiderstand also eine Impedanz und diese ist wichtig, wenn man eine Spule einsetzten will, um mit ihr Störungen zu dämpfen. Dies lässt sich durch folgende Formeln darstellen: Al = (0*r)/C - durch hohe Permeabilität r steigt Al L = Al*N2 - durch hohen Al steigt L xl = 2**f*L - durch hohen L steigt xl 2**f*L => jL => Z - der induktive Widerstand ist ein komplexer Wechselstromwiederstand also eine Impedanz 17 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 17 Ein weiterer Vorteil, der sich aus dem Einsatz von nanokristallinen Kernen ergibt ist, dass die Kerne sich relativ klein dimensionieren lassen, da sich schon bei kleinen Baugrößen sehr hohe Permeabilitäten erzeugen lassen. Außerdem können schon mit wenigen Windungen bei der Bewicklung eines nanokristallinen Kerns hohe Induktivitäten erreicht werden. Hierdurch lässt sich wiederum Platz sparen und außerdem sinken die Kupferverluste erheblich. Ein weiterer Vorteil gegenüber den Ferritkernen ist die hohe Temperaturfestigkeit. Bei einem normalen Ferrit sinkt die Permeabilität bei 100°C um ca. 50% bei einem nanokristallinen Kern sinkt die Permeabilität nur um ca. 10%. Nanokristalline Kerne können somit in einem Temperaturbereich von – 40 bis + 120°C eingesetzt werden. Es gibt noch viele weitere Unterschiede zwischen den beiden Kernmaterialien. Die bisher genannten sind allerdings die, die für das Projekt von Bedeutung und somit der Grund für die Wahl eines nanokristallinen Kerns waren. Ein genauer Vergleich der beiden Materialien in Zahlen lässt sich nicht durchführen, da die Kerne aus unterschiedlichen Materialien bestehen und somit unterschiedliche Eigenschaften besitzen. Eine genaue Angabe zum Material der nanokristallinen Kerne wird vom Hersteller aus Gründen der Geheimhaltung nicht gemacht. 18 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 18 5. Durchführung der Messreihen 5.1. Der Messplatz Zu Beginn der Messreihen wurde ein Messplatz eingerichtet. Der Messplatz bestand aus verschiedenen Messgeräten, einem Frequenzumrichter mit einem 5,5kW Drehstromasynchronmotor an einer 100m langen, geschirmten Motorzuleitung, einer Netznachbildung und einem zu messenden Netzfilter. Die einzelnen Komponenten werden im Folgenden einzeln erklärt. Leakwatch: Die Leakwatch ist eine Eigenentwicklung der Firma EP-Antriebtechnik und dient der Messung des Ableitstromes. Die Leakwatch besteht aus einer Messeinheit, einem Messumformer und einem Laptop. Durch die Messeinheit werden die zumessenden Leitungen gezogen. Die Messeinheit misst den Ableitstrom und gibt den entsprechenden Wert an den Messumformer weiter. Der Messumformer formt das Signal der Messeinheit um und gibt es an den Laptop weiter, sodass ein entsprechendes Programm das Signal auswerten und darstellen kann. 19 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 19 Abb. 2 Messeinheit Anschluss via Leakwatch Messleitung Abb. 3 Messumformer Anschluss via USB Abb. 4 Leakwatch-Laptop 20 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 20 EMV-Messempfänger: Der Messempfänger misst die Störungen in einem System und zeigt diese als Kurve an. Bei einer Messung misst der Messempfänger die Störungen bei allen Frequenzen von 150kHz bis 30Mhz. Der Messempfänger stellt die Störungen als Störspannungspegel (in DBV) in Abhängigkeit zur Frequenz (in MHz) dar. Abb. 5 Messung von Störungen in einem System Der Messempfänger wird direkt an die Netznachbildung angeschlossen. Die hier rot dargestellte Linie stellt die, in der EN 61000-6-3 geforderten, Grenzwerte der Störungen in einem System dar. Die Werte der roten Linie beziehen sich hierbei auf Industrieanlagen und die violette Linie auf Geräte und Anlagen im Haushalt. 21 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 21 Netznachbildung: Die Netznachbildung sorgt für eine genormte Impedanz von 50 im zu messenden System. Angeschlossen wird die Netznachbildung direkt an der Zuleitung. Außerdem besitzt die Netznachbildung einen Anschluss für den Messempfänger. An diesem Anschluss werden die Störungen im System ausgekoppelt und an den Messempfänger übertragen. Laptop zur Auswertung des Messempfängers Messempfänger Anschlüsse für Prüflinge und der Leakwatch Netznachbildung Abb. 5 Messrack 22 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 22 Frequenzumrichter: Ein Frequenzumrichter wirkt sich negativ auf den Ableitstroms des Systems aus und erzeugt hohe leitungsgebundene Störungen. Das geschieht auf Grund der hohen Taktfrequenz der Pulsweitenmodulation. Angeschlossen wird der Frequenzumrichter nach dem Netzfilter und vor dem Motor. Motor mit 100m langen, geschirmten Zuleitung: Durch die 100m lange, geschirmte Zuleitung entsteht ein hoher Ableitstrom, da die Schirmung der Leitung wie ein Kondensator gegen Erde wirkt. Zumessendes Netzfilter: Als Grundlage wurde ein NF-KC-30 Filter verwendet. An diesem Filter wurden die verschiedenen Änderungen der einzelnen Bauteile durchgeführt, wie zum Beispiel eine Änderung der Kondensatoren oder eine Änderung an der Spule. Jede Änderung wurde im Messprotokoll dokumentiert. Abb. 7 Filter 23 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 23 5.2. Das Messprotokoll Zur Dokumentation der Messreihen wurde zu Beginn ein Messprotokoll erstellt. Das Protokoll beinhaltet verschiedene Messwerte wie zum Beispiel den Ableitstrom bei verschiedenen Taktfrequenzen und die Änderungen welche am Filter durchgeführt wurden. In Abb.9 findet sich ein Auszug aus dem Messprotokoll. Die gesammelten Daten der Messungen wurden digital (s. CD-ROM) und schriftlich an die Arbeit angehängt. Abb. 8 Messprotokoll Die Datenblätter der einzelnen Kerne unterliegen dem Firmengeheimnis und sind deshalb nicht in der Dokumentation enthalten. 24 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 24 6. Auswertung der Ergebnisse 6.1. Das Ergebnis der Messungen Als Ergebnis der Messreihen wurden 5 Kerne aus dem Messprotokoll ermittelt, mit denen das gewünschte Ergebnis erzielt werden kann. Wir entschieden uns für einen Kern der Firma VAC, da dieser die gewünschten Ergebnisse am besten realisieren kann. Des Weiteren wurden die verschiedenen Kondensatoren dimensioniert, sodass sie optimal mit der Spule zusammenarbeiten. So hatten die X-Kondensatoren im Original NF-KC einen Wert von 3,3F und der Y-Kondensator einen Wert von 3,3F. In dem von uns zusammengestellten Filter hat der X-Kondensator, wie im Original 3,3F und der Y-Kondensator nur noch einen Wert von 2,2nF hierdurch wird ein möglichst kleiner Ableitstrom erreicht. Außerdem wurde durch das vollständige Messprotokoll und die gespeicherten Messungen eine Basis geschaffen, auf welcher die Firma EP-Antriebstechnik in Zukunft Kerne für andere Filter auswählen kann. Als Abschluss wurde eine mathematische Vorgehensweise ermittelt, mit der es in Zukunft möglich sein wird, eine Vorauswahl der Kerne zu treffen. Hierdurch kann sehr viel Zeit eingespart werden, da nicht mehr alle Kerne einzeln getestet werden müssen. Nun können im Vorfeld die Kerne verglichen werden. 25 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 25 6.4. Mathematische Vorgehensweise Anhand einer mathematischen Betrachtung und der gesammelten Erfahrungen aus dem Projekt, lässt sich eine Vorgehensweise ableiten, durch die es in Zukunft einfacher sein wird, ein Filter für eine bestimmte Situation zu dimensionieren. Hierbei wird anhand der Permeabilität der induktive Widerstand xl berechnet. xl stellt einen Widerstand für die Störströme dar und dämpft somit die Störungen im System. Beispielrechnung mit dem am besten gemessenen Kern: Gegeben: r = 50000 A = 0,000247m2 l = 0,28m N=1 f = 10kHz = 10000Hz =10000 1/s C = l/A = 0,28m/0,000247m2 = 1133m Al = (0*r)/C = (1,256*10-6Vs/Am*50000)/1133m = 0,000055Vs/A = 55H L = Al*N2 = 0,000055Vs/A*12 = 0,000055Vs/A = 55H xl = 2**f*L = 2**10000 1/s*0,000055Vs/A = 3,48V/A = 3,48 Anhand der so errechneten Werte lässt sich für jeden Kern eine Kurve zeichnen. Diese Kurven kann man anschließend untereinander vergleichen und so eine Vorauswahl der Kerne treffen, um nicht alle Kerne messen zu müssen. Eine Testmessung ist allerdings immer noch notwendig, da die Berechnung nicht alle Faktoren des zumessenden Systems berücksichtigt. Es werden nur Anhaltspunkte gegeben. 26 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 26 Abb. 9 Vergleichsdiagramm Der Kern K1 ist hier der beste, von uns gemessene Kern. Bei K2 handelt es sich um einen deutlich schlechteren Kern. Aus den Kennlinien kann man nun auslesen, dass der Kern K1 einen höheren induktiven Widerstand hat und somit die Störungen besser dämpfen wird. In unserem Projekt war es nötig einen Kern zu finden, der in allen Frequenzbereichen eine gute Dämpfung liefert, damit er sowohl die Ableitströme als auch die gestrahlten Störungen dämpft. Die Frequenzen des Ableitstromes liegen hier im Bereich der Taktfrequenzen der Frequenzumrichter von 2kHz bis 16kHz. Die Frequenzen der gestrahlten Störungen liegen im Bereich von 150MHz bis 1GHz. 27 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 27 6.3. Zusammenstellung der Filterkomponenten Auf Basis der Ergebnisse der Messreihen wurde folgendes Filter zusammengestellt. Als X-Kondensatoren wurden 3,3F Kondensatoren ausgewählt. Diese Größe der X-Kondensatoren erwies sich bereits im Original NF-KC als sehr effektiv und wurde deshalb beibehalten. Als Y-Kondensatoren erwiesen sich 2,2nF als die beste Wahl, da bei dem minimalen Wert von 2,2nF die kleinstmöglichen Ableitströme auftreten. Bei der Auswahl des Kerns für die Spule entschieden wir uns für einen Kern der Firma VAC. Der Kern besteht aus nanokristallinem Material und ist somit hochpermeabel. Dadurch weist der Kern einen sehr großen induktiven Widerstand auf und dämpft daher die Störungen sehr gut. Der Originalferritkern im NF-KC-Filter hatte eine Induktivität von 13H. Der von uns ausgewählte nanokristalline Kern hat eine Induktivität von 55H. Das Filter wird einstufig ausgeführt, da keine weitere Stufe zur Verbesserung der Filterung benötigt wird. Das Datenblatt des Kernes unterliegt dem Betriebsgeheimnis und ist somit nicht in der Dokumentation enthalten. 28 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 28 6.4. Vergleich des entwickelten Filters Hier nun die Messergebnisse von dem von uns zusammenstellten Filter. Bei den Ableitstrommessungen wird mit einem NF-KC-Filter und bei den Messungen der Störungen wird mit einer Messung ohne Filter verglichen. Vergleich der Ableitströme: In dieser Messung kann man ablesen, dass die Auslastung des Fi-Schalters bei 592% liegt. Der Fi-Schalter würde also auf jeden Fall auslösen. Außerdem lässt sich erkennen, welche Frequenzen die Ableitströme haben. Hier sieht man, dass gerade in den hohen Frequenzen erhebliche Ableitströme vorhanden sind. Abb. 10 Ableitstrommessung mit originalem Filter Der hohe Ableitstrom in den niederen Frequenzbereichen ist auf den großen Y-Kondensator im Filter zurück zu führen. Die Ableitströme in den hohen Frequenzbereichen entstehen durch den Frequenzumrichter. Diese Ableitströme liegen im Bereich der Taktfrequenzen des Umrichters. Außerdem erzeugt der Frequenzumrichter bei ca. 150Hz einen weiteren Ableitstrom. Dieser entsteht durch den internen Filterkondensator des Umrichters. Außerdem erzeugt auch die sehr lange Motorleitung Ableitströme. 29 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 29 In dieser Messung wurde mit dem von uns dimensionierten Filter gemessen. Hier kann man nun erkennen, dass der Ableitstrom erheblich gesunken ist und der Fi-Schalter nur zu 52% ausgelastet wird. Der Fi-Schalter würde also nicht auslösen. Des Weiteren lässt sich erkennen, dass die Ableitströme in den höheren Frequenzen fast vollständig ausgelöscht wurden. Abb. 11 Ableitstrommessung mit neuem Filter Die Wirkung, dass der Ableitstrom um mehr als 500% gesunken ist, ist auf den sehr kleinen Y-Kondensator zurück zu führen, der nun sehr wenig Störungen gegen Erde ableitet. Außerdem werden die hochfrequenten Ableitströme des Umrichters durch die neue Spule gefiltert. Die Spitze bei ca. 150Hz ist auf den internen Filterkondensator des Umrichters zurück zu führen. Der Ableitstrom ist starkt gesunken, da weniger Störungen gegen Erde abgeleitet werden. Die Störungen die nun noch im System sind müssen durch eine entsprechende Spule gedämpft werden. Hierbei musste ein Mittelweg zwischen niedrigem Ableitstrom und guter Störungsdämpfung gefunden werden da die Störungen steigen sobald man den Ableitstrom senkt und umgekehrt. 30 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 30 Vergleich der Messungen der Störungen: In dieser Messung kann man erkennen, dass gerade in den vorderen Frequenzbereichen erhebliche Störungen vorhanden sind. Abb. 12 Störungsmessung ohne Filter Die großen Störungen sind zum größten Teil auf den Betrieb des Frequenzumrichters zurück zu führen. Weitere Störungen kommen aus der Umgebung und strahlen von außen auf das zu messende System. Diese Störungen sind zu bedämpfen. In der Industrie müssen die Störungswerte unter der roten Linie liegen. Im Haushaltsbereich müssen die Werte sogar unter der violetten Linie liegen. 31 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 31 Hier nun eine Störungsmessung mit dem neu entwickelten Filter. Es sind nun deutliche Dämpfungen der Störungen erkennen. Abb. 13 Störungsmessung mit Filter Die erheblichen Dämpfungen dieser Messung sind zum einen auf die X-Kondensatoren zurück zu führen. Diese wirken vor allem im vorderen Frequenzbereich der Messung. Zum anderen ist die erhebliche Dämpfung auf die Spule mit den nanokristallinen Kern zurück zu führen. Die Spule wirkt vorallem im mittleren Frequenzbereich bis in den höheren Frequenzbereich der Messung. Die Grenzlinie für den Industriebereich wird nun an den meisten Stellen unterschritten, nur an einer Stelle wird die Linie leicht berührt. 32 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 32 7. Resümee Abschließend lässt sich über das Projekt sagen, dass es mehr forderte als zu Anfang erwartet, da wir uns zuerst in die Thematik EMV einarbeiten mussten. Dies gelang uns, auch durch die gute Betreuung, allerdings sehr gut. Wir erhielten durch das Projekt einen guten Einblick in das Thema EMV und Filtertechnik, welche sonst in Schulen und Firmen eher stiefmütterlich behandelt werden obwohl es, durch empfindlichere Geräte und Energieeinsparungsmaßnahmen, immer mehr an Bedeutung gewinnt. Die Betreuung und Kommunikation mit der Firma EPA funktionierte hervorragend wodurch das Arbeiten sehr angenehm gestaltet werden konnte. 33 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 33 Literaturverzeichnis EPA. (2009). EMV-Katalog. Bruchköbel: EPA. TU-Freiberg. (03. 03 2009). www.chem.tu-freiberg.de. Abgerufen am 06. 04 2011 von http://www.chem.tu-freiberg.de/~boehme/materialien/nano/nano3.html VDE, D. DIN VDE 0870 . Wikipedia. (11. 03. 2009). www.wikipedia.de. Abgerufen am 26. 03. 2011 von http://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Vertr%C3%A4glichkeit 34 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 34 Abbildungsverzeichnis Abb. 1 Filteraufbau ........................................................................................... 13 Tabelle 1 Vergleich von Nickel(TU-Freiberg, 2009)F .......................................... 16 Abb. 2 Messeinheit........................................................................................... 20 Abb. 3 Messumformer ...................................................................................... 20 Abb. 4 Leakwatch-Laptop ................................................................................ 20 Abb. 5 Messung von Störungen in einem System............................................ 21 Abb. 6 Messrack .............................................................................................. 22 Abb. 8 Filter ...................................................................................................... 23 Abb. 9 Messprotokoll ........................................................................................ 24 Abb. 10 Vergleichsdiagramm ........................................................................... 27 Abb. 11 Ableitstrommessung mit originalem Filter ........................................... 29 Abb. 12 Ableitstrommessung mit neuem Filter ................................................. 30 Abb. 13 Störungsmessung ohne Filter ............................................................. 31 Abb. 14 Störungsmessung mit Filter ................................................................ 32 35 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 35 Formelverzeichnis Berechnung des Formfaktors: C = l/A Berechnung des Induktivitätsfaktors: Al = (0*r)/C Berechnung der Induktivität: L = Al*N2 Berechnung des induktiven Widerstandes: xl = 2**f*L 36 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 36 Quellen A EMV-Katalog 2009, S.19 B DIN VDE 0870 C Wikipedia – Elektromagnetische Verträglichkeit 2009 D EMV-Katalog 2009, S. 37 E TU Friedberg 2009 F TU Friedberg 2009 37 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 37 Anhang I Gantt-Diagramm II Messprotokoll III Thema der Projektarbeit in englischer Sprache IV Pressetext 38 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 38 I Gantt-Diagramm Gantt-Diagramm des geplanten Verlaufs: Gantt-Diagramm des tatsächlichen Verlaufs: Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 39 II Messprotokoll Testmessungen mit einem NF-KC 45 ohne C im FU Ableitstrom gemessen in % (Überlast eines RCCB1-0,03) EMV-Messung Ableitstrom Änderungen am Kern Windungen Änderungen am Y-Kondens. Datum Messung 1 -- 355 1x M112 8 2,2nF 03.09.10 Messung 2 -- 304 2x M592 8 2,2nF 03.09.10 Messung 3 - 302 2x M592 8 4,7nF 03.09.10 Messung 4 - 260 2x M452 8 2,2nF 03.09.10 Messung 5 - 298 2x M113 8 2,2nF 03.09.10 Messung 6 -- 360 1x M455 8 2,2nF 03.09.10 Messung 7 - 120 1x M451 8 2,2nF 03.09.10 Messung 8 - 200 1x M454 8 2,2nF 10.09.10 Messung 9 -- 180 1x M453 8 2,2nF 10.09.10 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 40 Messung 10 -- 92 1x M014 8 2,2nF 10.09.10 Messung 11 - 130 1x M014 1x M451 8 2,2nF 10.09.10 Messung 12 - 280 1x M378 8 2,2nF 10.09.10 Messung 13 - 120 1x M455 12 2,2nF 10.09.10 Messung 14 -- 97 Edelstahlkern 12 2,2nF 10.09.10 Messung 15 - 120 1x M451 12 2,2nF 17.09.10 Messung 16 -- 142 4er Kern ??? 2,2nF 17.09.10 Messung 17 - 216 1x M454 14 2,2nF 17.09.10 Messung 18 - 130 6123x216 14 2,2nF 17.09.10 Messung 19 - 130 6123x225 14 2,2nF 17.09.10 Messung 20 -- 127 6123x108 17 2,2nF 17.09.10 Messung 21 -- 136 W 516-02 8 2,2nF 17.09.10 Messung 22 -- 127 6123x212 20 2,2nF 17.09.10 Messung 23 -- 170 W 516-02 20 2,2nF 17.09.10 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 41 Messung 24 -- 129 6123x106 20 2,2nF 17.09.10 Messung 25 -- 128 6123x208 14 2,2nF 17.09.10 Messung 26 -- 133 6123x208 x106 14 20 2,2nF 17.09.10 Messung 27 - 144 6123x208 x106 x212 14 20 20 2,2nF 17.09.10 Messung 28 0 135 6123x216 M451 14 8 2,2nF 17.09.10 Messung 29 0 147 6123x208 x106 x212 M451 14 20 20 8 2,2nF 17.09.10 Messung 30 0 141 6123x106 x212 M451 20 20 8 2,2nF 17.09.10 Messung 31 - 130 6123x212 M451 20 8 2,2nF 17.09.10 Messung 32 -- 128 1x H624 1xH623 8 2,2nF 17.09.10 Messung 33 - 133 1x H624 1xH623 M451 8 2,2nF 17.09.10 Messung 34 39 531 03 2xM451 22 12 2,2nF 11.10.10 Messung 35 39 531 03 2xM451 22 12 4,7nF 11.10.10 Messung 36 43 531 03 22 4,7nF 11.10.10 Messung 37 45 531 03 22 10nF 11.10.10 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 42 Testmessungen mit einem NF-KC 45 ohne C im FU Ableitstrom gemessen in % (Überlast eines RCCB1-0,03) Ableitstrom Messung EMV 3khz 4kHz 6Khz 8kHz 12kHz 16kHz Änderungen am Kern Windungen Y-C Datum FK1 + 83 71 66 65 65 65 531 03 22 2,2nF 19.10.10 FK2 0 162 202 344 480 466 178 2xM451 8 2,2nF 19.10.10 FK3 + 176 391 239 134 89 75 M455 12 2,2nF 19.10.10 FK4 + 80 70 66 65 64 64 2xM451 531 03 8 22 2,2nF 19.10.10 FK5 + 76 69 65 64 64 64 2xM451 531 03 M455 8 22 12 2,2nF 19.10.10 FK6 + 78 69 65 64 64 64 531 03 M455 22 12 2,2nF 19.10.10 FK7 + 175 385 247 133 85 74 2xM451 M455 8 12 2,2nF 19.10.10 FK8 + 83 71 67 65 65 65 531 03 22 4,7nF 19.10.10 FK9 + 80 70 66 65 64 64 2xM451 531 03 8 22 4,7nF 19.10.10 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 43 FK10 + 77 69 65 64 64 64 2xM451 531 03 M455 8 22 12 4,7nF 19.10.10 FK11 + 79 70 66 65 65 65 531 03 M455 22 12 4,7nF 19.10.10 FK12 + 73 68 66 65 65 65 531 03 M455 22 22 2,2nF 19.10.10 FK13 + 68 65 63 62 63 63 531 03 M455 6321 225 22 22 14 2,2nF 20.10.10 FK14 + 66 64 65 64 64 64 531 03 M455 W565 22 2,2nF 20.10.10 FK15 + 70 66 64 64 64 64 531 03 2xM455 22 19 2,2nF 20.10.10 20.10.10 FK16 + 70 66 65 64 64 64 531 03 2xM455 22 19 2,2nF (2,2uF X) FK17 + 69 66 64 63 64 64 531 03 2xM455 22 19 10nF 20.10.10 FK18 0 181 258 418 361 107 85 L2050-E1 8 10nF 21.10.10 FK19 -- 219 254 345 353 307 173 W424 8 10nF 21.10.10 FK20 + 237 320 75 70 66 65 W468 8 10nF 21.10.10 FK21 - 163 219 417 331 155 110 W629 8 10nF 21.10.10 FK22 - 155 210 402 339 266 157 W723 8 10nF 21.10.10 FK23 - 172 237 370 429 139 103 W627 8 10nF 21.10.10 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 44 FK24 - 155 211 346 455 419 148 W721 8 10nF 21.10.10 FK25 + 218 264 349 80 69 66 W517 8 10nF 21.10.10 FK26 + 303 67 64 64 64 64 W468 14 10nF 21.10.10 FK27 + 66 64 64 64 64 65 W468 531 03 14 22 10nF 21.10.10 FK28 - 88 88 88 90 92 90 W468 2 2,2nF 12.11.10 FK29 - 89 89 90 89 88 88 W468 4 2,2nF 12.11.10 FK30 0 91 92 88 88 88 89 W468 6 2,2nF 12.11.10 FK31 0 92 92 88 89 89 89 W468 8 2,2nF 12.11.10 FK32 0 93 90 87 88 88 89 W468 10 2,2nF 12.11.10 FK33 0 94 88 89 88 89 89 W468 12 2,2nF 12.11.10 FK34 0 91 88 89 89 89 90 W468 14 2,2nF 12.11.10 FK35 0 90 90 90 90 91 91 W468 16 2,2nF 12.11.10 FK36 0 66 65 65 65 65 65 W468 18 2,2nF 12.11.10 FK37 0 67 66 66 65 65 66 W468 20 2,2nF 12.11.10 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 45 FK38 0 67 66 67 67 67 67 W468 22 2,2nF 12.11.10 FK39 0 66 66 66 66 66 66 2xW468 14 2,2nF 12.11.10 FK40 -- 152 107 69 52 50 51 M088 14 2,2nF 21.12.10 FK41 - 140 191 64 59 54 53 M068 14 2,2nF 21.12.10 FK42 0 51 51 48 47 46 46 E1101102 ??? 2,2nF 28.01.11 FK43 - 54 55 57 52 51 50 E11011002-1 ??? 2,2nF 28.01.11 FK44 - 55 56 65 52 51 50 E11011002-2 ??? 2,2nF 28.01.11 FK45 -- 59 61 66 72 90 50 E1101162-3 ??? 2,2nF 28.01.11 FK46 - 55 57 55 52 49 48 E11011001-1 ??? 2,2nF 28.01.11 FK47 - 54 55 51 52 49 49 E1101101-2 ??? 2,2nF 28.01.11 FK48 -- 60 62 85 90 97 120 E1101101-3 ??? 2,2nF 28.01.11 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 46 Ableitstrommessung nur mit Ringkern Ableitstrom gemessen in % (Überlast eines RCCB1-0,03) 3kHz 4Khz 6kHz 8kHz 16kHz Kern Windungen Messung 0 600 M451 8 15.10.10 Messung 1 580 2x M451 8 14.10.10 Messung 10 580 6123x108 M455 17 8 14.10.10 Messung 11 70 531 03 17*2 01.10.10 Messung 12 526 531 03 2 11.10.10 Messung 13 540 531 03 4 11.10.10 Messung 14 546 531 03 6 11.10.10 Messung 15 485 531 03 8 01.10.10 Messung 16 388 531 03 10 01.10.10 Messung 17 271 531 03 12 01.10.10 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 12kHz 47 Datum Messung 18 105 531 03 14 01.10.10 Messung 19 76 531 03 16 01.10.10 Messung 2 575 2x M451 12 14.10.10 Messung 20 61 531 03 18 01.10.10 Messung 21 49 531 03 20 01.10.10 Messung 22 41 531 03 22 01.10.10 Messung 23 38 531 03 2xM451 22 12 01.10.10 Messung 24 546 TT 00 1 Zuleitung 11.10.10 Messung 25 545 ohne 0 11.10.10 Messung 26 543 TT 00 1 Motorleit. 11.10.10 Messung 27 538 TT 105 1 Zuleitung 11.10.10 Messung 28 538 TT 105 2 11.10.10 86 M413 2 01.10.10 530 2x M451 M455 12 8 11.10.10 Messung 29 171 245 395 Messung 3 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 215 109 48 Messung 30 201 231 273 358 649 570 M413 4 14.10.10 Messung 31 205 234 273 352 636 572 M413 3 14.10.10 Messung 32 178 207 299 409 660 568 M413 8 14.10.10 Messung 33 206 231 276 309 623 580 M018 2 14.10.10 Messung 34 200 229 269 352 629 568 M018 4 14.10.10 Messung 35 182 207 257 381 638 567 M018 8 11.10.10 Messung 36 207 232 274 345 625 575 M413 2 14.10.10 Messung 37 201 233 270 353 635 561 M413 4 11.10.10 Messung 38 181 213 293 390 651 563 M413 8 11.10.10 Messung 39 205 231 274 346 617 570 W565 2 14.10.10 590 M455 8 15.10.10 Messung 4 Messung 40 200 228 269 353 626 565 W565 4 11.10.10 Messung 41 184 214 285 379 632 571 W565 8 14.10.10 Messung 42 205 227 258 314 625 588 M475 2 15.10.10 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 49 Messung 43 193 220 279 367 625 578 M475 4 14.10.10 Messung 44 180 216 298 393 633 571 M475 8 14.10.10 Messung 45 214 237 287 355 624 603 M312 2 15.10.10 Messung 46 214 236 286 354 619 601 M312 4 15.10.10 Messung 47 214 238 287 360 623 600 M312 8 15.10.10 Messung 48 206 233 285 360 624 605 M381 2 15.10.10 Messung 49 196 229 284 365 624 598 M381 4 15.10.10 580 TT 210 8 14.10.10 Messung 5 Messung 50 188 224 288 377 626 584 M381 8 14.10.10 Messung 51 212 240 282 360 628 596 W453 2 15.10.10 Messung 52 204 231 283 373 630 590 W453 4 15.10.10 Messung 53 184 220 262 400 638 578 W453 8 14.10.10 Messung 54 213 239 284 360 628 597 M011 2 15.10.10 Messung 55 205 234 281 368 630 591 M011 4 15.10.10 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 50 Messung 56 187 219 294 391 636 581 M011 8 14.10.10 Messung 57 209 234 274 350 624 590 W886 2 15.10.10 Messung 58 198 226 273 362 624 579 W886 4 14.10.10 Messung 59 184 216 287 380 628 576 W886 8 14.10.10 583 TT 70 12 14.10.10 Messung 6 Messung 60 208 232 280 352 617 599 M610 2 15.10.10 Messung 61 207 232 280 352 620 599 M610 4 15.10.10 Messung 62 204 230 279 354 621 594 M610 8 15.10.10 Messung 63 207 232 279 353 621 598 W676-51 2 15.10.10 Messung 64 201 229 279 356 620 594 W676-51 4 15.10.10 Messung 65 192 225 278 362 620 584 W676-51 8 14.10.10 Messung 66 208 233 281 352 618 597 M633 2 15.10.10 Messung 67 214 232 280 352 620 595 M633 4 15.10.10 Messung 68 202 229 278 352 614 588 M633 8 15.10.10 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 51 Messung 69 208 232 274 350 615 Messung 7 597 M634 2 15.10.10 547 6123x108 17 11.10.10 Messung 70 205 230 280 350 616 591 M634 4 15.10.10 Messung 71 201 224 277 352 616 590 M634 8 15.10.10 Messung 72 208 233 280 350 618 592 M635 2 15.10.10 Messung 73 206 231 279 351 616 590 M635 4 15.10.10 Messung 74 203 230 278 353 620 590 M635 8 15.10.10 Messung 75 194 223 275 355 619 584 W424-53 2 14.10.10 Messung 76 184 219 281 366 623 573 W424-53 4 14.10.10 Messung 77 181 218 299 390 633 559 W424-53 8 11.10.10 Messung 78 201 229 278 353 621 586 W423-53 2 14.10.10 Messung 79 194 226 277 357 621 593 W423-53 4 15.10.10 511 2x M451 6123x108 12 17 11.10.10 569 W423-53 8 14.10.10 Messung 8 Messung 80 184 222 280 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 365 623 52 Messung 81 208 233 280 350 616 591 M333 2 15.10.10 Messung 82 208 232 278 351 615 589 M333 4 15.10.10 Messung 83 206 233 276 352 617 589 M333 8 15.10.10 Messung 84 202 229 276 355 622 586 W626-51 2 14.10.10 Messung 85 190 220 279 363 625 578 W626-51 4 14.10.10 Messung 86 180 218 289 387 630 565 W626-51 8 11.10.10 Messung 87 211 237 283 355 625 590 2xM451 2 15.10.10 Messung 88 208 238 277 357 634 578 2xM451 4 14.10.10 408 2x M451 6123x108 M455 12 17 8 01.10.10 Messung 9 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 53 Ableitstrommessung nur mit Ringkern und Kondensator im FU Ableitstrom gemessen in % (Überlast eines RCCB1-0,03) 3kHz 4Khz 6kHz 8kHz 12kHz 16kHz Kern Windungen EMVMessung Datum Messung K 1 81 70 66 65 64 64 531 03 22 + 19.10.10 Messung K 2 159 199 338 478 472 182 2xM451 8 0 19.10.10 Messung K 3 219 226 245 321 477 629 M413 2 - 19.10.10 Messung K 4 80 69 66 65 64 64 2xM451 531 03 8 22 + 19.10.10 Messung K 5 167 277 319 210 114 90 M455 12 0 19.10.10 Messung K 6 75 68 65 65 64 64 2xM451 531 03 M455 8 22 12 + 19.10.10 Messung K 7 77 68 65 64 64 64 531 03 M455 22 12 + 19.10.10 Messung K 8 176 390 252 134 89 77 2xM451 M455 8 12 0 19.10.10 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 54 Ableitstrommessung mit Filtern Ableitstrom gemessen in % (Überlast eines RCCB1-0,03) 3kHz 4Khz 6kHz 8kHz 12kHz 16kHz Filter Datum Filter Messung 1 190 216 275 360 635 565 CHA 90-3 14.10.10 Filter Messung 2 186 208 271 345 624 550 CHA 60-3 14.10.10 Filter Messung 3 187 221 244 399 645 577 CHA 25-3 14.10.10 Filter Messung 4 167 212 289 438 645 561 DAR 50-3 14.10.10 Filter Messung 5 181 222 307 410 650 571 DAR 25-3 14.10.10 Filter Messung 6 188 228 321 422 650 557 DAR 10-3 14.10.10 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 55 Testmessungen mit einem NF-KC 45 mit C im FU / Tests mit W468 Ableitstrom gemessen in % (Überlast eines RCCB1-0,03) EMV-Messung Ableitstrom Änderungen am Kern Windungen Änderungen am YKondensator Datum M468-1 0 316 ohne 14 2,2nF 21.12.10 M468-2 0 52 W468 14 2,2nF 21.12.10 M468-3 0 52 W469 Ferrit 14 2,2nF 21.12.10 M468-4 0 57 W469 Ferrit 14 2.2uF 21.12.10 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 56 Top 5 (EMV und Ableitstrom) Kern Ableitstrom bei 16kHz Messung: 1 W468 52 M468-1 2 531 03 65 Messung FK 8 3 46 Messung FK 42 E1101102 4 M451 5 M455 Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 120 Messung 7 75 Messung FK 3 57 III Projekttitel in englischer Sprache Development of a line filer, with new core materials and focus on leakage current IV Pressetext Meine Damen und Herren, heute sinkt für Sie... der Ableitstrom Technikerprojekt bei der Firma EP-Antriebstechnik Das oder so etwas ähnliches müssen die beiden angehenden Techniker, Michael Kunkel und Sebastian Mahr von der Ludwig-Geißler-Schule in Hanau, gedacht haben als sie im September 2010 ihr Technikerabschlussprojekt bei der Firma EP-Antriebstechnik in Bruchköbel antraten. Ihre Aufgabe war es einen Filter zu entwickeln der Ableitströme begrenzt um so den Einsatz von Fi-Schutzschaltern zu ermöglichen und somit moderne Industrieanlagen sicherer zu machen. Nach einem halben Jahr wurde das Projekt abgeschlossen. Der Firma EP-Antriebtechnik stehen nun neue Erkenntnisse im Bereich Filter zur Verfügung und die beiden Techniker sind um eine gute Erfahrung reicher. Technikerarbeit 2011 Michael Kunkel, Sebastian Mahr 58 58
