Allgemeiner Teil

Labor
Andreas Antony 5 BHELI 2006/07
EMV
Allgemeiner Teil
Titel der Übung:
Übungsnummer:
Übungsplatz:
Datum der Übung:
Klasse:
Gruppe:
Schriftführer:
Übungsteilnehmer:
EMV
I/3
Maschinenlabor
19.09
5 BHELI
3a
Andreas Antony
Andreas Antony
Andreas Hager
Erich Reim
Bernhard Schneider
Inhaltsverzeichnis
Allgemeiner Teil…………..…………………………………………………………….. 1
Inhaltsverzeichnis………………………………………………………………………. 1
1. Netzstörung einer netzgeführten Stromrichterschaltung…………………………2
1.1. Ohm´sche Last…………………………………………………………….. 2
1.1.1. Aufgabenstellung…………………………………………………2
1.1.2. Übungsdurchführung……………………………………………. 2
1.1.2.1. Messschaltung Phasenanschnittsteuerung………… 2
1.1.2.2. Messschaltung Brückenschaltung (B2C-Schaltung). 4
1.2. Ohm´sch – induktive Last………………………………………………… 7
1.2.1. Aufgabenstellung…………………………………………………7
1.2.2. Übungsdurchführung……………………………………………. 7
2. Störspannungen einer selbstgeführten Stromrichterschaltung…………………. 9
2.1. Aufgabenstellung………………………………………………………….. 9
2.2. Übungsdurchführung……………………………………………………… 9
2.2.1. Messschaltung…………………………………………………… 9
3. Normgerechte Messung der Störspannungen am EMV-Platz………………….11
3.1. Motor………………………………………………………………………. 11
3.1.1. Aufgabenstellung………………………………………………..11
3.1.2. Übungsdurchführung……………………………………………11
3.2. Bildschirm…………………………………………………………………..12
3.2.1. Aufgabenstellung………………………………………………..12
3.2.2. Übungsdurchführung……………………………………………………13
Messprotokoll…………………………………………………………………………...16
Inventarliste……………………………………………………………………………..21
EL HTBL – Hollabrunn
Seite 1
I_3_EMV.doc
Labor
Andreas Antony 5 BHELI 2006/07
EMV
1. Netzstörung einer netzgeführten
Stromrichterschaltung:
1.1. Ohm´sche Last:
1.1.1. Aufgabenstellung:
Die Aufgabe bei dieser Übung ist es, die Schaltung mit einer Glühbirne – die sich wie ein
Widerstand verhält - auf der Übungswand mit Strippen zu verdrahten und eine
Messtabelle mit 4 Messungen für Zeit, Phasenanschnittswinkel und Lastspannung zu
messen und Screenshots mit dem Digitalspeicheroszilloskop zu machen und das
Verhalten anhand der Screenshots zu analysieren.
1.1.2. Übungsdurchführung:
Zuerst haben wir die Schaltungskomponenten auf der Übungswand miteinander
verbunden und die Messgeräte angeschlossen. Die Schaltung besteht aus 2 Teile:
Phasenanschnittsteuerung und Brückenschaltung (B2C). Die Anschlüsse der
Sekundärseite des Transformators werden auf die Gate-Anschlüsse der einzelnen
Thyristoren angeschlossen.
1.1.2.1. Messschaltung Phasenanschnittsteuerung:
EL HTBL – Hollabrunn
Seite 2
I_3_EMV.doc
Labor
Andreas Antony 5 BHELI 2006/07
EMV
Schaltungsbeschreibung:
φ:
Filter, der die verzerrte Netzspannung glättet.
Starke Verzerrungen könnten mehrere Nulldurchgänge verursachen.
Trenntrafo: erzeugt am Ausgang einen Rechteckimpuls für die positive
Halbwelle, negative Halbwelle und Impulse beim Nulldurchgang
Sägezahngenerator:
der Impuls beim Nulldurchgang startet einen
Sägezahnimpuls
Spannungsregler: es wird mit einem Potentiometer die
Referanzpannung zwischen 0..10V eingestellt
OPV: liefert einen Rechteckimpuls, wenn der Sägezahn kleiner als die
Referenzspannung ist, dessen Einschaltzeit dem Steuerwinkel α entspricht
RS-FF + Verzögerungsglied:
Taktgenerator:
liefert „H“ bei Rechteckimpuls und
speichert Wert
liefert Multipuls (1kHz-Takt)
 alle 1ms wird verglichen, ob eine positive oder
negative Halbwelle am Eingang anliegt
UND-Gatter: liefert „H“, wenn alle Eingänge aktiv sind
Impulsübertrager: 2 Sekundärspulen, damit immer die Thyristoren V1 und V4 oder die
Thyristoren V2 und V3 gleichzeitig angestuert werden und der
Stromkreis der Brückenschaltung geschlossen ist. Die Leitungen zu
den Thyristoren müssen verdrillt werden, damit sich die
magnetischen Felder aufheben, und die Ausgänge müssen an Gate
und Kathode angeschlossen werden
EL HTBL – Hollabrunn
Seite 3
I_3_EMV.doc
Labor
Andreas Antony 5 BHELI 2006/07
EMV
1.1.2.2. Messschaltung Brückenschaltung (B2C-Schaltung):
Schaltungsbeschreibung:
Diese Brückenschaltung ist eine verlustarme Schaltung zur Spannungsregelung. Durch
das gleichzeitige Ansteuern von 2 Thyristoren, V1 und V4 bei positiver Halbwelle und V2
und V3 bei negativer Halbwelle ist der Stromkreis geschlossen und es kann Strom
fließen. Mit der vorher beschriebenen Ansteuerschaltung kann eingestellt werden, bei
welchem Zeitpunkt bzw. Anschnittswinkel die Thyristoren „gezündet“ werden.
Messgeräteeinstellung:
P1:
Fluke 89:
V~
P4:
Tektronix TDS2410:
Ch1: DC 100mV/DIV bei Trennverstärker
200V50mV
Ch2: DC 100mV/DIV bei Trennverstärker
200V50mV
Ch3: DC 2V/DIV bei Strombildner 1A10mA
bei 50Ω: 1A  500mV
EL HTBL – Hollabrunn
Seite 4
I_3_EMV.doc
Labor
Andreas Antony 5 BHELI 2006/07
EMV
Messtabelle:
Die Tabelle besteht aus den Messwerten für die Zeit, den Anschnittswinkel und der
Lastspannung. Die Zeit t wurde vom Oszilloskop mittels Cursormessung abgelesen und
der Anschnittswinkel α mit folgender Formel berechnet:
α = 360° x t / T
bei Netzspannung: T = 1 / f = 1 / 50 Hz = 20ms
Die Spannung Udiα kann auch mit dieser Formel nachgerechnet werden:
Udiα = 0,45 x U x (1 + cos(α))
bei U=230V
Die Spannung wird direkt an der Last (Glühbirne) gemessen:
Gleichanteil (Udiα)
Wechselanteil (UAC)
Effektivwert von Gleichanteil+Wechselanteil
t / ms
α/°
8
5,8
3,2
2,1
144
104,4
57,6
37,8
Udiα / V
23,5
89,8
163
188
UAC / V
51
119,2
135,6
123
Ueff / V
56,3
141,1
211,8
224,8
Screenshots:
Wir haben vier verschiedene Screenshots bei unterschiedlichen Anschnittswinkeln bzw.
Einstellungen der Referenzspannung am OPV mit dem Potentiometer mit dem
Oszilloskop gemacht:
Ch1 (gelb): Netzspannung
Ch2 (türkis): Lastspannung
Ch3 (lila):
Netzstrom
EL HTBL – Hollabrunn
Seite 5
I_3_EMV.doc
Labor
EL HTBL – Hollabrunn
Andreas Antony 5 BHELI 2006/07
Seite 6
EMV
I_3_EMV.doc
Labor
Andreas Antony 5 BHELI 2006/07
EMV
Kommentar:
Aus diesen Bildern kann man erkennen, dass beim „Zünden“ der Thyristoren die
Netzspannung (Ch1 – gelb) kurzzeitig zusammenbricht. Außerdem ist der Netzstrom
nicht sinusförmig und es treten Störungen bei kleinen Frequenzen auf.
1.2. Ohm´sch – induktive Last:
1.2.1. Aufgabenstellung:
Es soll anstatt der Glühbirne (ohm´sch) eine ohm´sch-induktive Last angeschlossen
werden und Bildschirmaufnahmen vom Oszilloskop gemacht und dokumentiert werden.
1.2.2. Übungsdurchführung:
Wir haben nur die Glühbirne aus der Schaltung (siehe oben) entfernt und eine Wicklung
einer Asynchron-Maschine angeschlossen, da die Spule eines Elektromotor einen
ohm´schen und induktiven Anteil besitzt.
EL HTBL – Hollabrunn
Seite 7
I_3_EMV.doc
Labor
Andreas Antony 5 BHELI 2006/07
EMV
Screenshots:
Wir haben 2 Screenshots bei gleichem Anschnittswinkel gemacht:
Kommentar:
Bei dem hineingezoomten Screenshot kann man genau erkennen, dass bei der
Kommutierung (Wechsel der Ventile) bei einem Anschnittswinkel von 90° die
sinusförmige Netzspannung (Ch1 – gelb) komplett zusammenbricht, d.h. einen satten
Netzkurzschluss erzeugt. Daher sollte man den Anschnittswinkel nie auf 90° einstellen.
Weiters sieht man, dass der Strom nicht sinusförmig sondern beinahe rechteckförmig ist
und immer Strom fließt.
Außerdem tritt eine Verzerrung der Netzspannung auf infolge von
Oberschwingungsströmen.
EL HTBL – Hollabrunn
Seite 8
I_3_EMV.doc
Labor
Andreas Antony 5 BHELI 2006/07
EMV
2. Störspannungen einer selbstgeführten
Stromrichterschaltung:
2.1. Aufgabenstellung:
Die Aufgabe bei dieser Übung mit dem Frequenzumformer AEG Microverter eine
Asynchronmaschine anzusteuern und die Strom-und Spannungsverläufe zu analysieren.
Ein Frequenzumrichter ist ein Gerät, das aus einem Wechselstrom (auch Drehstrom) mit
bestimmter Frequenz eine in Höhe und Frequenz veränderte Spannung generiert. Mit
dieser umgerichteten Spannung wird dann der Verbraucher betrieben.
2.2. Übungsdurchführung:
Die Eingänge des Frequenzumformers werden mit 3 Außenleiter (L1, L2 und L3)
verbunden.
Zwischen den Ausgängen Plus und Minus wird die Zwischenkreisspannung gemessen.
An die Ausgänge U,V und W wird die Asynchronmaschine M1 angeschlossen, die in
Sternschaltung betrieben wird.
Typenschild der Asynchronmaschine:
7,5 kW
∆ 380 V
cos φ 0,85
5,6 A
2.2.1. Messschaltung:
EL HTBL – Hollabrunn
Seite 9
I_3_EMV.doc
Labor
Andreas Antony 5 BHELI 2006/07
Messgeräteeinstellung:
P1: Fluke 89:
P2: Unigor 1n:
P3: Meterman 730XR:
P4: Tektronix TDS2014:
EMV
V DC
V AC 600V-Bereich
V AC
Ch1: DC 100mV/DIV bei Trennverstärker
200V50mV
Ch2: DC 100mV/DIV bei Trennverstärker
200V50mV
Ch3: DC 2V/DIV bei Strombildner 1A10mA
bei 50Ω: 1A  500mV
Screenshot:
Auf dem Screenshot wird das Einschaltverhältnis dargestellt:
Kommentar:
Der Strom- und Spannungsverlauf kann leider nicht bildlich dokumentiert werden, da der
Bildschirmausdruck von den Übungsteilnehmern nicht gespeichert wurde.
Auf dem Oszilloskop kann man erkennen, dass die Spannung ein wenig verzerrt und
sinusförmig ist und beim Ausschalten rein sinusförmig ist. Daraus kann man schließen,
dass die Erdung vergessen wurde, die wir danach angeschlossen haben.
Außerdem ist der Netzstrom nicht sinusförmig und beim Bremsen steigt der Strom an.
Mit der Erhöhung der Frequenz steigen die Spannung und das Ein-Ausschaltverhältnis,
das auf dem Screenshot zu sehen ist.
Bei mittleren und hohen Frequenzen treten Störungen auf.
Die Zwischenkreisspannung verändert sich kaum, der Messwert befand sich immer
zwischen 560-570 VDC.
EL HTBL – Hollabrunn
Seite 10
I_3_EMV.doc
Labor
Andreas Antony 5 BHELI 2006/07
EMV
3. Normgerechte Messung der Störspannungen am
EMV-Platz:
3.1. Motor:
3.1.1. Aufgabenstellung:
Die Aufgabe ist es, beim Frequenzumformer einen Motor anzuschließen und am EMVMessplatz unter bestimmten Abständen mit einem Störmessungsprogramm zu messen,
ein Bildschirmausdruck zu machen und analysieren.
3.1.2. Übungsdurchführung:
Der Frequenzumsetzer AEG Microverter wird über ein 5-poliges Drehstromkabel an die
Netznachbildung „PMM Signal Analyzer L3-25“ und „PMM 8010W“ angeschlossen, der
mit dem PC über die RS232-Schnittstelle verbunden ist. Am Motor werden die
Außenleiter und die Erdung angeschlossen.
Messschaltung:
Bildschirmausdruck:
Mit dem speziellen Programm „PM 8010“ kann die Messung der Störspannungspegel
über einen bestimmten Frequenzbereich durchgeführt werden. Es gibt verschiedene
Normen, deren Kurve beim Frequenzgang nicht überschritten werden soll. Wir
verwendeten die „EN 55011“ Messkurve:
EL HTBL – Hollabrunn
Seite 11
I_3_EMV.doc
Labor
Andreas Antony 5 BHELI 2006/07
EMV
Kommentar:
Auf diesem Screenshot kann man erkennen, dass die Störspannungspegel für diese
Normkurve zu hoch sind und daher dieses Gerät unzulässig wäre. Eine Lösung zur
Reduzierung der Störspannungen wäre eine Verwendung eines Netzfilters.
3.2. Bildschirm:
3.2.1. Aufgabenstellung:
Die Aufgabe ist es, einen Computerbildschirm an die Netznachbildung anzuschließen
und am EMV-Messplatz unter bestimmten Abständen mit einem
Störmessungsprogramm die Störspannungen zu messen, ein Bildschirmausdruck zu
machen und analysieren. Außerdem soll eine Messstrippe um den Bildschirm gelegt
werden und mit einem Messgerät die Spannung und den Strom messen.
EL HTBL – Hollabrunn
Seite 12
I_3_EMV.doc
Labor
Andreas Antony 5 BHELI 2006/07
EMV
3.2.2. Übungsdurchführung:
Der Bildschirm wird über ein zwei-poliges Kabel an die Netznachbildung „PMM Signal
Analyzer L3-25“ und „PMM 8010W“ angeschlossen, der mit dem PC über die RS232Schnittstelle verbunden ist. Eine Messstrippe wird um den Bildschirm gelegt um die das
elektro-magnetische Feld zu messen.
Messschaltung:
Messgeräteeinstellung: P1:
Fluke 89:
V AC
Messwerte:
Beim Einschalten zeigt das Voltmeter eine Spannung von 30mV und einen Strom von
100µA an, d.h. es entsteht ein elektro-magnetisches Feld.
EL HTBL – Hollabrunn
Seite 13
I_3_EMV.doc
Labor
Andreas Antony 5 BHELI 2006/07
EMV
Bildschirmausdruck:
Die Messung des Störspannungspegels erfolgt wie bei 3.1.
Kommentar:
Auf diesem Ausdruck ist zu erkennen, dass bei einer Frequenz von ungefähr 2 MHz der
Störspannungspegel überschritten wird.
EL HTBL – Hollabrunn
Seite 14
I_3_EMV.doc
Labor
Andreas Antony 5 BHELI 2006/07
EMV
Da der Störspannungspegel zu hoch war, verwendeten wir einen Netzfilter, der
zwischen der Netznachbildung und dem Bildschirm geschalten wird:
Kommentar:
Bei Verwendung eines Netzfilters wird die Norm-Richtlinie der Störspannungspegel nicht
überschritten.
EL HTBL – Hollabrunn
Seite 15
I_3_EMV.doc