EMV_V2 - tonil

Praktikum
Elektromagnetische Verträglichkeit
Versuch 2
„Messung der Funkstörspannung“
Gruppe 7
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Versuchsdurchführung am 24.05.2006
Blattzahl (inkl. Deckblatt): 12
Inhaltsverzeichnis
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1. Versuchsaufbau
2. Versuchsschaltungen- und Durchführung
2.1 Ansteuerung mit Optokoppler und Nullspannungserkennung
2.1.1 Meßschaltung
2.1.2 Meßreihen
2.1.2.1 Vorbereitende Messung ohne Prüfling
2.1.2.2 Messung mit RV= 4,7 kΩ, ohne Drossel, Kondensator und Filter
2.1.2.3 Messung mit RV= 1,2 kΩ, ohne Drossel, Kondensator und Filter
2.1.2.4 Messung mit RV= 1,2 kΩ, ohne Drossel, Kondensator, mit Netzfilter
2.1.2.5 Messung mit RV= 1,2 kΩ, 130 µH-Drossel, ohne Kondensator und Filter
2.1.2.6 Messung mit RV= 1,2 kΩ, 300 µH-Drossel, ohne Kondensator und Netzfilter
2.1.2.7 QPEAK-Messung
2.1.2.8 Messung mit RV= 1,2 kΩ, 470 µH-Drossel und 220 nF-Kondensator, ohne Filter
2.1.3 Meßwerttabelle
2.2 Phasenanschnittsteuerung (Dimmerschaltung)
2.2.1 Meßschaltung
2.2.2 Meßreihen
2.2.2.1 Messung ohne Drossel, Kondensator und ohne Netzfilter
2.2.2.2 Messung mit 330 µF-Drossel, 230 nF-Kondensator, ohne Netzfilter
2.2.2.3 Messung mit 330 µF-Drossel, 100 nF-Kondensator, ohne Netzfilter
2.2.3 Meßwerttabelle
2.3 Interpretation
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1. Versuchsaufbau
Der Aufbau und die Anordnung von Meßobjekt und Netznachbildung werden nach den
Normen für die Messung der Funkstörspannung, die in VDE 0875 geregelt ist,
durchgeführt.
Auf einem 80 Zentimeter hohen Tisch befinden sich Prüfobjekt und Netznachbildung,
daneben der Funkstörmeßempfänger, kurz „TR“ und die Bezugmasse in Form einer vier
Quadratmeter großen Wandplatte aus leitfähigem Material, die hochfrequent niederohmig
mit der Netznachbildung verbunden ist.
Die Messungen für die Funkstörspannung finden gemäß Norm zwischen 150 kHz und 30
MHz statt. Die Pegel werden mit der Peak-Detektor des Meßgeräts erfasst.
2. Versuchsschaltungen- und Durchführung
Als Prüfling dient eine Triacschaltung mit einer 100 Watt-Glühbirne als Last. Es werden
dabei verschiedene Ansteuerungsschaltungen getestet.
2.1 Ansteuerung mit Optokoppler und Nullspannungserkennung
2.1.1 Meßschaltung
Bild 1: Meßschaltung für die Ansteuerung mit Optokoppler und Nullspannungserkennung
Der Triac TIC 226 wird von einem Optokoppler (MOC 3041) mit Triac-Ausgang gezündet.
Dieser Baustein enthält eine Nullspannungserkennung und versorgt deshalb den TIC 226
im Spannungsnulldurchgang mit Zündstrom.
Im Zuge der Meßreihe werden nun nach und nach Vorwiderstand verändert,
Entstördrossel und -kondensator variiert und ein Netzfilter eingebaut.
Am PMM9000 wird die auftretende Funkstörspannung gemssen. Die Schrittweite der
Messung beträgt 5 kHz bei einer Peak-Dauer von 2 ms, ab der Messung „gr7-3“ wird die
Schrittweite auf 10 kHz erhöht, die Peakdauer beträgt ab „gr7-1“ bereits 20 ms. Die
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entsprechenden Meßparameter werden am PMM9000-Meßempfänger eingestellt.
2.1.2 Meßreihen
2.1.2.1 Vorbereitende Messung ohne Prüfling
Abbildung 2: TR-Ausgabe für die Messung ohne Prüfling
Die erste Messung ohne Prüfling ergibt ein starkes Störsignal, was an der Peakdauer von
2 ms begründet ist. Dies liegt daran, daß der Triac in einer Periode zweimal zündet und so
Störungen in der positiven als auch negativen Halbwelle hervorruft, die bei einer Meßzeit
von 2 ms meist nicht erfasst werden.
Deswegen wird die Peak-Meßdauer bei den folgenden Messungen auf 20ms erhöht.
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2.1.2.2 Messung mit RV= 4,7 kΩ, ohne Drossel, Kondensator und Filter
Abbildung 3: TR-Ausgabe für die erste Messung
Die erste Messung des Prüfling ergibt, daß über ein breites Frequenzspektrum die
zulässigen Grenzwerte überschritten werden. Lediglich im oberen Frequenzband über 3,5
MHz werden diese ohne jede Entstörmaßnahme eingehalten.
2.1.2.3 Messung mit RV= 1,2 kΩ, ohne Drossel, Kondensator und Filter
Abbildung 4: TR-Ausgabe für die Messung mit verringertem Vorwiderstand
Als erste Maßnahme wird der Vorwiderstand von 4,7 kΩ auf 1,2 kΩ verringert. Als Folge
findet eine Verschiebung der Meßkurve nach unten statt, sodaß die Grenzwerte jetzt nur
noch zwischen der Startfrequenz von 150 kHz und 1,5 MHz überschritten werden.
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2.1.2.4 Messung mit RV= 1,2 kΩ, ohne Drossel, Kondensator, mit Netzfilter
Abbildung 5: TR-Ausgabe für die Messung mit Netzfilter
Der handelsübliche Netzfilter zeigt deutlich seine Wirkung, diese ist jedoch nicht
ausreichend, da nach wie vor bei Frequenzen unter 700 kHz die zulässigen Grenzwerte
überschritten werden.
2.1.2.5 Messung mit RV= 1,2 kΩ, 130 µH-Drossel, ohne Kondensator und Filter
Abbildung 6: TR-Ausgabe für die Messung mit 130 µH-Induktivität
Das Herausnehmen des Netzfilters und das Einsetzen der Induktivität von 130 µH in die
Schaltung brachte keine Verbesserung, im Gegenteil: Bei dieser Schaltungen werden die
Grenzwerte unterhalb 1 MHz überschritten.
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Der Peak bei etwa 15 MHz wurde durch einen Einschaltvorgang am gegenüberliegenden
Versuchsaufbau für Stromoberschwingungen verursacht und zeigt deutlich auf, daß die
hier verwendete Netznachbildung keine ideale Entstörung des Netzes bietet.
2.1.2.6 Messung mit RV= 1,2 kΩ, 300 µH-Drossel, ohne Kondensator und Netzfilter
Abbildung 7: TR-Ausgabe für die Messung mit 300 µH-Induktivität
Die Erhöhung der Induktivität von 130 µH auf 300 µH brachte im Vergleich zur vorherigen
Versuchsanordnung eine Verbesserung: so werden jetzt nur noch die Grenzwerte für die
Frequenzen unterhalb 700 kHz überschritten. Diese Lösung ist somit mit der des
Netzfilters in etwa gleichwertig, hat aber bei genauerer Betrachtung im mittleren
Frequenzband höhere Störpegel.
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2.1.2.7 QPEAK-Messung
Abbildung 8: TR-Ausgabe für die Messung mit 330 µH-Induktivität
Bei der QPEAK-Messung wurde für die Zeitdauer von 500 ms der Bereich zwischen 150
kHz und 600 kHz für die vorherige Schaltung untersucht und mit der Zoomfunktion
vergrößert dargestellt. Gut sichtbar ist die Überschreitung der zulässigen Grenzwerte,
wenn auch nur minimal.
2.1.2.8 Messung mit RV= 1,2 kΩ, 470 µH-Drossel und 220 nF-Kondensator, ohne Filter
Abbildung 9: TR-Ausgabe für die Messung mit 330 µH-Induktivität
Die nochmalige Erhöhung der Induktivität auf 470 µH und das zusätzliche Einbauen einer
Kapazität mit 220 nF brachte nun endlich das erhoffte Ergebnis: die Schaltung hält nun
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über den gesamten Frequenzbereich von 150 kHz bis 30 MHz die geforderten Grenzwerte
ein.
2.1.3 Meßwerttabelle
Messung
Entstörmaßnahme
wirksamer
Frequenzbereich
maximaler
Störpegel
Bemerkung
gr7-0
keine
keiner
87 dbµV
Messung ohne Prüfling
gr7-1
keine
> 3,5 MHz
93 dbµV
gr7-2
Änderung von RV auf 1,2 kΩ
> 1,5 MHz
82 dbµV
gr7-3
Einbau eines Netzfilters
> 700 kHz
84 dbµV
gr7-4
130 µH-Drossel
> 1 MHz
80 dbµV
gr7-5
300 µH-Drossel
> 700 kHz
80 dbµV
gr7-7
470 µH-Drossel, 220 nFKondensator
komplett
45 dbµV
Einzige normgerechte
Schaltung
2.2 Phasenanschnittsteuerung (Dimmerschaltung)
2.2.1 Meßschaltung
Abbildung 10: Meßschaltung für die Phasenanschnittsteuerung
Die Phasenanschnittsteuerung erfolgt mit einem Diac. Dabei wird der Kondensator über
den Vorwiderstand R1 und das Poti R2 und die niederohmige Last von der Netzspannung
geladen. Bei Überschreitung der Schaltspannung des Diac zündet der Triac. Der
Stromfluß durch die Glühbirne bleibt bis zum Nulldurchgang der Spannung erhalten. Dann
löscht der Triac und bleibt gesperrt bis der Kondensator sich über die Netzspannung
erneut auf die negative Schaltspannung aufgeladen hat. Der Triac zündet wieder und der
Vorgang wiederholt sich. Mit dem Poti R2 wird die Ladezeit des Kondensators und somit
der Zündwinkel eingestellt.
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Neben der Messung der Funkstörspannung mit dem PMM9000 kommt ein Oszilloskop
zum Einsatz, mit dem Spannung und Zündwinkel ermittelt werden können.
Die Ausgangsspannung wird mit dem Poti zunächst auf 120 V eingestellt. Der abgelesene
Zündwinkel beträgt somit ca. 160°
2.2.2 Meßreihen
2.2.2.1 Messung ohne Drossel, Kondensator und ohne Netzfilter
Abbildung 11: Phasenanschnittsteuerung ohne Entstörmaßnahme
Die Phasenanschnittsteuerung ohne jegliche Entstörmaßnahme überschreitet fast im
gesamten Frequenzspektrum die zulässigen Grenzwerte um ein Vielfaches. Erst bei
Frequenzen über ca. 13 MHz sinken die Störpegel unter die zulässigen Werte.
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2.2.2.2 Messung mit 300 µF-Drossel, 220 nF-Kondensator, ohne Netzfilter
Abbildung 12: Phasenanschnittsteuerung ohne Entstörmaßnahme
Der Einbau einer Drossel mit 300 µH Induktivität und eines Kondensators mit 220 nF
ändert das Verhalten der Schaltung grundlegend: Abgesehen von einem kleinen Fenster
zwischen 200 kHz und 300 kHz werden die Grenzwerte im mittleren Frequenzband bis hin
zu einer Frequenz von 3,5 MHz nur minimal überschritten.
Dafür ist die Schaltung selbst unbrauchbar, da durch die Bauteildimensionierung ein
Schwingkreis aufgebaut wurde.
2.2.2.3 Messung mit 330µF-Drossel, 100nF-Kondensator, ohne Netzfilter
Abbildung 13: Phasenanschnittsteuerung mit 300 µH-Drossel und 220 nF-Kondensator
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Die Verringerung der Kondensatorkapazität beendet das Oszillieren der Schaltung. Die
von der Norm geforderten Grenzwerte für die Funkstörspannungungsmessung werden
jedoch nach wie vor nicht eingehalten. Mit einer Ausnahme im unteren Frequenzbereich
zwischen 160 kHz und etwa 300 kHz werden die zulässigen Störpegel bis hin zu einer
Frequenz von 4 MHz nicht unterschritten. Erst darüber werden die Anforderungen der
Norm erfüllt.
2.2.3 Meßwerttabelle
Messung
Entstörmaßnahme
wirksamer
Frequenzbereich
maximaler
Störpegel
Bemerkung
gr7-8
keine
> 13 Mhz
105 dbµV
Zündwinkel ca. 160°
gr7-9
300 µH-Drossel, 220 nFKondensator
200 kHz – 300 kHz
und > 3,5 MHz
74 dbµV
Schwingkreis aufgebaut
gr7-10
300 µH-Drossel, 100 nFKondensator
160 kHz – 300 kHz
und > 4 MHz
70 dbµV
2.3 Interpretation
Beim Versuchsaufbau zur Ermittlung der Funkstörspannung des Prüflings wurden zwei
verschiedene Ansteuerungsvarianten verwendet mit unterschiedlichen Resultaten
verwendet:
I. Optokoppler & Nullspannungserkennung
Bei dieser Schaltung traten von Anfang an nur Grenzwertüberschreitungen im unteren und
mittleren Frequenzband auf, dessen Pegel mit zunehmender Frequenz abnahmen. Dabei
zeigte sich, daß eine ausreichend große Drossel auf der einen Seite und eine ausreichend
dimensionierte Kapazität auf der anderen Seite notwendig sind, um die Richtlinien der
Norm VDE 0875 einzuhalten.
II. Phasenanschnittsteuerung
Die Phasenanschnittsteuerung gestaltete sie sich von Anfang an problematisch, da bereits
bei der Grundschaltung sehr hohe Störpegel auftraten, die erst jenseits der 13 MHzGrenze unter die zulässigen Grenzwerte fielen.
Die zwei durchgeführten Entstörversuche, die sich am ersten Versuch mit dem
Optokoppler und der Nullspannungserkennung orientierten, scheiterten hier und
verschlimmbesserten die Schaltung nur, indem ein Schwingkreis aufgebaut wurde.
Wahrscheinlich hätte eine nochmalige Erhöhung der Induktivität das Unterschreiten der
maximal zulässigen Störpegel zur Folge gehabt.
Aus beiden Versuchen ist die Erkenntnis ableitbar, daß besonders bei kleinen und
kompakten Schaltungen der Faktor des zusätzlichen Platz- und Gewichtsbedarfs
berücksichtigt werden muß, wenn eine Entstörinduktivität eingebaut wird, um die Norm
einzuhalten.
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