Vorkehrungen für eine EMV-gerechte Installation

Thema:

• Welche Vorkehrungen müssen getroffen werden, um eine EMV-gerechte Anlage aufzubauen (CE)?

Lösung:

Schirmung

Der Begriff „Schutzerde“ wird als Sicherheitserde im Sinne des Personenschutzes definiert. Der Begriff „Schirmerde“ umfasst die Verbindungsstellen, wo ein Kabelschirm verbunden wird. In der Regel weist die Schirmerde das gleiche Potential wie die Schutzerde auf.

Während dem der Anschluss eines Gerätes an die Schutzerde den Schutz vor einer Überspannung im Fehlerfall gewährleistet, bietet der Anschluss der Kabelschirme an die Schirmerde Schutz vor Störein- und abstrahlung.

Um die maximale Störunterdrückung bieten zu können, müssen Kabelschirme beidseitig und möglichst niederohmig mit der Schirmerde verbunden werden. Ausnahmen bedürfen einer Begründung (z.B. kritische Analogsignale mit kleinem Signalpegel).

maxon Verstärker weisen in der Regel ein Metallgehäuse auf. Im Idealfall wird das Gehäuse leitend auf eine metallene Montageplatte geschraubt. Die Kabelschirme können damit grossflächig mittels leitenden Kabelschellen mit der Montageplatte verbunden werden. Die Kabelschirme sind damit in idealer Weise auf der Verstärkerseite verbunden. Ist obige Anschlussmöglichkeit nicht möglich, sind die Schirme gemäss den Angaben in der Bedienungsanleitung möglichst niederohmig mit den mit „Earth“ bezeichneten Klemmen oder der Gehäuseschraube zu verbinden.

Schleifenbildung

Durch den beidseitigen Anschluss der Kabelschirme können Leiterschleifen entstehen. Bei kritischen Analogsignalen können eingekoppelte 50/60Hz Störungen dazu führen, dass der Schirm auf einer Seite nicht angeschlossen werden kann. In aller Regel sollen die Kabelschirme aber beidseitig angeschlossen werden. Treten wegen dem beidseitigen Anschluss Störungen auf, so können ein schlechtes Erdungskonzept oder ungünstige Kabelführungen mit grosser Schleifenbildung Ursachen dafür sein.

HF-Abblockung

Die HF-Abblockung mittels eines Ferrit-Ringkerns über einem Kabel bringt eine Verbesserung der Störfestigkeit gegenüber externen Störeinkopplungen. Dies ist hilfreich bei der Entstörung einer Anlage, welche im praktischen Betrieb mangelnde Störfestigkeit aufweist

Sinnvollerweise wird nur die Gesamtanlage, bestehend aus allen Einzelkomponenten (Motor, Sensor, Verstärker, Lageregler, Netzteil, EMV-Filter, Verkabelung etc.), einer EMV-Prüfung unterzogen, um damit einen störungsfreien CE-konformen Betrieb sicherzustellen.

Anschlüsse

Motor

• Bei getakteten (PWM) Verstärkern muss das Motorkabel abgeschirmt sein.
• Der Schirm ist beidseitig anzuschliessen (auf der Motorseite an das Gehäuse oder elektrisch damit verbundene mechanische Konstruktionen).
  Im folgenden Support-Center-Dokument finden Sie einige Informationen, wie Sie die Abschirmung des Kabels am besten an einen grossflächigen Masse-/Erdkontakt anschließen:
  -> Wie legt man den Kabelschirm auf Erde? 
  

  Ein solcher grossflächiger Massekontakt mit Hilfe von Erdklemmen, wie er in dem verlinkten Dokument beschrieben ist, ist dem Anschluss des Kabelschirms an einen einzelnen Erdungs-Pin eines Steckers (wie bei einigen Motorsteuerungen vorhanden) vorzuziehen. Eine solche "Litzen"-Verkabelung des Kabelschirms auf den Erdungs-Pin eines Steckers kann sogar zu einer Art kleiner Antenne führen und die Abstrahlung erhöhen. 

• Achten Sie darauf, dass ein gut leitender grossflächiger Erdkontakt vorhanden ist und dieser nicht durch die Lackierung oder eloxierte Metallflächen blockiert wird.
  
  

• Nur für DC-Motoren, die aus einer Batterie oder mit linearen Gleichspannung (eines Netzteils oder Linear-Servoverstärkers) versorgt werden:
  Bei DC-Motoren ohne CLL-Scheiben ist wegen der Funkenbildung im Kommutator eine Entstörung direkt beim Motor empfehlenswert. 

Wichtiger Hinweis / Einschränkung:

Das Hinzufügen von externen Kondensatoren, wie im obigen Diagramm dargestellt, kann im Falle einer PWM-Endstufe zu einer sporadisch fehlerhaften Motorstrommessung und Regelung führen.

Bei dem Einsatz von modernen Motorsteuerungen mit PWM-Endstufen (wie bei maxon's ESCON, EPOS, MAXPOS) sollten keine zusätzlichen externen Kondensatoren dem Motor hinzugefügt werden und nach Möglichkeit auch keine DC-Motoren mit CLLs verwendet werden!

Ein zusätzliches Entstörfilter, das teilweise oder nur aus Kondensatoren besteht, kann bei PWM-Endstufen die Strommessung dauerhaft oder sporadisch verfälschen und zu einem unvorhersehbaren, fehlerhaften Reglerverhalten führen. Das Hinzufügen von Kondensatoren als Entstörfilter ist deshalb nur bei DC-Motoren empfohlen, die direkt aus einem Netzteil oder Akku versorgt werden (d.h. ohne eine Steuerung mit PWM-Leistungsendstufe).

Hallsensoren

• Abgeschirmtes Kabel
• Schirm beidseitig anschliessen
• Als eigenes Kabel (nicht in Motorkabel) führen

Encoder

• Die Paare „Kanal A, Kanal A\“, „Kanal B, Kanal B\“, „Indexkanal I, Indexkanal I\“ müssen je verdrillt sein.
• Bei stark gestörter Umgebung kann ein beidseitig angeschlossener Kabelschirm notwendig sein.

Resolver

• Abgeschirmtes Kabel
• Die Paare „cos+/cos-„, „sin+/sin-„ und “Resolver Primär/GND Primär” müssen je verdrillt und paarweise abgeschirmt sein.
• Auf der Resolverseite dürfen die Abschirmungen nicht auf das Steckergehäuse (=Motorgehäuse) gelegt werden um Erdschleifen zu verhindern.

Analogsignale (Sollwerte)

• Abgeschirmtes Kabel empfohlen
• Schirm in der Regel beidseitig anschliessen. Bei 50/60Hz Störproblemen, Schirm einseitig abhängen.

Digitale I/O Signale

• In der Regel keine Schirmung notwendig

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