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Netznachbildungen einer neuen Generation

Netze nachbilden, EMV beherrschen

1 Schema-tischer Meßaufbau der Netznachbildung

  1 Schematischer Meßaufbau der Netznachbildung
2 Typischer linearer Frequenzverlauf im Bereich bis 30 MHz

2 Typischer linearer Frequenzverlauf im Bereich bis 30 MHz
  3 Typischer Frequenzverlauf mit 40 dB Dämpfung 

3 Typischer Frequenzverlauf mit 40 dB Dämpfung
  4 Netznachbildung LISN 2V/16

 4 Netznachbildung LISN 2V/16

Für die Einhaltung europäischer EMV-Normen werden entweder umfangreiche Meßsysteme oder ein EMV-Prüfplatz benötigt. Der kostengünstigere Mittelweg besteht darin, sich nur einige wenige Meßmittel anzuschaffen, um damit den äußerst wichtigen Bereich der Emission leitungsgebundener Störspannungen entwicklungsbegleitend zu begutachten.

Seit Beginn des Jahres 1996 verlangt der Gesetzgeber vom Hersteller elektrischer und elektronischer Geräte den Nachweis der Einhaltung der europäischen EMV-Normen. Dieser Forderung kann nachgekommen werden, indem der Hersteller einen eigenen EMV-Prüfplatz errichtet. Die dazu notwendigen Geräte stellen allerdings, wenn man auf Vollständigkeit bedacht ist, einen erhebliche Kostenfaktor dar, der für viele Firmen nicht akzeptabel ist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, ein akkreditiertes Testhaus mit den Messungen zu beauftragen. Die Nachteile hierbei sind Wartezeiten, die aufgrund des steigenden Bedarfs in die Entwicklungszeit eingerechnet werden müssen und ein Kostenaufwand auch bei erfolgloser Messung.

Kostengünstige Alternative

Ein kostengünstiger Mittelweg besteht darin, sich nur einige wenige Meßmittel anzuschaffen und damit wenigstens den äußerst wichtigen Bereich der Emission leitungsgebundener Störspannungen entwicklungsbegleitend zu begutachten. Der Gerätehersteller benötigt dazu einen Meßempfänger oder einen Spektrum Analysator und eine Netznachbildung. Schon mit diesem Aufbau kann ermittelt werden, welche Funkstörspannung ein Prüfling an das angeschlossene Leitungsnetz abgibt.

Die Netznachbildung hat die Aufgabe, dem Meßobjekt eine definierte Lastimpedanz zur Verfügung zu stellen und gleichzeitig eine HF-bezogene Trennung des Meßobjekts zum angeschlossenen Leitungsnetz zu realisieren. Diese Notwendigkeit resultiert daraus, daß mit der Harmonisierung der EMV-Normung Kennwerte und Randbedingungen geschaffen werden mußten, die eindeutig reproduzierbar sind. Da bei einem Prüfling die Quellimpedanz der hochfrequenten Störspannung nicht bekannt ist, muß also wenigstens die Lastimpedanz vorgegeben sein. Für verschiedene Verwendungszwecke und Stromstärken werden in der VDE 0876 Teil 1 nähere Angaben zu den einzusetzenden Lastimpedanzen, die dort als Nachbildwiderstände bezeichnet werden, gemacht (Bild 1).

Aufbau und Wirkungsweise

Bei der Konstruktion von Netznachbildungen ist eine Lastimpedanz, bestehend aus einer Teilimpedanz (50 µH und 5 q) parallelgeschaltet zu einer Eingangsimpedanz (50 q), weit verbreitet. Hierbei stellt die Teilimpedanz die Netznachbildung selbst zur Verfügung. Die parallel geschaltenen 50 q sind die Eingangsimpedanz des Funkstörmeßempfängers. Da dieser Nachbildwiderstand in der Norm so definiert ist, kann auch nur ein Meßempfänger mit dieser Eingangsimpedanz verwendet werden.

Bei einem einphasigen Prüfling mit Schutzkontaktanschluß werden sowohl der L- als auch der N-Leiter jeweils an einem Nachbildwiderstand angeschlossen. Ähnliches gilt auch bei einem Prüfling mit vierphasigem Anschluß. Bei der Schaltung der Nachbildwiderstände untereinander gibt es wieder Unterschiede nach dem Verwendungszweck. Zur Nachbildung von Stromversorgungsnetzen oder Stromversorgungen mit niedrigem Innenwiderstand werden sogenannte V-Netznachbildungen eingesetzt, weil es hierbei vorrangig um die Erfassung unsymmetrischer Funkstörspannungen geht. Dabei sind die Nachbildwiderstände aller Leiter an eine gemeinsame Bezugsmasse geschaltet. In einer zweipoligen Anordnung sieht diese Zusammenschaltung V-förmig aus, was dieser Netznachbildung den entsprechenden Namen verlieh.

Darüber hinaus gibt es noch solche Geräte, die auch zwischen den Leitern einen festgelegten Nachbildwiderstand haben. Diese werden zur Ermittlung von symmetrischen und asymmetrischen Funkstörspannungen, z.B. bei Fernmeldeanlagen, eingesetzt.

Um eine gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Nachbildwiderstände untereinander und durch das angeschlossenen Leitungsnetz zu verhindern, verlangt die VDE 0876 eine ausreichende hochfrequenzmäßige Entkopplung. Diese kann mittels eines Tiefpasses zwischen Netzeingang und Nachbildwiderstand erreicht werden.

Praxis heutiger Netznachbildungen

Mit der Kenntnis der von der Norm vorgeschriebenen Werte für die Lastimpedanz von Netznachbildungen und deren einfacher Nachbau ist es jedoch nicht getan. Die parasitären Anteile der beteiligten Induktiväten und Kapazitäten verursachen durch Resonanzeffekte eine nicht tolerierbare Abweichung der Lastimpedanz vom vorgeschriebenen Wert. Ebenfalls sind die Lage der Bauelemente zueinander und die Bauform und Qualität der eingesetzten Materialien und Komponenten entscheidend für die Konstruktion einer hochwertigen Netznachbildung.

Auf diesem Gebiet hat Bajog electronic in letzter Zeit entscheidende Entwicklungsergebnisse für die Produktion von Netznachbildungen mit einer Stromstärke von 16 und 25 A, ein- und dreiphasig, erzielt. Als Option wird eine intelligente Netznachbildung mit Schnittstelle (computergesteuert) für diese Leistungsklassen angeboten. Dieses Feature ist heute bei automatisierten Prüf-abläufen unverzichtbar geworden. Auf der Basis dieser Erkenntnisse und deren Vervollkommnung werden mittelfristig Hochstromnetznachbildungen bis ca. 800 A Nennstromstärke produziert.

Die besonderen Vorteile dieser Netznachbildungen von Bajog electronic sind:

- das geringe Kanalübersprechen über den gesamten Frequenzbereich. Daher ist eine gute Störspannungs-Meßauswertung jedes einzelnen Kanals möglich,

- der zuschaltbare Überspannungsbegrenzer;

- die extrem stabile Linearität von 9 kHz bis 30 MHz und

- das durchdachte Design.

Die gegenwärtig verfügbare Netznachbildung LISN 2V/16 zeichnet sich im Bereich bis 30 MHz durch einen annähernd linearen Frequenzverlauf aus.

Damit wird sie der DIN VDE 0876 gerecht. Durch eine weitere Optimierung des neuentwickelten inneren Aufbaus wird zukünftig die Linearität zu höheren Frequenzen hin verbessert (Bild 2).

Um zwischen den einzelnen Nachbildstromkreisen eine Dämpfung von mindestens 40 dB nach DIN VDE 0876 zu erreichen, wurden spezielle konstruktive Maßnahmen durchgeführt (Bild 3). Aus dem Vergleich beider Kurven wird ersichtlich, daß die Dämpfung des Übersprechens von einem Nachbildstromkreis auf den anderen im Frequenzbereich bis 30 MHz die geforderten 40 dB immer weit übertrifft. Dieses Qualitätsmerkmal ist besonders beim Lokalisieren der Störspannungsquelle von Nutzen.

Diese genannten Voraussetzungen ermöglichen dem Anwender beim Einsatz der LISN 2V/16 sehr genaue Messungen und damit eine qualitativ hochwertige Einschätzung der verwendeten Prüflinge. Darüber hinaus wurde zum Schutz der angeschlossenen Meßempfänger vor Überspannungen bei Schaltvorgängen oder Ausfällen im Prüfling ein zuschaltbares Begrenzungsmodul integriert. Weitere Leistungsdaten der Zweileiter-V-Netznachbildung LISN-2V/16 (Bild 4) sind u.a. die Nenntemperatur von 0 bis +50°C sowie die Toleranz kleiner ±20% (VDE 0876). Als Anschlüsse stehen zur Verfügung Netzspannungseingang (Schutzkontaktstecker), Netzspannungsausgang für Prüfling (Schutzkontaktsteckdose), Meßausgang (BNC-Buchse), Handnachbildung (4-mm-Buchse) sowie Fernsteuerung (9polige Sub-D-Buchse).

Durch eine kostengünstige Zusammenstellung von EMV-Meßgerätetechnik wird es dem Gerätehersteller ermöglicht, EMV-Probleme schnell zu beherrschen und damit am Markt einen Wettbewerbsvorsprung zu sichern.

Gerd Bajog ist Gesellschafter der Bajog electronic GmbH, Pilsting

Dieser Artikel stammt aus Community-Indicator

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