Роль и влияние фильтра EMI в промышленном производстве
2022-09-21
Da die industrielle Automatisierung digitaler wird, nimmt die Empfindlichkeit von Geräten gegenüber elektromagnetischen Störungen (EMI) zu. Das Filtern und/oder Abschirmen dieser Geräte vor EMI ist unerlässlich, um einen unterbrechungsfreien Betrieb und die erwartete Leistung sicherzustellen. Dies ist besonders wichtig, da die Steuerung aufgrund von Störungen ausfallen kann, was zu Ausgangsausfällen führt. Dies kann zu schweren Unfällen und/oder Produktionslinienausfällen führen, was zu Produktivitätsverlusten führt.
Im industriellen Umfeld arbeiten Maschinen auf engstem Raum und sind daher störanfällig. EMI-Filter können eine Schlüsselrolle bei der Verhinderung von Rauschausbreitung und Interferenzen spielen.
Eine Umgebung wie eine Fabrik ist voller potenzieller Störquellen. Jetzt, da die Automatisierung immer häufiger wird, ist es wichtiger denn je, Maschinen vor unerwünschter EMI zu schützen. Zu den gängigen EMI-Industriequellen gehören:
· Kommutierung: Das Ein- und Ausschalten der Stromversorgung erzeugt starke Transienten. Je höher die Last, desto höher der Transientenpegel, der schwerwiegende Ausfälle verursachen kann. Wenn das Ein- und Ausschalten/Schalten der Stromversorgung mit hohen Raten erfolgt (z. B. bei einem Mikroprozessorchip oder einem Kommutator für einen Bürstenmotor), werden Transienten wiederholt mit sehr hohen Raten erzeugt, was zu hochfrequentem Rauschen führt.
· Servo- und variable Frequenzantriebe (VFD): Dies sind die häufigsten Geräuschquellen in industriellen Automatisierungsumgebungen. Diese Treiber schalten Frequenzen (normalerweise zwischen 8 kHz und 20 kHz), um Impulse zu erzeugen, die zur Regelung des Motors verwendet werden. Die Flanken dieser Pulse sind nur wenige Nanosekunden lang. Diese können durch das gesamte System einschließlich des Bodens übertragen werden.
· Schaltnetzteile (SMPS): SMPS erzeugen höhere EMI-Werte als lineare Netzteile. Schaltnetzteile verwenden Hochfrequenzimpulse (typischerweise zwischen 40 kHz und 200 kHz), um Gleichspannungen aus Wechselstrom zu erzeugen. Diese Impulse haben scharfe Kanten, was zu viel unerwünschtem Rauschen führt.
· Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV): Im Falle eines Stromausfalls führt die USV eine Gleichstrom-Wechselstrom-Umwandlung durch. Die von der USV gelieferte Wechselspannung ist weit von der echten Sinuswelle der Versorgungsspannung entfernt. Es sieht eher aus wie eine Rechteckwelle mit einer scharfen Kante. Diese Flanken, kombiniert mit dem überwältigenden Rauschen, das während der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom erzeugt wird, können am Ausgang ein signifikantes Hochfrequenzrauschen erzeugen.
· Dimmerschaltungen: Dimmerschalter auf Basis bidirektionaler Thyristoren erzeugen periodische Spitzen, die mit der Netzfrequenz synchronisiert sind, was zu hochfrequentem Rauschen führt.
· Oberschwingungen: Nichtlineare Lasten, die eine AC-DC-Umwandlung durchführen, verursachen hochfrequente Oberschwingungen bei der AC-Grundfrequenz. Diese Oberschwingungen können eine Verzerrung von AC-Wellenformen verursachen, was sich nachteilig auf den normalen Betrieb von leistungselektronischen Geräten und Maschinen auswirkt. Die ungeradzahlige Harmonische ist gegenüber der Grundfrequenz phasenverschoben, was zu ernsthaften Systemproblemen führt. Oberschwingungen sind wie sehr niederfrequentes Rauschen.
· Elektrostatische Entladung (ESD) verursacht kurze Spannungsspitzen oder Impulse. Dies ist besonders schädlich für empfindliche Geräte wie Mikroprozessorchips und andere Halbleiter oder winzige elektronische Geräte. Es ist ein Immunitätsproblem.
Viele Geräte wie Servoantriebe und rotierende Maschinen verbrauchen in kurzer Zeit viel Energie, was zu hohen Spannungsspitzen führen kann. Diese Spitzen erzeugen hohe EMI-Werte, die Geräte in der Nähe überwältigen, indem sie ihre normale Funktion unterbrechen. Diese Hochfrequenzausfälle können besonders schädlich sein, wenn sie in der Nähe von empfindlichen Geräten auftreten. Wenn die durch EMI erzeugte Spannung für die exponierten Geräte zu hoch ist, besteht die Gefahr von EOS.
EOS ist die Hauptursache für die Beschädigung von Komponenten integrierter Schaltkreise (IC). Wenn Sie Automatisierung in Ihren Prozessen einsetzen, hängen Ihre täglichen Betriebsfunktionen von Ihrer Fähigkeit ab, EMI in Ihrer Einrichtung zu verhindern und zu unterdrücken. Um EOS zu minimieren, müssen Sie die Ursprünge von EMI sowohl auf Anlagenebene als auch auf Bodenebene verstehen.
Überlegen Sie, welche Maschinen dazu neigen, die meisten Geräusche zu erzeugen, und welche Teile jeder Maschine interne Interferenzen verursachen. Diese Informationen können Ihnen dabei helfen, den besten Weg zur Implementierung von EMI-Unterdrückungsgeräten wie Filtern zu formulieren.
Bemühungen zur Verringerung der EMI-Exposition von Industriemaschinen sind sinnvoll, insbesondere jetzt, da Wireless Local Area Networks (WLans) in Industrieanlagen immer häufiger vorkommen. Beim Bau von Elektrowerkzeugen möchten Sie mehr tun, als nur extern erzeugte EMI herauszufiltern – Sie möchten auch die Rauschausbreitung im Inneren des Geräts abschwächen, um zu verhindern, dass es interne Interferenzen erzeugt.
Die Berücksichtigung der oben genannten Faktoren in der frühen Entwurfsphase führt oft zu kostengünstigeren Optionen. Im Folgenden finden Sie einige Designvorschläge zur Reduzierung und Vermeidung von EMI in der industriellen Automatisierungstechnik:
·EMI-Filter: EMI-Filter unterdrücken nicht nur unerwünschtes übertragenes Rauschen, sondern unterstützen Sie auch bei der Einhaltung industrieller EMI-Normen wie CISPR 11, EN61000-6-3 und EN61000-6-4.
· Abschirmung: Dies ist eine mechanische Konstruktionstechnik zum Anbringen einer Erdungsabschirmung aus magnetischem oder leitfähigem Material um das System herum. Die Abschirmung schützt das System vor abgestrahltem Rauschen.
· Entkopplungskondensatoren: Die Platzierung von Kondensatoren in der Nähe der Stromversorgungsstifte des HF-IC hilft, abgestrahlte EMI zu reduzieren.
· Kurzer Rückweg: Lange kreisförmige Rückwege wirken oft als strahlende Antennen, was zu EMI führt. Indem Sie die Gerätemasse direkt mit der Masseebene verbinden, können Sie den Störpegel erheblich reduzieren.
Die Hauptfunktion des EMI-Filters besteht darin, die Interferenz des Hochfrequenzimpulses des externen Stromnetzes mit der Stromversorgung herauszufiltern und auch die elektromagnetische Interferenz des Schaltnetzteils selbst mit der Außenwelt zu reduzieren. In der Tat ist es eine der Eigenschaften von Induktivität und Kapazität, die etwa eine Frequenz von 50 Hz Wechselstrom durch den Filter fließen lassen kann, aber höher als die von mehr als 50 Hz Frequenz Interferenzrauschfilterfilter, daher hat es einen anderen Namen, genannt EMI-Filter Tiefpassfilter (Mr) auf TV, ihre Bedeutung, für Niederfrequenz passieren können, während die Hochfrequenzfilter.
Sekundärer EMI-Filterschaltkreis
In hochwertigen Netzteilen gibt es zwei EMI-Filterschaltungen, von denen sich eine an der Steckdose und die andere auf der Leiterplatte des Netzteils befindet (es gibt Fälle, in denen beide EMI-Filterschaltungen auf der Leiterplatte hergestellt sind Tafel). Diese beiden EMI-Schaltungen können hochfrequente Störungen und gleichphasige Störströme im Stromnetz gut herausfiltern. Gleichzeitig wird die in der Stromversorgung erzeugte elektromagnetische Strahlung auf ein Minimum reduziert, so dass die Menge an elektromagnetischer Strahlung, die in die Stromversorgung gelangt, keine nachteiligen Auswirkungen auf den menschlichen Körper oder andere Geräte hat. Netzteile von schlechter Qualität lassen normalerweise die EMI-Filterschaltung der ersten Stufe und sogar die EMI-Filterschaltung der zweiten Stufe weg.
Im industriellen Umfeld arbeiten Maschinen auf engstem Raum und sind daher störanfällig. EMI-Filter können eine Schlüsselrolle bei der Verhinderung von Rauschausbreitung und Interferenzen spielen.
Eine Umgebung wie eine Fabrik ist voller potenzieller Störquellen. Jetzt, da die Automatisierung immer häufiger wird, ist es wichtiger denn je, Maschinen vor unerwünschter EMI zu schützen. Zu den gängigen EMI-Industriequellen gehören:
· Kommutierung: Das Ein- und Ausschalten der Stromversorgung erzeugt starke Transienten. Je höher die Last, desto höher der Transientenpegel, der schwerwiegende Ausfälle verursachen kann. Wenn das Ein- und Ausschalten/Schalten der Stromversorgung mit hohen Raten erfolgt (z. B. bei einem Mikroprozessorchip oder einem Kommutator für einen Bürstenmotor), werden Transienten wiederholt mit sehr hohen Raten erzeugt, was zu hochfrequentem Rauschen führt.
· Servo- und variable Frequenzantriebe (VFD): Dies sind die häufigsten Geräuschquellen in industriellen Automatisierungsumgebungen. Diese Treiber schalten Frequenzen (normalerweise zwischen 8 kHz und 20 kHz), um Impulse zu erzeugen, die zur Regelung des Motors verwendet werden. Die Flanken dieser Pulse sind nur wenige Nanosekunden lang. Diese können durch das gesamte System einschließlich des Bodens übertragen werden.
· Schaltnetzteile (SMPS): SMPS erzeugen höhere EMI-Werte als lineare Netzteile. Schaltnetzteile verwenden Hochfrequenzimpulse (typischerweise zwischen 40 kHz und 200 kHz), um Gleichspannungen aus Wechselstrom zu erzeugen. Diese Impulse haben scharfe Kanten, was zu viel unerwünschtem Rauschen führt.
· Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV): Im Falle eines Stromausfalls führt die USV eine Gleichstrom-Wechselstrom-Umwandlung durch. Die von der USV gelieferte Wechselspannung ist weit von der echten Sinuswelle der Versorgungsspannung entfernt. Es sieht eher aus wie eine Rechteckwelle mit einer scharfen Kante. Diese Flanken, kombiniert mit dem überwältigenden Rauschen, das während der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom erzeugt wird, können am Ausgang ein signifikantes Hochfrequenzrauschen erzeugen.
· Dimmerschaltungen: Dimmerschalter auf Basis bidirektionaler Thyristoren erzeugen periodische Spitzen, die mit der Netzfrequenz synchronisiert sind, was zu hochfrequentem Rauschen führt.
· Oberschwingungen: Nichtlineare Lasten, die eine AC-DC-Umwandlung durchführen, verursachen hochfrequente Oberschwingungen bei der AC-Grundfrequenz. Diese Oberschwingungen können eine Verzerrung von AC-Wellenformen verursachen, was sich nachteilig auf den normalen Betrieb von leistungselektronischen Geräten und Maschinen auswirkt. Die ungeradzahlige Harmonische ist gegenüber der Grundfrequenz phasenverschoben, was zu ernsthaften Systemproblemen führt. Oberschwingungen sind wie sehr niederfrequentes Rauschen.
· Elektrostatische Entladung (ESD) verursacht kurze Spannungsspitzen oder Impulse. Dies ist besonders schädlich für empfindliche Geräte wie Mikroprozessorchips und andere Halbleiter oder winzige elektronische Geräte. Es ist ein Immunitätsproblem.
Viele Geräte wie Servoantriebe und rotierende Maschinen verbrauchen in kurzer Zeit viel Energie, was zu hohen Spannungsspitzen führen kann. Diese Spitzen erzeugen hohe EMI-Werte, die Geräte in der Nähe überwältigen, indem sie ihre normale Funktion unterbrechen. Diese Hochfrequenzausfälle können besonders schädlich sein, wenn sie in der Nähe von empfindlichen Geräten auftreten. Wenn die durch EMI erzeugte Spannung für die exponierten Geräte zu hoch ist, besteht die Gefahr von EOS.
EOS ist die Hauptursache für die Beschädigung von Komponenten integrierter Schaltkreise (IC). Wenn Sie Automatisierung in Ihren Prozessen einsetzen, hängen Ihre täglichen Betriebsfunktionen von Ihrer Fähigkeit ab, EMI in Ihrer Einrichtung zu verhindern und zu unterdrücken. Um EOS zu minimieren, müssen Sie die Ursprünge von EMI sowohl auf Anlagenebene als auch auf Bodenebene verstehen.
Überlegen Sie, welche Maschinen dazu neigen, die meisten Geräusche zu erzeugen, und welche Teile jeder Maschine interne Interferenzen verursachen. Diese Informationen können Ihnen dabei helfen, den besten Weg zur Implementierung von EMI-Unterdrückungsgeräten wie Filtern zu formulieren.
Bemühungen zur Verringerung der EMI-Exposition von Industriemaschinen sind sinnvoll, insbesondere jetzt, da Wireless Local Area Networks (WLans) in Industrieanlagen immer häufiger vorkommen. Beim Bau von Elektrowerkzeugen möchten Sie mehr tun, als nur extern erzeugte EMI herauszufiltern – Sie möchten auch die Rauschausbreitung im Inneren des Geräts abschwächen, um zu verhindern, dass es interne Interferenzen erzeugt.
Die Berücksichtigung der oben genannten Faktoren in der frühen Entwurfsphase führt oft zu kostengünstigeren Optionen. Im Folgenden finden Sie einige Designvorschläge zur Reduzierung und Vermeidung von EMI in der industriellen Automatisierungstechnik:
·EMI-Filter: EMI-Filter unterdrücken nicht nur unerwünschtes übertragenes Rauschen, sondern unterstützen Sie auch bei der Einhaltung industrieller EMI-Normen wie CISPR 11, EN61000-6-3 und EN61000-6-4.
· Abschirmung: Dies ist eine mechanische Konstruktionstechnik zum Anbringen einer Erdungsabschirmung aus magnetischem oder leitfähigem Material um das System herum. Die Abschirmung schützt das System vor abgestrahltem Rauschen.
· Entkopplungskondensatoren: Die Platzierung von Kondensatoren in der Nähe der Stromversorgungsstifte des HF-IC hilft, abgestrahlte EMI zu reduzieren.
· Kurzer Rückweg: Lange kreisförmige Rückwege wirken oft als strahlende Antennen, was zu EMI führt. Indem Sie die Gerätemasse direkt mit der Masseebene verbinden, können Sie den Störpegel erheblich reduzieren.
Die Hauptfunktion des EMI-Filters besteht darin, die Interferenz des Hochfrequenzimpulses des externen Stromnetzes mit der Stromversorgung herauszufiltern und auch die elektromagnetische Interferenz des Schaltnetzteils selbst mit der Außenwelt zu reduzieren. In der Tat ist es eine der Eigenschaften von Induktivität und Kapazität, die etwa eine Frequenz von 50 Hz Wechselstrom durch den Filter fließen lassen kann, aber höher als die von mehr als 50 Hz Frequenz Interferenzrauschfilterfilter, daher hat es einen anderen Namen, genannt EMI-Filter Tiefpassfilter (Mr) auf TV, ihre Bedeutung, für Niederfrequenz passieren können, während die Hochfrequenzfilter.
Sekundärer EMI-Filterschaltkreis
In hochwertigen Netzteilen gibt es zwei EMI-Filterschaltungen, von denen sich eine an der Steckdose und die andere auf der Leiterplatte des Netzteils befindet (es gibt Fälle, in denen beide EMI-Filterschaltungen auf der Leiterplatte hergestellt sind Tafel). Diese beiden EMI-Schaltungen können hochfrequente Störungen und gleichphasige Störströme im Stromnetz gut herausfiltern. Gleichzeitig wird die in der Stromversorgung erzeugte elektromagnetische Strahlung auf ein Minimum reduziert, so dass die Menge an elektromagnetischer Strahlung, die in die Stromversorgung gelangt, keine nachteiligen Auswirkungen auf den menschlichen Körper oder andere Geräte hat. Netzteile von schlechter Qualität lassen normalerweise die EMI-Filterschaltung der ersten Stufe und sogar die EMI-Filterschaltung der zweiten Stufe weg.
