Elektromagnetisk kompatibilitet

Elektromagnetisk kompatibilitet ( EMC ) beskriver en teknisk enheds evne til ikke at forstyrre andre enheder gennem uønskede elektriske eller elektromagnetiske effekter eller blive forstyrret af andre enheder. Inden for elektroteknik er uønsket gensidig påvirkning ikke kun et spørgsmål om teknologi, men også et spørgsmål om lov.

Differentiering fra miljøkompatibilitet

Elektromagnetiske bølger, såsom lys eller højenergimikrobølger, har også indflydelse på levende væsener og naturen . EMC må ikke forveksles med elektromagnetisk miljøkompatibilitet (EMC), der omhandler virkningerne afikke-ioniserende elektromagnetisk stråling på miljø og mennesker.

Grundlæggende

Elektromagnetisk kompatibilitet betyder fravær af effekter på andre enheder og faciliteter, der kan føre til uønskede eller bevidste funktionsfejl i elektrisk eller elektronisk udstyr på grund af f.eks. B. elektriske, magnetiske eller elektromagnetiske felter og processer. Dette inkluderer allerede påvirkninger fra strømme eller spændinger.

Korrekt konstruktion og design er afgørende for at sikre den elektromagnetisk kompatible funktion af elektrisk udstyr. Bevis og bekræftelse af tilstrækkelig lav interferensfølsomhed og interferensemissioner er reguleret af EMC -retningslinjer og EMC -standarder.

Det europæiske EMC -direktiv definerer elektromagnetisk kompatibilitet som følger:

Heraf udledes de grundlæggende beskyttelseskrav, som alt elektrisk udstyr, der markedsføres, skal overholde. Beskyttelseskravene foreskriver, at udstyret på den ene side skal være så lavt, at z. B. radiomodtagere eller andet udstyr i interferensmiljøet påvirkes ikke på en utilladelig måde. Dette er en begrænsning af kilderne til interferens (såkaldt radiointerferensundertrykkelse ). På den anden side bør de forventede forstyrrelsesvariabler (felter, forstyrrelsesstrømme eller forstyrrelsesspændinger), der påvirker udstyret, ikke forringe dets funktion. Udstyret skal derfor være opsat tilstrækkeligt modstandsdygtigt over for interferens.

For udstyr, der overholder de relevante EMC -standarder, kan det antages, at beskyttelseskravene overholdes. I Tyskland er VDE eller DKE ansvarlig for at oprette og redigere standarderne. For nylig er standarderne blevet mere og mere tilpasset på internationalt plan. Derfor spiller internationale standardiseringsorganisationer som IEC , CENELEC og CISPR en stadig vigtigere rolle i Tyskland.

teori

Forskellige typer af koblinger

Den sædvanlige interferenskoblingsmodel er baseret på udtrykkene interferenskilde, koblingssti og interferensvask. Interferensgenererende udstyr er (engl. Kilde eller synder) som kilde til interferens, det berørte udstyr er henholdsvis som en støjmodtager (engl. Offer eller last) . For at vasken kan påvirkes af kilden, skal forstyrrelsen nå vasken, så den kan fungere som en forstyrrelsesvariabel der. Stien mellem kilde og vask kaldes koblings- eller koblingssti. I EMC er kriteriet for kvaliteten af ​​signaloverførsel signal-støj-forholdet .

Der skelnes mellem naturlige og tekniske kilder til interferens og interferensvaske. Et eksempel på en naturlig kilde til interferens er lyn , naturlige dræn kan være levende væsener. Typiske tekniske kilder til interferens er f.eks. B. frekvensomformere , typiske tekniske interferensvaske er z. B. radiomodtagere.

Når levende væsener påvirkes af elektriske, magnetiske eller elektromagnetiske variabler, taler man også om elektromagnetisk miljøkompatibilitet eller EMC . Beskyttelse mod lyn behandles under betegnelsen lynbeskyttelse . Beskyttelse mod elektrostatisk udladning betragtes ofte også separat.

Der skelnes mellem følgende koblingsmekanismer:

• Den galvaniske kobling , teknisk mere præcis impedanskobling , opstår ved de fælles impedanser af interferenskredsløbet med interferensvasken. Dette kan være almindelige komponenter eller liniesektioner i begge kredsløb via z. B. udligningsstrømme strømmer, der kobler spændinger via impedansen af ​​den fælles ledningssektion. I tilfælde af printkort kan impedanskobling også opstå via utilstrækkeligt dimensionerede jordbaner og back-up kondensatorer. Bemærk: Senest på dette tidspunkt er udtrykket impedanskobling teknisk set foretrukket frem for det sædvanlige udtryk galvanisk kobling , da en kondensator ikke giver en galvanisk forbindelse.
• Kapacitiv kobling beskriver påvirkningen af ​​et elektrisk felt , f.eks. B. Kobling til parallelle ledere i et kabel eller en kabelkanal eller parallelle ledere på et printkort. Denne effekt kan f.eks. B. forekommer mellem parallelle linjer med afslutningsimpedanser med høj modstand.
• Induktiv kobling beskriver indflydelsen af ​​et magnetfelt på en interferensvask. Den induktive kobling skabes ved magnetisk feltkobling, sædvanligvis i lederløkker, f.eks. B. mellem parallelle lederløkker, der hver har en lav modstandsafslutende impedans.
• Strålingskobling bruges, når et elektromagnetisk felt virker på en interferensvask. Elektriske ledere i et kabel eller på printkort kan fungere som en antenne og z. B. modtage radio- eller radiosignaler, der opstår på lederen som interferenssignaler.

Typer af lidelser

• Der er dynamiske forstyrrelser i strømførende ledere, som ændrer sig over tid, og også statiske forstyrrelser (især magnetiske og kapacitive forstyrrelser), der til enhver tid forbliver uændrede.

EMC er en sondring mellem kablet og feltrelateret interferens.

• De udførte støj overføres fra støjkilden direkte via forsynings- eller signallinjer for interferens sink.

En knitrende lyd på radioen kan for eksempel skyldes at slukke for et køleskab, slukke forsyningsspændingen ved hjælp af en temperaturkontakt genererer spændingsimpulser med et spektrum fra lyd til radiofrekvensområde. Hvis disse spændingsimpulser som følge af en ændring i strøm tilføres radioen via forsyningsledningen og demoduleres der, opstår der en revnerstøj.

Det eneste middel er generelt skræddersyet filtrering , der ikke forvrænger det faktiske nyttige signal.

• Alle kapacitive og induktive påvirkninger på elektriske eller magnetiske felter betegnes kort som feltrelateret interferens eller interferensfelter .

Den feltrelaterede interferens transmitteres til interferensvasken , for eksempel som et elektromagnetisk felt fra et kabel eller en ledende overflade som kilde til interferens , og modtages der f.eks. Af en leder, der fungerer som en antenne.

Et eksempel på en feltrelateret forstyrrelse er koblingen af ​​en GSM - mobiltelefontransmission til en lydenhed, f.eks. B. i en bilradio eller i en fastnettelefon. Årsagen til dette er radiobølger fra mobiltelefonen, der trænger ind i enheden, demoduleres (rektificeres) på enhedernes halvlederkomponenter og derefter, forstærket med det nyttige signal, når højttaleren.

De typiske forstyrrende lyde opstår, fordi radiotelefonerne tænder og slukker HF -bæreren (GSM -signalet) ved en lav frekvens, dvs. i det hørbare frekvensområde, ved hjælp af en tidsdelingsmultiplexmetode .

Undgåelse af interferens

Et EMC-kompatibelt design af systemer eller enheder bruges til at undgå interferens. Man skelner

1. Foranstaltninger for at undgå forstyrrelser
2. Undgå at sprede sig fra kilden
3. Undgåelse af virkningerne af forstyrrelserne

Foranstaltningerne har prioritet i deres rækkefølge, hvorved de to første (aktive) foranstaltninger vedrører interferensemission og den tredje (passiv) immunitet eller immunitet mod interferens.

Interferens kan undgås ved at holde ændringsstrømmen og spændingshastigheden tilstrækkelig lille, så der ikke vises højere frekvenser i det spektrum, der utilsigtet spredes. Dette er dog ofte ikke muligt:

• Computere arbejder med stadig højere urfrekvenser.
• Skiftestrømforsyninger har høje driftsfrekvenser for at kunne gøre dem mindre.
• Powerelektronik har stejle skiftekanter for at være mere effektiv.

Det er derfor nødvendigt at forhindre forekomst og spredning af interferens under konstruktionen af ​​det interne kredsløb (layout af printkortet) ved at tage hurtigt skiftende strømme og undgå strukturer, der fungerer som antenner. Eventuelle forstyrrelser, der alligevel opstår, reduceres i deres spredning ved afskærmning og filtrering .

Vridningen af symmetriske signaler er både en aktiv og en passiv beskyttelse, fordi kapacitiv og induktiv stråling og indflydelse annullerer hinanden.

Afhængig af forstyrrelsessituationen er det hensigtsmæssigt enten at afbryde eller tilslutte elektriske jordreferencer :

• Såkaldte jordsløjfer kan undgås ved hjælp af elektrisk isolering, eller de strømme, der strømmer i dem, kan reduceres ved hjælp af et kappe-strømfilter .
• Kabelskærme, der påføres højfrekvent-tætte på begge sider, når de kommer ind i et afskærmningshus, kan forhindre højfrekvent penetration og stråling.
• Lavinduktion, brede jordforbindelser kan reducere potentielle forskelle mellem enheder og dermed gøre signalforbindelser mellem dem mere sikre.
• Varistorer , suppressordioder og overspændingsafledere afleder spændingstransienter ved kablet / enhedens grænseflader til jorden, hvis spændingsniveauet overstiger et kritisk niveau for nedstrøms komponenter.

Tekniske konsekvenser

De elektromagnetiske bølger kan for eksempel generere spændinger eller strømme i kredsløb. I det enkleste tilfælde kan disse føre til støj på fjernsynet , i værste fald til fejl i elektronikken.

Den elektromagnetiske kompatibilitet sikrer, at f.eks. Hjertestartere eller kontrolelektronikken til motorkøretøjer og fly ikke i det mindste fejler op til en defineret forstyrrelsesvariabel. Betjening af mobiltelefoner i fly er mulig under visse betingelser, men er generelt endnu ikke tilladt overalt (jf. LuftEBV ). Et af luftfartskravene er bevis på flyets elektromagnetiske kompatibilitet med mobilkommunikationsstandarden.

Elektromagnetisk kompatibilitet kræver også særlig opmærksomhed inden for industriel maskine- og anlægskonstruktion samt i skibsbygning. Her skal kraftfulde elektromekaniske aktuatorer og følsomme sensorer ofte arbejde sammen uden forstyrrelser i et begrænset rum.

Lovbestemmelser

I EU kræver lovgiverne dem, der markedsfører elektriske apparater på markedet i Tyskland, at overholde de relevante beskyttelseskrav gennem loven om elektromagnetisk kompatibilitet af udstyr , som er angivet i de relevante standarder i form af grænseværdier for interferensimmunitet eller interferens .

Mere om dette emne findes under søgeordet CE-mærkning med oplysninger om EMC-direktivet , som ofte skal bruges sammen med lavspændingsdirektivet .

Som regel forudsættes overholdelse af beskyttelseskravene, hvis de harmoniserede europæiske standarder ^{[1], der} gælder for enheden, overholdes for at garantere problemfri drift af elektriske apparater for alle kunder og borgere. Dette fører ofte til, at den person, der tilbyder en enhed på det europæiske marked, bruger EMC -test eller tilsvarende verifikationsmetoder til at bevise EMC. Afhængig af enhedens kompleksitet er enkle plausibilitetshensyn egnede som ækvivalente verifikationsmetoder. For eksempel vil en glødelampe , der ikke indeholder andre elektriske eller elektroniske komponenter end glødetråden, i sig selv ikke overstige grænseværdier for højfrekvente emissioner under drift.

I løbet af de sidste par år er kravene til mange produktområder blevet harmoniseret i Europa. B. fastsat i EMC -direktivet.

I Tyskland er Federal Network Agency (tidligere tilsynsmyndighed for telekommunikation og post ), forbundskontoret for strålingsbeskyttelse og de føderale væbnede styrker de myndigheder, der er ansvarlige for at overvåge overholdelse af beskyttelseskrav eller grænseværdier inden for rammerne af forordningen om verifikationsproceduren for begrænsning af elektromagnetiske felter .

Ifølge EMC -direktivet i EU er luftfartsudstyr fritaget for CE -mærkning. Det falder ind under direktiv 216/2008 / EU. Luftfartssektoren er under tilsyn af EASA.

Normer

litteratur

• Adolf J. Schwab, Wolfgang Kürner: Elektromagnetisk kompatibilitet . 6., arr. og opdateret udgave. Springer, Berlin 2011, ISBN 978-3-642-16609-9 .  
• Georg Durcansky: EMC-kompatibelt enhedsdesign. Franzis, Poing 1999, ISBN 978-3-7723-5385-7 .  
• Tim Williams: EMC -retningslinjer og deres implementering . Elektor, Aachen 2000, ISBN 3-89576-103-6 .  
• Joachim Franz: EMC, fejlsikker konstruktion af elektroniske kredsløb . Teubner, Stuttgart / Leipzig / Wiesbaden 2002, ISBN 3-519-00397-X .  
• Thomas Brander, Alexander Gerfer, Bernhard Rall, Heinz Zenker: Trilogi af induktive komponenter - applikationsmanual til EMC -filtre, clocked strømforsyninger og HF -kredsløb, 4. reviderede og udvidede udgave . Würth Elektronik, Waldenburg 2008, ISBN 978-3-89929-151-3 .  
• Hasse, EU Landers, J. Wiesinger, P. Zahlmann: VDE -publikationer Bind 185. EMC - lynbeskyttelse af elektriske og elektroniske systemer i bygninger - risikostyring, planlægning og implementering i henhold til de nye standarder i serien VDE 0185-305 . 2. fuldstændig revideret og eksp. Udgave. VDE, Berlin 2007, ISBN 978-3-8007-3001-8 .  
• Ernst Habiger : EMC Lexicon 2011–2500 Vilkår og forkortelser fra EMCs verden . 4. opdaterede og udvidede udgave med cd-rom. Weka, Kissing 2010, ISBN 978-3-8111-7895-3 .  

Weblinks

Commons : Elektromagnetisk kompatibilitet - Samling af billeder, videoer og lydfiler

• CE- og EMC -test i praksis - elektromagnetisk kompatibilitet. Kolter Electronic, arkiveret fra originalen den 5. april 2018 ; tilgås den 27. november 2018 .  
• EMC let opnået - Pocket Guide (PDF; 1,1 MB), ZVEI -publikation om EMC -kompatibelt design af industrielle systemer.
• EMC -direktiv (tysk)
• EMC -leksikon for det tyske samfund for EMC -teknologi
• EMC leksikon
• K.-H. Højhus: Nuværende krav til elektromagnetisk kompatibilitet (EMC).
• Grundlæggende om EMC og PowerQuality

Individuelle beviser

1. ↑ Europæiske standarder. Harmoniserede standarder. Europa -Kommissionens websted. Hentet 14. september 2015.