Vollständiger Leitfaden zur Auswahl eines EFT-Störfestigkeitsprüfsystems für die industrielle EMV-Konformität

Zusammenfassung |
In industriellen Umgebungen erzeugen häufige Netzumschaltungen, Relaiskontaktprellen und das Ein- und Ausschalten induktiver Lasten massive, hochfrequente elektrische Störungen. Diese Störungen können leicht Kommunikationsunterbrechungen, Programmabstürze, Systemausfälle oder Resets an industriellen Steuerungs- und Messgeräten auslösen. Ein EFT-Immunitätsprüfsystem dient als zentrale Hardware zur Reproduktion dieser elektromagnetischen Störungen und zur EMV-Immunitätsprüfung. Der elektrische Schnelltransienten-Burst-Generator ist ein hochpräzises Gerät, das speziell für EMV-Immunitätsprüfungen entwickelt wurde. Seine Hauptfunktion besteht in der Simulation hochfrequenter Impulse, die durch reale Störungen wie Netzumschaltungen und Relaiskontaktprellen entstehen, denen elektrische und elektronische Geräte im Betrieb ausgesetzt sein können. Er wird eingesetzt, um die Immunität von Geräten gegenüber solchen Störungen zu bewerten und einen stabilen Betrieb auch in komplexen elektromagnetischen Umgebungen zu gewährleisten. Basierend auf den Standardanforderungen an ein EFT-Immunitätsprüfsystem und den Produktmerkmalen des LISUN In diesem Beitrag wird das EFT-Immunitätsprüfsystem EFT61000‑4 vorgestellt. Dabei wird eine Modellauswahlanalyse aus verschiedenen Perspektiven durchgeführt, darunter Wellenformspezifikationen, Kopplungs- und Entkopplungsnetzwerke sowie unterstützendes Zubehör. Die Analyse dient Herstellern, F&E-Laboren und unabhängigen Prüfinstitutionen als Referenz für die Auswahl eines geeigneten EFT-Immunitätsprüfsystems. 

Einführung

Mit der kontinuierlichen Verbesserung der industriellen Automatisierung werden zahlreiche induktive Lasten wie Frequenzumrichter, Schütze und Relais häufig vor Ort gestartet und gestoppt. Beim Ein- und Ausschalten dieser Lasten entstehen kurzzeitige, hochfrequente Impulsfolgen, sogenannte elektrische schnelle Transienten (EFT). Obwohl die Energie einzelner Impulse begrenzt ist, können dichte Hochfrequenzimpulsfolgen digitale Schaltungen und Kommunikationsschnittstellen erheblich beeinträchtigen. Viele Geräte funktionieren unter idealen Laborbedingungen einwandfrei, zeigen aber nach der Installation im Feld Fehlfunktionen. Eine Hauptursache hierfür ist eine unzureichende Überprüfung der Störfestigkeit gegenüber elektrischen schnellen Transienten (EFT) ohne ein qualifiziertes EFT-Störfestigkeitsprüfsystem.

Gemäß GB/T 17626.4‑2018 und IEC/EN 61000‑4‑4 müssen Produkte vor der Markteinführung einen Test auf Störfestigkeit gegen schnelle elektrische Transientenimpulse bestehen. EFT-Immunitätstestsystem EFT-Immunitätsprüfsysteme können reale Störimpulse unter Laborbedingungen simulieren und die Vorabprüfung der EMV-Normen bereits in der Entwicklungsphase abschließen, um Mängel im Hardware-Schutz, im Leiterplattenlayout und im Erdungsdesign aufzudecken. Verschiedene Anbieter liefern EFT-Immunitätsprüfsysteme mit unterschiedlichen Konfigurationen. Viele Käufer konzentrieren sich lediglich auf die maximale Ausgangsspannung und vernachlässigen dabei wichtige Indikatoren wie Impulsanstiegszeit, Impulsbreite, Nennstrom der Kopplungs- und Entkopplungsnetzwerke sowie des Testzubehörs. Dies kann zu verfälschten Testergebnissen führen, die die tatsächliche Störfestigkeit der Geräte nicht widerspiegeln und sogar zu einer bestandenen Vorabprüfung, aber einem Scheitern der formalen Zertifizierung führen können. Ein umfassendes Verständnis der Normen und die richtige Auswahl eines EFT-Immunitätsprüfsystems sind daher entscheidend für die EMV-Konformität in der Industrie.

EFT61000-4_EFT-Immunitätsmessung

Technische Kernstandardanforderungen für das EFT-Immunitätsprüfsystem

GB/T 17626.4‑2018 ist das chinesische Äquivalent der internationalen Norm IEC 61000‑4‑4. Diese definiert die verbindlichen Spezifikationen für ein EFT-Immunitätsprüfsystem, einschließlich der Impulsformparameter, der Ausgangsimpedanz, der Impulsfolgefrequenz, der Impulsdauer und der Impulsperiode. Die Norm legt eine Impulsanstiegszeit von 5 ns ±30 %, eine Impulsbreite von 50 ns ±30 % bei einer Last von 50 Ω, zwei Ausgangsimpedanzwerte (50 Ω und 1000 Ω) und eine einstellbare Impulsfrequenz von 1 kHz bis 1000 kHz fest. Die Störung wird im Impulsimpulsmodus mit konfigurierbarer Impulslänge, Impulsperiode und wählbarer Polarität (positiv, negativ und alternierend) erzeugt.

Ein Kopplungs-Entkopplungsnetzwerk ist ein unverzichtbarer Bestandteil eines vollständigen EFT-Immunitätsprüfsystems. Bei der Prüfung von Stromleitungen speist das Kopplungs-Entkopplungsnetzwerk Störimpulse in den Stromversorgungskreis des Prüflings ein und verhindert gleichzeitig, dass Impulsenergie in das externe Stromnetz zurückfließt. Der Nennbetriebsstrom des Kopplungs-Entkopplungsnetzwerks muss den maximalen Betriebsstrom des Prüflings übersteigen. Für Kommunikationssignalleitungen wie RJ45 und RS485 wird anstelle eines netzteilorientierten Kopplungs-Entkopplungsnetzwerks eine kapazitive Kopplungsklemme benötigt, um EFT-Impulse in die Signalkabel einzuspeisen. Zusätzlich sind spezielle Kalibrierkits erforderlich, um die Impulswellenformen regelmäßig auf Langzeitmessgenauigkeit zu überprüfen. Ein einzelner Impulsgenerator ohne die genannten Komponenten kann keine vollständige EFT-Immunitätsprüfung nach Standardstandard durchführen.

Parameteranalyse der LISUN EFT61000‐4 EFT-Immunitätstestsystem

Das LISUN Das EFT-Immunitätsprüfsystem EFT61000-4 erfüllt vollständig die Normen GB/T 17626.4-2018 und IEC/EN 61000-4-4. Ausgestattet mit einem zweisprachigen Android-Touchscreen und vorinstallierten Standard-Testroutinen ermöglicht das System den direkten Abruf von IEC-definierten Teststufen per Mausklick. Die Serie umfasst verschiedene Varianten, die sich durch maximale Ausgangsspannung und Nennstrom der Kopplungs-/Entkopplungsnetzwerke unterscheiden und somit Testanforderungen von Unterhaltungselektronik mit geringem Stromverbrauch bis hin zu industriellen Hochleistungsgeräten abdecken. Einige Modelle verfügen über integrierte dreiphasige Fünfleiter-Kopplungs-/Entkopplungsnetzwerke, während Hochstromversionen externe Hochleistungseinheiten verwenden. Das komplette EFT-Immunitätsprüfsystem kann optional mit der kapazitiven Kopplungsklemme EFT-CLAMP für Signalleitungsprüfungen, dem Kalibrierkit EFT-CAL zur Wellenformverifizierung und dem Standardprüfstand EFT-DESK für eine vollständig konforme Testumgebung ausgestattet werden. Die wichtigsten Parameter der Hauptmodelle der EFT61000-4-Serie sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Die Modelle EFT61000-4 und EFT61000-4A verfügen über integrierte 16-A-Kopplungs-/Entkopplungsnetzwerke für Unterhaltungselektronik mit geringem Stromverbrauch und mittelgroße industrielle Steuermodule. Die Modelle EFT61000-4-32A und EFT61000-4A-32A integrieren ein 32-A-Drehstrom-Fünfleiter-Kopplungs-/Entkopplungsnetzwerk für industrielle Geräte mit höherem Betriebsstrom. Die Modelle EFT61000-4-100A und EFT61000-4A-100A verwenden ein externes 100-A-Hochleistungs-Kopplungs-/Entkopplungsnetzwerk speziell für industrielle Hochleistungssteuerungen und -netzteile. Enthält das Prüfgerät Kommunikationskabel wie Ethernet oder RS485, ist die optionale kapazitive Kopplungsklemme EFT-CLAMP erforderlich, um die Störfestigkeitsprüfung der Signalleitungen mittels EFT durchzuführen. Das Kalibrierkit EFT-CAL ermöglicht die regelmäßige Überprüfung von Impulsanstiegszeit und Impulsbreite und gewährleistet so die langfristige Messgenauigkeit des EFT-Störfestigkeitsprüfsystems.

Wichtigste Auswahlkriterien für das EFT-Immunitätstestsystem

Unternehmen und Labore müssen ein EFT-Immunitätsprüfsystem anhand mehrerer Kriterien bewerten und nicht nur die maximale Ausgangsspannung vergleichen. Zunächst ist zu prüfen, ob das gesamte EFT-Immunitätsprüfsystem den Normen GB/T 17626.4-2018 und IEC 61000-4-4 entspricht. Dabei sind kritische Wellenformparameter wie Impulsanstiegszeit und Impulsbreite zu überprüfen und gültige Kalibrierzertifikate einzusehen. Zweitens ist sicherzustellen, dass der Nennstrom des Kopplungs-/Entkopplungsnetzwerks den maximalen Betriebsstrom des Prüflings übersteigt. Für Prototypen mit geringer Leistung werden integrierte Kopplungs-/Entkopplungsnetzwerke mit niedrigem Strom verwendet, während industrielle Hochleistungsgeräte Kopplungs-/Entkopplungsnetzwerke mit 32 A oder sogar 100 A benötigen.

Drittens: Prüfobjekte unterscheiden. Ist das Produkt mit Kommunikationssignalkabeln ausgestattet, prüfen Sie, ob eine kapazitive Kopplungsklemme für die Prüfung der Störfestigkeit der Signalleitung im Lieferumfang enthalten oder als optionales Zubehör erhältlich ist. Viertens: Gerätefunktionalität bewerten. Funktionen wie Impulspolaritätsumschaltung, einstellbare Impulsfrequenz, Impulsdauer und Prüfdauer müssen vollständig unterstützt werden. Eine Touchscreen-Oberfläche verbessert die Prüfeffizienz. Fünftens: Passendes Zubehör berücksichtigen. Kalibrierkits und Standardprüfstände sind wichtige, langfristige Laborausstattungen. Sicherheitsmaßnahmen für Hochspannungs-EMV-Prüfungen sind ebenfalls zu beachten. Abschließend: Die technischen Serviceleistungen des Anbieters, einschließlich Gerätewartung, metrologische Beratung, Normenauslegung und technischer Prüfsupport, bewerten, um den zuverlässigen Betrieb des EFT-Störfestigkeitsprüfsystems über seine gesamte Lebensdauer sicherzustellen.

Praktische technische Anwendungen des EFT-Immunitätsprüfsystems

Im Bereich der industriellen Steuerungstechnik LISUN Das EFT-Immunitätsprüfsystem EFT61000-4 dient der Vorabprüfung der Störfestigkeit von SPSen, Frequenzumrichtern, industriellen Gateways und Sensormodulen. Es simuliert Störimpulse, die durch Relais- und Schützbetätigungen ausgelöst werden, und überwacht Kommunikationsausfälle oder Fehlauslösungen der Geräte. So unterstützt es Ingenieure bei der Optimierung von Netzfilterschaltungen, Kabelschirmungen und Leiterplattenlayouts. In der Unterhaltungselektronik- und Haushaltsgeräteindustrie überprüft dieses EFT-Immunitätsprüfsystem Netzteile und Smart-Home-Controller, um Schwachstellen an den Stromanschlüssen frühzeitig zu erkennen und das Risiko von Zertifizierungsfehlern zu minimieren. Im Bereich der Medizintechnik wird die EFT-Immunitätsvalidierung gemäß den EMV-Normen für medizinische Geräte durchgeführt, um deren Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Unabhängige Prüflaboratorien setzen das EFT-Immunitätstestsystem für formale Zertifizierungstests ein, um konforme Testdaten zu generieren, die CE-, CB- und andere internationale Zulassungen unterstützen. Entwickler sollten beachten, dass sich die Testumgebungen für Vorab-Konformitätsprüfungen von Standardlaborbedingungen unterscheiden. Das Bestehen der Vorab-Konformitätsprüfungen garantiert keine Zertifizierung, und die formale Probeneinreichung erfolgt weiterhin nach Standardverfahren.

Fazit

An EFT-Immunitätstestsystem Der elektrische Schnellimpulsgenerator ist ein unverzichtbares Gerät für EMV-Prüfungen in der Industrie. Er ist ein hochpräzises Gerät, das speziell für die Prüfung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) entwickelt wurde. Seine Hauptfunktion besteht darin, hochfrequente Impulse zu simulieren, die durch reale Störungen wie Netzschaltvorgänge und Relaiskontaktprellen entstehen, denen elektrische und elektronische Geräte im Betrieb ausgesetzt sein können. Er wird eingesetzt, um die Störfestigkeit von Geräten gegenüber solchen Störungen zu bewerten und einen stabilen Betrieb auch in komplexen elektromagnetischen Umgebungen zu gewährleisten. LISUN Das EFT-Immunitätsprüfsystem EFT61000-4 bietet vielfältige Konfigurationen für die Prüfung von Unterhaltungselektronik mit geringem Stromverbrauch bis hin zu Industriemaschinen mit hohem Stromverbrauch. Labore und Hersteller sollten bei der Geräteauswahl geeignete Modelle anhand des Betriebsstroms des Prüflings, der Prüfspannungen und der Anforderungen an die Signalleitungsprüfung auswählen. Wichtig sind unterstützende Geräte wie Kopplungs- und Entkopplungsnetzwerke sowie Kalibrierkits. Regelmäßige messtechnische Überprüfungen gewährleisten die Prüfgenauigkeit und tragen dazu bei, dass alle Arten von elektrischen und elektronischen Produkten die EMV-Konformitätszertifizierung für industrielle Anwendungen erreichen.