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Einsatz eines iterativen Nahfeldscanverfahrens zur Ermittlung der Stromverteilung von Leiterplatten anhand eines Multi-Dipol-Modells

Robert Nowak & Stephan Frei
Die Untersuchung des magnetischen Nahfeldes stellt eine Möglichkeit dar, Aussagen über das EMV-Verhalten zu treffen. So können im einfachsten Fall Bereiche mit hohen Feldstärken lokalisiert werden. Über eine Nachbearbeitung der Messdaten können aber auch Aussagen über die Abstrahlung getroffen werden. Weiterhin ist es möglich, die Stromverteilung auf einer Leiterplatte abzuschätzen. Damit können kritische Bereiche lokalisiert werden, die eine hohe Störaussendung hervorrufen können. In diesem Beitrag wird eine Methode zur Identifikation von Strömen in Leitersystemen weiterentwickelt....

Synthese realer transienter Störsignale mittels arbiträrer Signalgeneratoren für EMV-Untersuchungen

Oliver Kerfin, Anne Lena Vaske & Lukas Oppermann
Ein Konzept zur Nachbildung von periodisch wiederkehrenden schnellen transienten Signalen unter Laborbedingungen wurde vorgestellt und durch Simulationen und Messungen an einem Hohlleiter validiert. In einer TEM-Zelle konnte der zeitliche Verlauf eines zuvor an einer elektrischen Bahnanlage gemessenen Transienten mit hoher Genauigkeit reproduziert werden. Hierdurch wurde die Eignung des Konzepts auch für die Synthese realer transienter Signale bestätigt. Zukünftige Untersuchungen beschäftigen sich mit einer Erweiterung des Synthesekonzepts, welche für die Synthese nicht-periodischer transienter Einzelimpulse erforderlich ist.

Stromkompensierte Drosseln in der Leistungselektronik: fairer praxisorientierter Vergleich zwischen Ferrit und nanokristallinen Materialien

Christian Paulwitz, Jörn Schliewe & Stefan Weber
Der Beitrag formuliert zunächst die Anforderungen an stromkompensierte Drosseln in der Leistungselektronik (z.B. in EMV-Filtern für Frequenzumrichter), dann wird eine Untersuchung vorgestellt, in der verschiedene Werkstoffe für den Magnetkern solcher Drosseln verglichen werden. Die Auswahl der 2 untersuchten Drossel-Paare (jeweils mit einem Kern aus Ferrit und nanokristallinem Material) wird kurz dargestellt, dann wird der Messaufbau beschrieben: Umrichter mit 750 W Leistung und entfernter interne Filterbeschaltung, Filter als bestückbare Platine für den Test der Drosseln, Anschluss...

Analyse und Design zur Nutzung einer mobilen Modenverwirbelungskammer in einer Absorberhalle

Waldemar Schädel & Alexander Rommel
Zur Prüfung des EMV-Verhaltens von Nutzfahrzeugen durch Modenverwirbelung wird eine Absorberhalle durch ein mobiles System ergänzt. Der Bau einer Modenverwirbelungskammer (MKV) für LKWs ist aufwendig und teuer, außerdem ist das Verfahren für die Anwendung bei Nutzfahrzeugen umstritten. Alternativ wird der Einbau eines Zeltes aus leitfähigem Textil in eine vorhandene Absorberhalle untersucht. Solche Zelte gibt es für Außeneinsatz unter der Bezeichnung VIRC (Vibrating Intrinsic Reverberation Chamber). Für den Einbau in der Absorberhalle genügt eine einfache Ausführung...

Die Modenverwirbelungskammer als alternative Messumgebung für Kompatibilitätstest in der Magnetresonanztomographie

Enrico Pannicke, Mathias Magdowski & Ralf Vick
Durch den Übergang vom diagnostischen zum therapeutischen Gebrauch der MR-Bildgebung wurde von Pannicke et.al. ein Sicherheitskonzept für die Produktentwicklung der interventionellen Magnetresonanztomographie vorgestellt. Dieses beinhaltete neben der Gewährleistung der Patientensicherheit auch eine zweite Stufe - die sogenannte Behandlungssicherheit. Kernaussage dieser verschärften Sicherheitsstufe ist, dass die Bildgebung des Scanners nicht durch externe Geräte gestört werden darf, da sonst der Abbruch der Behandlung droht. Dies stellt für die Entwicklung von Geräten, die in dieser Umgebung eingesetzt werden...

Erste Ergebnisse für die gemessene Direktivität von realen Prüflingen aus dem DEBoRA-Projekt

Mathias Magdowski & Ralf Vick
Im Beitrag wurden erstmals Direktivitätsmesswerte von realen Prüflingen vorgestellt, die automatisiert aus Routinemessungen im Rahmen der Marktüberwachung ermittelt wurden. Solche Messwerte können in Zukunft einen wichtigen Beitrag zur Umrechnung von feldstärke- in leistungsbasierte Grenzwerte darstellen und damit eine breitere Anwendung von alternativen Testverfahren wie Modenverwirbelungskammern für gestrahlte Störemissionsmessungen ermöglichen. Mittelfristig sollen zahlreiche weitere Messungen folgen, aus denen eine Datenbank mit experimentell ermittelten Direktivitätswerten für typische Prüflinge aufgebaut werden soll. Dazu ist eine weitere Automatisierung des...

Auswirkungen normativer Änderungen des Prüflingsaufbaus für die Störfeldstärkebewertung am Beispiel der neuen IEC 61800-3 ed. 3

Christian Paulwitz
Es wurde begründet und an einem Beispiel verifiziert, dass der optionale Prüflingsaufbau für Störfeldstärkemessungen unter Veränderung der Prüflingskonfiguration und unter Anwendung einer CMAD auf der Motorleitung, der in der neuen Ausgabe der IEC 61800-3 eingeführt wird, die gemessene Störaussendung erheblich reduziert, ohne dass die Störquelle selbst oder in ihrer praktischen Anwendung im Feld in irgendeiner Weise verändert wird. In obigem Beispiel beträgt die Verbesserung deutlich eine Grenzwertklasse. - Erfolgreiche Normung? Positiv zu sehen ist der...

Analyse der verschiedenen Konstellationen in CISPR 25 Aufbau für die abgestrahlte Störaussendungsmessung von 150 kHz bis 30 MHz

Oussama Sassi, Anna Gheonjian, Badri Khvita, Diana Eremyan, Kutchadze Zviad, Giogi Kapanadze, Roman Jobava & Detlef Schleicher
In modernen Fahrzeugen ist die Zahl der Steuergeräte, Sensoren und Aktuatoren erheblich gestiegen. Jede Komponente soll aus EMV-Sicht geprüft und freigegeben werden. Die Messung der gestrahlten Störausendung auf Komponentenebene soll nach CISPR 25 durchgeführt werden. In der Entwicklungsphase kann die Störemission mit Hilfe der 3D-Feldsimulation geprüft werden. Somit können EMV-Probleme schon frühzeitig festgestellt und Maßnahmen dafür entwickelt werden. Um die Entwicklungsphase zu beschleunigen, kann mit Hilfe eines virtuellen CISPR 25 Messaufbau-Modells die abgestrahlte Störaussendung einer...

Wireless Power Transfer - Stand der Normungsaktivitäten

Benjamin Willmann, Diego Cuartielles Ruiz & Ralf Vick
In dieser Veröffentlichung wurde der aktuelle Stand der internationalen Normungsaktivitäten auf dem Gebiet der Elektromagnetischen Verträglichkeit von WPT-Systemen aufgezeigt. Die definierten Komponententests schreiben eine Messung mit 60 cm Rahmenantenne in den Abständen 3 bzw. 10 m vor. Die anzusetzenden Grenzwerte sind abhängig von der Leistungsklasse des WPT-Systems. Weiterhin wurde eine Methode vorgestellt, die mit Hilfe der Feldsimulation, Einflussfaktoren auf die magnetischen Felder von WPT-Systemen analysieren kann. Damit konnte eine maximale Abweichung von dBµA/m zwischen einer...

Charakterisierung der Gleichtaktdrossel für Multi-Gig-Kommunikation in Automotive-Ethernet-Netzwerken

Sanaz Mortazavi, Detlef Schleicher, Frank Schade & Friedel Gerfers
In diesem Artikel wird eine SMD-Gleichtaktdrossel für Kommunikationssysteme (wie 100Base-T1) untersucht. Zusätzlich werden zwei weitere Drosseln von verschiedenen Herstellern für Multi-Gig Ethernet Kommunikation im Automobil (wie 1000Base-T1) hinsichtlich ihrer Hochfrequenzeigenschaften im Detail charakterisiert. Zunächst werden die relevanten Automotive Ethernet Standards gegenübergestellt. Anschließend wird ein geeignetes SPICE-Schaltungsmodell für die Gleichtaktdrossel vorgeschlagen. Dieses Modell enthält alle parasitären Effekte einschließlich Gehäuse-, Aufbau- und Löteffekten. Als nächstes wird die Gleichtakt- (CM) und Gegentakt- (DM) Impedanz der Drossel mit einem...

Antennensimulationen in der Automobilindustrie für Spezialfahrzeuge

Melanie Rohe, Sascha Dietrich, Martin Hellmann & Sebastian Schreiber
Im Rahmen der Entwicklung logistischer Radfahrzeuge der Baureihe HX wurden bereits während der Definitions- und Konzeptphase numerische Feldberechnungen durchgeführt. Untersucht wurde die Positionierung von Antennen, die den Kommunikations- und GPS-Systemen dienen. Ziel war es die Abstrahlcharakteristik der Fahrzeugantennen zu untersuchen. Das wurde für einzelne Frequenzpunkte der Antennen durchgeführt. Die Anzahl möglicher Befestigungspunkte von Antennen an Chassis sind aufgrund der Rüstsätze begrenzt. Hier wurden zwei mögliche Anordnungen der Antennen untersucht. Zunächst waren vier Antennen an der...

Gleichspannungsseitiges Störaussendungsverhalten von Photovoltaik Wechselrichtern und -anlagen

Jörg Kirchhof, Sabine Kitterer, Rene Marklein & Jiamei Wang
CISPR hatte einen Aufruf zur Durchführung von Messungen zum Störaussendungsverhalten von Photovoltaik-Wechselrichtern und -anlagen an alle Mitgliedsländer gestellt, um die Arbeiten an der Entwicklung eines Störmodells für diese Objekte zu unterstützen. Die deutsche Bundesnetzagentur war dem Aufruf gefolgt und hatte eine entsprechende Studie in Auftrag gegeben. Im Rahmen des gegebenen Umfangs der Studie wurden insgesamt drei Anlagen unterschiedlichen Typs untersucht. Die hier präsentierten Messergebnisse haben das CISPR-Modell sowie die bei CISPR durchgeführten Simulationen verifiziert, damit...

MoM-basierte Ersatzschaltbilddarstellung für strahlende, verlustbehaftete Drahtverbindungsstrukturen

Christian Bednarz & Marco Leone
Eine schnelle und vielseitige modale Ersatzschaltbilddarstellung für beliebig verzweigte Drahtstrukturen mit moderater Abstrahlung und frequenzabhängigen Ohm'schen Verlusten wurde vorgestellt. Beschleunigte Konvergenz wird durch ein statisches Kapazitätsnetzwerk erreicht. Eine Eigenwertentwicklung der Admittanz wird zum Aufstellen eines Foster-Ersatzschaltbildes herangezogen, zu welchem Strahlungsverluste nachträglich mit der Induced-EMF-Methode hinzugefügt werden. Weiterhin wird externe Feldeinkopplung durch zusätzliche modale Quellen realisiert, was das Modell einfach anwendbar für EMV-Analysen macht. Sobald das Eigenwertproblem gelöst wurde und die Strahlungswiderstände ermittelt wurden, sind alle...

Analytische Berechnung der Schirmwirkung von Karosserieblechen und Einsatz von aktiver Kompensation gegen niederfrequente Magnetfelder von HV-Leitungen in Elektrofahrzeugen

Anika Henke, Robert Nowak & Stephan Frei
In dem Beitrag wird ein semianalytisches Verfahren für die Berechnung der Schirmwirkung von ausgedehnten leitfähigen Platten gegen Magnetfelder von geradlinigen, parallelen Leiteranordnungen vorgestellt. Dieses Verfahren wurde auf unterschiedliche Konfigurationen angewendet, um grundsätzliche Aussagen zur Schirmwirkung von Fahrzeugkarosserien zu erhalten. Insgesamt kann festgehalten werden, dass die Einhaltung von Personengrenzwerten durch die Karosserie deutlich unterstützt werden kann. Kompensationsleiter bieten für die betrachteten Fälle jedoch nur geringe Potentiale zur Verringerung der auftretenden Flussdichten. Nur in einem relativ kleinen...

Analytisch-numerischer Ansatz zur Berechnung des magnetischen Feldes hochfrequenter Störungen in der Umgebung langer ausgedehnter Leiter im Frequenzbereich von 9 kHz bis 10 MHz

Markus Franke & Holger Hirsch
In den durchgeführten Simulationen wurde das magnetische Feld im Umfeld eines langen Leiters für zwei verschiedene Szenarien auf der Basis aneinandergereihter Hertz'scher Dipole modelliert. Im ersten Fall wird eine einzelne Quelle am Anfang der Leitung berücksichtigt, was eine Störausbreitung von einem Konverter ausgehend darstellt. Im zweiten Fall sind auf dem Leiter an verschiedenen Punkten mehrere Quellen verteilt, was die Charakteristik von verteilten Teilentladungen widerspiegelt. Die Simulationsergebnisse sind auf eine Entfernung von 30 m zum Leiter...

Investigation of the effect of ultrasonic cavitation in small gaps on surface properties

Fushi Bai
Ultrasonic cavitation can be used to improve surface properties of workpieces in industrial applications. During this surface enhancement process, a small gap is required to generate high impact forces on the workpiece surfaces. The distribution of cavitation bubbles, the optimal gap width and the process time highly affect the treated surface properties. In this thesis, the distribution of sound fields in the small gaps and the optimal standoff distance are simulated with the consideration of...

Einfluss der Kontaktierung auf die Schirmdämpfung von Gehäusen

Michael Kühn, Marcel Messer & Robert Weigel
In diesem Beitrag konnte gezeigt werden, dass jede Anforderung genau interpretiert werden muss, um somit keine falsche Erwartungshaltung zu erzeugen. Weiterhin wurde auf einen Effekt (Resonanzstelle) aufmerksam gemacht, welcher durch eine spezielle Parameterkonstellation der Kontaktierung entsteht und deutlich durch Impedanzmessungen nachzuweisen ist. Auch wurde durch eine Variation der charakteristischen Parameter, wie z.B. der Abstand oder die Anzahl an Kontaktierungspunkten, eine Verschiebung der Resonanzstelle bewirkt. Mittels numerischer Feldsimulation konnte der Verlauf der Impedanzkurve korrekt wiedergegeben werden....

EMV Simulationsprozess für komplexe Kfz Systeme

Johannes Hippeli
EMV Simulation ist ein sehr anspruchsvolles, wertvolles und mächtiges Werkzeug für EMV Spezialisten. Wenn dieses Werkzeug nicht nur für einzelne individuelle Analysen, sondern auch als fester Bestandteil bei der Produktentwicklung komplexer Systeme verwendet werden soll, bedarf es einer Vielzahl an Voraussetzungen und Befähigungen. Dieser Fachartikel behandelt Fragestellungen und Lösungen, wie die EMV Simulation in den Entwicklungsprozess von Kraftfahrzeugen erfolgreich integriert werden kann. Es wird diskutiert, warum die EMV Systemsimulation im Vergleich zur etablierten Crash Berechnung...

Messung der Störfestigkeit integrierter Schaltungen getrennt für das elektrische und magnetische Feld

Stephan Pfennig & Gunter Langer
Es wurde eine neue Methode zur Messung der Störfestigkeit von IC's vorgestellt, die es erlaubt, die Störfestigkeit getrennt für das elektrische und magnetische Feld zu bewerten. Diese Methode verwendet eine definierte Massefläche, einen Distanzring und zwei separate Feldquellen zur Erzeugung des elektrischen bzw. magnetischen Prüffeldes. Das Testboard mit dem IC wird in die Massefläche eingelegt und anschließend eine der Feldquellen unter Verwendung des Distanzringes über dem IC positioniert. Die Höhe des Distanzringes bestimmt dabei den...

Aufbau eines automatisierten Messstandes zur Störfestigkeitsuntersuchung von Unmanned Aerial Vehicles

Felix Burghardt & Heyno Garbe
Durch die zunehmende Anzahl von Multicoptern im privaten als auch kommerziellen Besitz wächst das Interesse an einer Betrachtung der elektromagnetischen Störempfindlichkeit dieser Geräte. In dieser Arbeit wurde detailliert der Aufbau eines Messstandes beschrieben, mit welchem eine elektromagnetische Störempflindlichkeitsmessung sowohl des Gesamtsystems eines Multicopters, als auch seiner Subsysteme durchgeführt werden kann. Der Messstand ist in der Lage Messergebnisse zu interpretieren und ausgehend von der Interpretation bei weiteren Messungen verschiedene Parameter zu variieren. Es wurde ein Einblick...

Eignung von Messplätzen im Frequenzbereich von 9 kHz bis 30 MHz mit Rahmenantennen

Friedrich-Wilhelm Trautnitz, Alexander Kriz, Andreas Morgenstern, Jochen Riedelsheimer & Ronald Svadlenka
Der Beitrag betrachtet die messtechnische Eignung einer Absorberhalle mit leitender Bodenfläche für die Untersuchung und Messung der normierten Funkfelddämpfung (NSA - Normalized Site Attenuation) im Frequenzbereich von 9 kHz bis 30 MHz mittels Rahmenantennen. Der Versuchsaufbau wird anhand von Abbildungen (perspektivische Anordnung der Messpositionen) beschrieben, folgende Punkte wurden detailliert untersucht: Kopplungseffekte und Resonanzeinflüsse; Einfluss der leitenden Bodenfläche (ground plane); Messung der seitlichen Volumenpunkte; Messung der NSA in Messentfernungen von 3 bis 10 m mit 60-cm-...

Vergleichsuntersuchungen zwischen EMV-Laboratorien im Bereich der Störfestigkeitsprüfungen

Simon Scheck, Christian Paulwitz & Stefan Weber
Unter dem Aspekt der Sicherstellung der Qualität von Prüfergebnissen sind Vergleiche zwischen Laboratorien zwingend erforderlich. Die Durchführung solcher Vergleichsuntersuchungen in Form von Ringvergleichen oder Eignungsprüfungen ist bei den Prüfungen der Störaussendung jahrelange Praxis, jedoch für den Anwendungsbereich der Störfestigkeitsprüfungen unzureichend entwickelt. Der Beitrag beschreibt zunächst die Vergleichsuntersuchungen der Störfestigkeit am Beispiel der EN/IEC 61000-4-3 sowie den Musterprüfling, dann werden die Ergebnisse der Vergleichsuntersuchungen ausführlich anhand von Abbildungen und Messdiagrammen vorgestellt: Messungen in verschiedenen Konstellationen in...

Elektrisches Ersatzschaltbild für Lager von Elektromotoren

Matthias Hirte & Ralf Vick
In elektrischen Maschinen können Ströme über die Lager auftreten. Diese Ströme sind problematisch, da sie die Lebensdauer von den Lagern deutlich verkürzen können. In der Literatur sind die Ursachen und Auswirkungen diese Ströme beschrieben. Weitere Veröffentlichungen geben Simulationsmodelle und Ersatzschaltbilder für die Quellen und Übertragungspfade der Lagerströme an. Die elektrischen Eigenschaften des Lagers werden meist vernachlässigt. Außerdem werden in zunehmendem Maße bei Drehstrommaschinen die Umrichter direkt in das Motorgehäuse eingebaut. Das Motorgehäuse (und damit auch...

Simulationsverfahren zur Bestimmung der HF-Impedanzen von Traktionsbatterien

Moustafa Raya, Ralf Vick & Jörg Petzold
In dieser Arbeit wurde eine Feldsimulationsmethode vorgestellt, um die Impedanz von Traktionsbatterien bei hohen Frequenzen zu bestimmen. Bei der Methode wird die Batteriezelle als 3D-Modell konstruiert, wobei ihre innere Struktur aus Mischelektroden mit Elektrolyten und Separator als homogenes festes Material modelliert wird. Nach der Definition der elektrischen Eigenschaften dieses Materials, kann die Simulation die Impedanz der komplexen Zelle liefern. Zum Bilden eines HV-Batteriesystems, werden mehrere Simulationsmodellzellen in Reihe geschaltet. Das Verfahren war in der Lage,...

Anwendung von Fitting-Methoden zum Entwurf von Netzwerkmodellen für E-Fahrzeugkomponenten

Moustafa Raya, Ojo Alaba, Jagadeesh Immidisetti, Jörg Petzold & Ralf Vick
In dieser Arbeit wurden Impedanzmessungen der Antriebssystemkomponenten wie Motor, Wechselrichter und Batterie eines Elektrofahrzeugs präsentiert. Die Erstellung von Netzwerkkomponenten anhand der Methode des Vektor-Fitting wurde erläutert und am praktischen Beispiel demonstriert. Mit 40 Polen konnte ein Netzwerkmodel für Batterieimpedanznachbildung erreicht werden. Mit Hilfe willkürlich festgelegter Start-Pole konnten durch die Methode die tatsächlichen Polen berechnet werden. Die realen Pole wurden mit RL-Schaltung umgesetzt. Die komplexen konjugierten Pole wurden durch RLC-Schaltungen und eine spannungsgesteuerte Stromquelle implementiert. Das...

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