Abenteuer Strom - Spielzeug und Messungen - von Ferriten, Kabel und Filter:)

[Uwe Mettmann]

Hallo,

bevor der zweite Teil der Untersuchung des EMI-Meters folgt, ein kurzer Rückblick auf den ersten Teil.

Im ersten Teil wurden folgende Untersuchungen durchgeführt:

• Hochfrequente Störaussendung des EMI-Meters über den Stromanschluss
  
• Abweichung der Anzeige des EMI-Meters von dem tatsächlich vorhandenen Störpegel
  
• Linearität der Anzeige des EMI-Meters
  

Hier der Links zum ersten Teil:



Jetzt im zweiten Teil wurde untersucht, ob Netzoberwellen einen Einfluss auf die Anzeige des EMI-Meters haben und ob sich durch Netzoberwellen die hochfrequenten Störaussendungen des EMI-Meters erhöhen.


Messaufbau

Es wurde der Messaufbau genommen, der schon im ersten Teil verwendet wurde:

Allerdings wurde jetzt eine andere AC-Source verwenden. Die jetzt verwendete hat zwei Sinus-Oszillatoren. Dadurch wurde einerseits der 50 Hz Sinus generiert und anderseits ein zweiter Sinus auf einer Oberwellenfrequenz der 50 Hz.


Einfluss der Netzoberwellen auf die Anzeige des EMI-Meters
Zuerst wurde eine Messung ohne Oberwellen durchgeführt:

Anzeige EMI-Meter idealer Netzsinus, ohne Netzoberwellen



Wie zu erwarten, zeigte das EMI-Meter mit 16 mV einen geringen Wert an.

Da am ehesten ein Einfluss von höher gradigen Oberwellen auf die Anzeige des EMI-Meters zu erwarten ist, wurde mit der 40. Harmonischen begonnen, zuerst mit einem Pegel von 1%, entsprechend 2,3 V.

Anzeige EMI-Meter idealer Netzsinus +40. Harmonische (2 kHz) mit 1% Pegel (2,3V)


Auch die 72 mV sind noch ein geringer Wert.

Um einen größeren Einfluss zu erzeugen, wurde der Pegel auf 5% erhöht.

Anzeige EMI-Meter idealer Netzsinus +40. Harmonische (2 kHz) mit 5% Pegel (11,5V)


Die Anzeige hat sich 398 mV deutlich erhöht und das EMI-Meter hat sich mit einem kreischenden Geräusch beschwert.

Um den Einfluss geringer gradiger Harmonische zu untersuchen, wurde die Messung mit der 20. und der 10. Harmonischen wiederholt, wobei der Pegel von 5% beibehalten wurde.

Anzeige EMI-Meter idealer Netzsinus +20. Harmonische (1 kHz) mit 5% Pegel (11,5V)


Anzeige EMI-Meter idealer Netzsinus +10. Harmonische (500 Hz) mit 5% Pegel (11,5V)


Im Grunde kann man zusammenfassen, dass der Einfluss der Netzoberwellen auf die Anzeige des EMI-Meters gering ist. An einer Steckdose sind höher gradige Harmonischen kaum mit einem Pegel von mehr als 1 % zu erwarten und bei den nieder gradigen Harmonischen ist der Einfluss auf die Anzeige des EMI-Meters selbst bei einem Pegel von 5% gering.


Einfluss der Netzoberwellen auf hochfrequenten Störaussendungen des EMI-Meters

Nun, wenn also Netzoberwellen die Anzeige des EMI-Meters erhöhen, kann das zwei Ursachen haben. Einerseits könnte der Hochpassfilter am Eingang des EMI-Meters nicht steil genug sein, so dass die Netzoberwellen auf Anzeige des EMI-Meters durchschlagen, und anderseits könnte durch die Netzoberwellen das EMI-Meter einen höheren Pegel an hochfrequente Störaussendungen am AC-Anschluss produzieren, die dann das EMI-Meter natürlich anzeigt.

Der zweite Fall wurde untersucht. Zuerst wurde natürlich wieder eine Messung durchgeführt, bei der das EMI-Meter mit einem idealen Netzsinus versorgt wurde.

AC-HF-Störspannung des EMI-Meter idealer Netzsinus


Anschließend wurde die 40. Harmonische mit einem Pegel von 1% aufgeprägt.

AC-HF-Störspannung des EMI-Meter idealer Netzsinus +40. Harmonische (2 kHz) mit 1% Pegel (2,3V)


Man sieht, dass sich tatsächlich die HF-Störspannung erhöht, wenn Netzoberwellen vorhanden sind.

Als nächsten Schritt wurde der Pegel auf 5% erhöht.

AC-HF-Störspannung des EMI-Meter idealer Netzsinus +40. Harmonische (2 kHz) mit 5% Pegel (11,5V)


Durch den höheren Pegel ist die AC-HF-Störspannung des EMI-Meters deutlich angestiegen.

Interessant ist auch noch die Frage, wie der zeitliche Verlauf der Störung aussieht, also vergleichbar mit der Messung mit einem Oszilloskop. Diese Messung ist aber nur auf einer Frequenz möglich. Um aber trotzdem ein weiters Frequenzspektrum zu erwischen, habe ich eine große Messbandbreite verwendet (3 MHz). Zuerst wurde die Messung aber wieder mit einem reinen Netzsinus durchgeführt.

Zeitlicher Verlauf AC-HF-Störspannung des EMI-Meter idealer Netzsinus


Anschließend wurde die 40. Harmonische mit einem 1% Pegel aufgeprägt

Zeitlicher Verlauf AC-HF-Störspannung des EMI-Meter idealer Netzsinus +40. Harmonische (2 kHz) mit 1% Pegel (2,3V)


Man sieht, dass durch die Netzoberwellen Nadel mit einem um 20 dB höheren Pegel auftreten.


Zusammenfassung der bisherigen Ergebnisse

Es hat sich gezeigt, dass die Anzeige des EMI-Meter durch Netzoberwellen nicht stark beeinflusst wird. Zwar erzeugt das EMI-Meter selbst durch die Netzoberwellen AC-HF-Störungen, aber da die Anzeige kaum beeinflusst wird, ist das für die Funktion des EMI-Meters von untergeordneter Bedeutung.

Im Schnitt zeigt das EMI-Meter ca. einen um Faktor 10 zu hohen Wert an (siehe Ergebnisse Teil 1 der Messungen). Dies könnte man durch einen Korrekturfaktor berücksichtigen, wenn die Anzeige nicht bei 20 kHz ca. um Faktor 50 zu hoch wäre. Das EMI-Meter zeigt ja nur den Pegel an und da die Frequenz unbekannt ist, ist aus meiner Sicht damit das EMI-Meter unbrauchbar, weil man nicht weiß, welchen Korrekturfaktor man heranziehen muss.

Das EMI-Meter wird erst dann brauchbar, wenn man einen 20 KHz Notch-Filter vor das EMI-Meter schaltet, so dass man dann in dem Mess-Frequenzbereich von 50 kHz bis 5 MHz von einem Korrekturfaktor von ca. 10 ausgehen kann.

Interessant ist noch, dass sich gezeigt hat, dass sich die HF-Störaussendung des EMI-Meters durch Netzoberwellen erhöhen. Wenn das auch beim EMI-Meter wenig Auswirkung hat, habe ich dieses Verhalten schon bei Schaltnetzteilen beobachtet, und die Auswirkungen waren deutlicher ausgeprägt. Durch die Netzoberwellen stiegen die Störaussendungen dieser Netzteile deutlich über den Grenzwert. Beobachtet habe ich, dass dieser Effekt auftritt, wenn der Scheitel des Netzsinus einen welligen Verlauf hat. Im Normalfall ist der Sinusscheitel aber nur abgeflacht und das Problem ist nicht existent. Wird aber die Phase der höher gradigen Netzoberwellen verschoben, so z.B. durch einen Netzfilter mit hoher Dämpfung, die bereits im kHz-Bereich einsetzt, so wird der Sinusscheitel wellig. Zwar hält man dann durch dem Netzfilter externe hochfrequente Störungen fern, dafür produziert dann aber das nachgeschaltete Netzteil selbst hochfrequente Störungen.

Es muss aber auch gesagt werden, dass dieser Effekt, dass Schaltnetzteile durch Netzoberwellen hochfrequente Störungen produzieren, eher die Ausnahme ist. Das Problem ist allerdings, dass man nicht weiß, ob das bei dem Netzteil, welches man verwendet, der Fall ist oder nicht.


Gruß

Uwe