Wertvolle Tipps für den Anwender:

Entstörung geschalteter Induktivitäten

Fachartikel

1 Entstörglieder für Schütze und Ventile
1 Entstörglieder für Schütze und Ventile
2 Motorstecker mit integrierter Entstörung und kostengünstiger Installationstechnik
2 Motorstecker mit integrierter Entstörung und kostengünstiger Installationstechnik
3 Die Entstörung geschalteter Induktivitäten ist nach wie vor ein wichtiges Thema. Entsprechende Entstörglieder werden in großer Auswahl angeboten, denn leider gibt es keine universelle Lösung, die sich für alle Anwendungen eignet. Die wichtigsten alternativen Entstörschaltungen sind RC-Kombination (a), Diode (b), Suppressordiode (c), Varistorschaltung (d) und RCV-Kombination (e)
3 Die Entstörung geschalteter Induktivitäten ist nach wie vor ein wichtiges Thema. Entsprechende Entstörglieder werden in großer Auswahl angeboten, denn leider gibt es keine universelle Lösung, die sich für alle Anwendungen eignet. Die wichtigsten alternativen Entstörschaltungen sind RC-Kombination (a), Diode (b), Suppressordiode (c), Varistorschaltung (d) und RCV-Kombination (e)

Auch wenn im Steuerungsbau heute zunehmend Elektronik zum Einsatz kommt, kann auf Schütze, Motoren und Ventile nicht verzichtet werden. Störungen, die im Zusammenwirken aller Komponenten auftreten, können elektronische Geräte erheblich in ihrer Funktion beeinträchtigen. Beim Abschalten induktiver Lasten entstehen Spannungsanstiege bis in den kV-Bereich. Neben den möglichen Schäden bringen hochfrequente Anteile im Spannungsanstieg aufgrund der kapazitiven Kopplung enorme EMV-Probleme mit sich. Die Entstörung geschalteter Induktivitäten ist darum nach wie vor ein wichtiges Thema.

Einer der Grundsätze der Entstörtechnik lautet, Störungen immer möglichst direkt an der Störquelle zu beseitigen, um ihre unkontrollierte Ausbreitung zu verhindern, z.B. durch die kapazitive Kopplung zwischen parallel verlaufenden Leitungen. Die durch Störungen verursachten Effekte können zum Fehlverhalten einer Steuerung bis hin zur Zerstörung von Baugruppen führen. Abhilfe schaffen Entstörglieder (Bild 3), die in großer Auswahl angeboten werden. Denn leider gibt es keine universelle Lösung, die sich für alle Anwendungen gleichermaßen eignet. Die wichtigsten alternativen Entstörschaltungen und ihre hauptsächlichen Anwendungsbereiche sollen deshalb im Folgenden beschrieben werden.

Vor- und Nachteile unterschiedlicher Entstörschaltungen

Weitverbreitet als Entstörglieder sind RC-Kombinationen (Bild 3a). Sie eignen sich sowohl für AC- als auch für DC-Betrieb und arbeiten ohne Ansprechverzögerung. Die Widerstände und Kondensatoren sollten jedoch immer im Hinblick auf die Applikation optimiert sein. Bei AC-Betrieb muss man außerdem die zusätzlichen Verlustleistungen berücksichtigen, die im Entstörglied entstehen. Dioden (Bild 3b) sind einfacher zu dimensionieren und benötigen weniger Einbauplatz. Allerdings muss man hier recht große Abfallverzögerungen in Kauf nehmen. Dioden reagieren außerdem empfindlich auf Spannungsspitzen der Versorgungsspannung und eignen sich natürlich nur für Gleichspannungen.

Die Suppressordioden (Bild 3c) kennen diese Nachteile nicht. Ihre Schaltfrequenz ist jedoch begrenzt und bis zum Erreichen der Suppressor-Durchbruchspannung ist der Oberwellenanteil der Störspannung relativ hoch. Letzteres trifft auch auf Varistorschaltungen (Bild 3d) zu. Sie garantieren jedoch sehr kurze Schaltzeiten, was in etlichen Applikationen vorteilhaft ist. Kombiniert man die Varistoren mit einem zusätzlichen Kondensator (RCV-Schaltung), sind darüber hinaus geringe Oberwellenanteile der Störspannung garantiert (Bild 3e). Die Kondensatorkapazität darf in diesem Fall um den Faktor 10 kleiner sein als bei einem reinen RC-Glied. Allerdings bauen die RCV-Kombinationen relativ groß. Dabei wird deutlich, dass die richtige Auswahl entscheidend von der jeweiligen Applikation bestimmt wird, also von der induktiven Last und den jeweiligen Betriebsbedingungen.

Entstörglieder für Schütze und Ventile

Bedingt durch die Gerätetechnik lassen sich induktive Lasten in Gruppen einteilen. Im Wesentlichen sind in der Praxis entweder Relais und Schütze, Ventile, Motoren oder Antriebselemente wie Kupplungen, Bremsen oder Elektromag-nete zu schalten. Für jede der Gruppen gelten bestimmte Richtlinien zur Auswahl und Montage der Entstörglieder. Bei Schützen und Ventilen beispielsweise sollte man RC-Entstörglieder nur bei Wechselspannung verwenden. Werden sehr kurze Abfallverzögerungszeiten gewünscht, haben Varistoren oder Kombinationen aus RC-Glied und Varistor Vorteile. Sind nur kleine Überspannungen zugelassen, bieten sich Suppressordioden an; bei unkritischen Abfallverzögerungszeiten sind auch Diodenentstörglieder möglich. Im Kleinspannungsbereich ist von einfachen Dioden oder RC-Gliedern abzuraten. Die jeweils passenden Entstörglieder können bei Ventilen bereits im Stecker integriert sein oder werden auch als Zwischensteckelement angeboten. Für verschiedene Schützbaureihen gibt es angepasste Entstörglieder, die dann genau auf die jeweiligen Anforderungen abgestimmt sind (Bild 1).

Eine Besonderheit ist bei der Ansteuerung induktiver Lasten über prellende Schaltstrecken zu beachten: Die Ursache des Kontaktprellens bei Steuergeräten liegt in der Massenbeschleunigung des Ankers. Die daraus resultierenden Stoßwellen übertragen sich auf die Kontakte. Ist die Schaltspannung größer als die Lichtbogengrenzspannung, entstehen Lichtbogen an den Kontakten, was deren Lebensdauer erheblich reduziert. Ein RC-Entstörglied ist hier von Vorteil. Wenn es auf kurze Abschaltzeiten bei geringer Überspannung ankommt, bringt jedoch eine RCV- Kombination die besten Ergebnisse.

Sichere Entstörtechnik für Motoren

Im Unterschied zu Schützen und Ventilen haben Motoren wesentlich kleinere Induktivitäten; d.h. bezogen auf die Motorleistung sind die zu erbringenden Entstörleistungen relativ gering. Bei Motoren entstehen jedoch sehr große Abschaltströme, die von den Entstörgliedern kurzzeitig übernommen werden müssen. In die Dimensionierung muss dies einbezogen werden, was zur Folge hat, dass sich Motorentstörglieder ausschließlich für den vorgesehenen Entstörfall eignen. Empfehlenswert ist auch hier, die Entstörung direkt in den Motorstecker zu integrieren, um die Installationskosten zu senken (Bild 2). Der Motor ist im Stecker bereits als Stern oder Dreieck verschaltet, so dass auch dazu kein Eingriff von außen erforderlich ist. Die Anschlussleitungen sind vorkonfektioniert; im Servicefall kann der Motor schnell, einfach und sicher ohne Elektriker ausgetauscht werden.

Qualitätskriterien für Entstörglieder

Der Praktiker kennt die Schwierigkeiten, wenn ein dem Ausfall nahes Entstörglied sporadische Steuerungsausfälle verursacht, ganz zu schweigen von der mühsamen Suche nach der Ursache. Lütze legt deshalb bei der Entwicklung und Fertigung aller Entstörglieder Wert auf hohe Qualität. Die wichtigsten der für Entstörbeschaltungen geltenden Qualitätskriterien sind jedoch auch für den Anwender interessant. Er sollte bei der Dimensionierung beispielsweise berücksichtigen, dass die Lebensdauer des Entstörglieds und die der beschalteten Induktivität annähernd identisch sind. Auch ist es wenig empfehlenswert, die Baugröße zum wichtigsten Auswahlkriterium zu machen. Denn das Entstörglied ist im Grunde genommen ja ein Absorber für einen Teil der in der geschalteten Induktivität gespeicherten Energie. Sie wird möglichst schnell als Verlustleistung in Wärme umgesetzt, die nur über die Oberfläche der Bauelemente abgegeben werden kann. Um punktuelle Überhitzungen zu vermeiden, sollte diese Oberfläche möglichst groß sein, was dem Wunsch nach kleinstmöglichen Abmessungen widerspricht. Anschlussleitungen dürfen nicht zu lang dimensioniert sein, weil sie als Störstrahler wirken. Zudem verhält sich jede Leitung im Frequenzbereich der Störspannung induktiv. Ein großer Leitungsquerschnitt bringt ebenfalls Vorteile in Bezug auf die Störstrahlung.

Auch bei den Komponenten, die innerhalb der Entstörschaltungen eingesetzt sind, gibt es einige wichtige Dinge zu beachten. Bei Varistorschaltungen beispielsweise sollten nur Metalloxid-Varis-toren verwendet werden, da nur sie kurze Ansprechzeiten bei gleichzeitig hoher Stoßstrombelastbarkeit garantieren. Aus Kostengründen statt Suppressordioden mit Zenerdioden zu arbeiten ist wenig empfehlenswert. Durch die kurze Ansprechzeit und die hohe Stromstoßfestigkeit bietet die Suppressordiode eindeutige Vorteile. Bei RC-Kombinationen dürfen nur Entstörkondensatoren nach VDE 0565 T1 Klasse X2 eingesetzt werden. Sie sind schaltfest, für hohe Schaltüberspannungen ausgelegt und können direkt an der Netzspannung betrieben werden. Die Widerstände müssen ebenfalls hohen Spannungen standhalten. Gerade bei kleinen Widerstandswerten kann es am fertigungsbedingten Wendelschliff zu Spannungsüberschlägen kommen. Kohlemasse-Widerstände, glasierte Draht- oder Zementwiderstände mit großer Wendelsteigung sind darum die richtige Wahl.

Auswahlkriterien und Tipps

Auswahltabellen für geeignete Entstörkomponenten und weitere nützliche Tipps und Informationen für Praktiker hat Lütze in einem kleinen „Handbuch zur Entstörung geschalteter Induktivitäten" zusammengefasst, das kostenlos an Interessenten abgegeben wird.

Jürgen Wendel, Produktmanager Entstörbaugruppen bei der Lütze GmbH & Co. in Weinstadt, und Ellen-Christine Reiff, Redaktionsbüro Stutensee

Dieser Artikel stammt aus Community-Indicator
© http://www.wirautomatisierer.de
Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung der Konradin Verlag