Auswahl einphasiger EMI-Filter und CE-Konformität für Industrieanlagen

Ein einphasiger EMI-Filter ist ein passives Netzwerk zwischen dem Stromnetz und Ihren Geräten, das leitungsgebundene Störungen dämpft, die sich in beide Richtungen ausbreiten – Rauschen, das Ihre Last zurück in die Versorgung einspeist, und Rauschen, das von der Versorgung kommt. Das für dieses Portfolio veröffentlichte EMI-Filtersortiment umfasst einphasige und dreiphasige Geräte von 1A bis 40A. Die Auswahl hängt von vier veröffentlichten Parametern und einer Installationsentscheidung ab: maximale Dauerbetriebsspannung, Nennstrom, Verbindungstyp und die im Datenblatt angegebene Hochpotential-Prüfspannung, abgestimmt auf die Umgebung, in der der Filter eingesetzt wird. Die Compliance-Frage ist gesondert und umfassender. Ein Filter ist eine Komponente; Die Markierung, auf die es ankommt, wird auf Ihrem fertigen Produkt angebracht, und der Filter ist ein Teil der Beweise, die Sie sammeln.

Wichtige Erkenntnisse

• Ein Filter funktioniert in beide Richtungen. Es begrenzt die Emissionen Ihrer Geräte und verbessert die Immunität gegenüber Störungen aus der Stromversorgung.

• Der Nennstrom ist eine thermische Kennzahl. Veröffentlichte Nennwerte beziehen sich auf eine definierte Umgebungstemperatur, üblicherweise 40 °C, und der Filter muss für einen heißeren Schrank herabgestuft werden.

• Die Verbindungsart entscheidet über die Installation. Einsatz-, Leitungsverdrahtungs-, Klemmenblock-, Bolzen- und IEC-Einlassvarianten eignen sich für unterschiedliche Schalttafelpraktiken.

• Bei der Hochpotential-Prüfspannung handelt es sich um eine veröffentlichte Spezifikation, nicht um ein Zeichen. Vergleichen Sie die Angaben im Datenblatt mit den Anforderungen Ihrer Baugruppe.

• Einpolige und bipolare Varianten unterscheiden sich in ihrer Referenz. Wählen Sie basierend auf Ihrer Erdungsanordnung, nicht nur auf der Stromstärke.

• Der Filter ist ein Input für die Compliance, nicht das Zertifikat. Für die Endgeräte gelten Normen und die Lieferantenerklärung gehört in Ihre Projektakte.

Was ein einphasiger EMI-Filter tatsächlich bewirkt

Woher kommt die Störung?

In einem Schaltnetzteil erzeugen die schnellsten Übergänge das breiteste Spektrum. Gleichrichterwiederherstellung, Schaltflanken und parasitäre Kapazitäten erzeugen Ströme, die andernfalls über die Netzleiter zurückfließen würden. Ein Filter stellt einen Pfad mit niedriger Impedanz dar, der diese Ströme umleitet, bevor sie das Gehäuse verlassen, und er funktioniert symmetrisch: Das gleiche Netzwerk dämpft von außen eintreffende Störungen.

Welchen Pfad schützt der Filter – Differential- oder Gleichtaktmodus?

Beides, und sie sind körperlich unterschiedlich. Gegentaktrauschen fließt über den stromführenden Leiter ab und kehrt zum Neutralleiter zurück, sodass es durch die Reiheninduktivitäten und den verketteten Kondensator gedämpft wird. Gleichtaktstörungen fließen über beide Leiter aus und kehren über die Erde zurück, sodass sie durch die Gleichtaktdrossel und die Leiter-Erde-Kondensatoren gedämpft werden. Dies ist wichtig, wenn Sie ein Datenblatt lesen: Bei einer Variante, die als bipolar oder zweistufig beschrieben wird, werden Elemente hinzugefügt, die auf einen dieser Pfade ausgerichtet sind, weshalb sich zwei Filter mit identischen Nennströmen in derselben Installation unterschiedlich verhalten können.

Lesen eines Datenblatts zu einem einphasigen EMI-Filter

Was legen die Spannungs- und Stromwerte fest?

Die maximale Dauerbetriebsspannung bestimmt die Versorgung, die Sie anschließen können, und der Nennstrom legt die thermische Hülle fest. Der Netz-EMI-Filter CW1B bietet eine maximale Dauerbetriebsspannung von 115/250 VAC, eine Betriebsfrequenz von 50/60 Hz und einen Nennstrombereich von 1 A, 3 A, 6 A und 10 A bei maximal 40 °C, wobei bis zu 15 A als Anpassung verfügbar sind. Der Satz „bei maximal 40 °C“ wird übersprungen. In einem versiegelten Schrank, der heißer als 40 °C ist, ist der nutzbare Strom niedriger als der auf dem Typenschild angegebene Wert, und die Leistungsreduzierung folgt der gleichen Logik, die auch für das Netzteil daneben gilt.

Warum ist die Hochpotentialprüfspannung wichtig?

Darin erfahren Sie, für welche Isolationsstufe der Filter gebaut und getestet wurde. Dies ist ein Input für die eigene Sicherheitsbewertung der Baugruppe. Das gleiche CW1B-Datenblatt nennt eine einminütige Hochpotential-Prüfspannung von 1500 VDC Leitung-zu-Leitung und 1500 VAC Leitung-zu-Erde, einen Betriebs- und Lagertemperaturbereich von –25 °C bis +85 °C, klassifiziert als 25/085/21, und einen Leitungsanschluss-Verdrahtungstyp. Lesen Sie diese Zahlen als veröffentlichte Spezifikationen der Komponente und bestätigen Sie, wie sie mit den Anforderungen übereinstimmen, die Ihr Endprodukt erfüllen muss.

Wie ändert sich die Installation durch den Verbindungstyp?

Es entscheidet darüber, wie der Filter mechanisch mit dem Panel verbunden wird und wie viel Verkabelungsdisziplin um ihn herum erforderlich ist. Einsteckeinheiten verwenden Schnellanschluss- oder Steckanschlüsse, linienförmige Einheiten werden direkt verdrahtet und Klemmenblock- oder Bolzenanschlusseinheiten akzeptieren eine Feldverdrahtung mit einem definierten Drehmoment und einer definierten Verlegung. Gemischte Vorgehensweisen in einem Schaltschrank sind die übliche Ursache dafür, dass ein Filter auf der Werkbank korrekt misst und sich im Schaltschrank schlecht verhält, da die Verkabelungsschleife, die ein Techniker zwischen dem Filter und der Last lässt, direkt am Filter vorbei koppeln kann.

Tabelle 1: Anschluss- und Montagevarianten

Anpassen des Filters an die Installation

Schalttafelmontage oder IEC-Eingang?

Ein IEC-Eingangsfilter integriert den Geräteeingang in das Filternetzwerk, ein Ansatz, der in der Familie der IEC-Eingangsfilter mit integrierter Sicherung und Schalter veröffentlicht wurde und IEC-Buchseneingangsmodelle von 1 A bis 10 A mit Optionen für einen Schalter mit oder ohne Licht, eine einzelne Sicherung oder eine doppelte Sicherung bietet. Das ist die richtige Lösung für Geräte, bei denen der Einlass frei liegt und ein separater Filter ein eigenes Gehäuse benötigen würde. Für eine Maschinentafel ist ein Klemmenblock- oder Schraubanschlussfilter, der in der Nähe des Netzeintrittspunkts montiert wird, die herkömmliche Wahl, während ein Einsatzfilter mit Schnellanschlussklemmen für Geräte geeignet ist, die auf einer Werkbank montiert werden, wo der veröffentlichte Bereich von 1 A bis 15 A bei maximal 40 °C die meisten Instrumentenlasten abdeckt.

Einpolig oder bipolar?

„Einzelpol“ bezieht sich auf die Anzahl der Pole, um die herum das Filternetzwerk aufgebaut ist; Bipolare Varianten fügen Elemente hinzu, die auf den zweiten Referenzpfad ausgerichtet sind. Die Unterscheidung ist am wichtigsten, wenn die Erdungsanordnung ungewöhnlich ist oder wenn das gemessene Gleichtaktrauschen nach dem Einbau eines einstufigen Filters weiterhin hoch bleibt. Beide werden als Standardvarianten für die CW3- und CW4-Familien veröffentlicht, sodass die Entscheidung anhand von Messungen und nicht anhand einer Spezifikationstabelle getroffen wird.

Einphasig oder dreiphasig?

Einphasig deckt den Großteil der industriellen Steuerungs- und Instrumentierungsausrüstung ab, während dreiphasige Dreileiterversionen wie CW12B-10A-R bis CW12B-40A-R für 380-VAC-Versorgungen existieren. Die einphasigen EMI-Filter vom Einsatztyp decken das 3A- bis 30A-Band sowohl in einpoligen als auch in bipolaren Konfigurationen ab, wo sich die meisten Automatisierungsschränke befinden. Die Wahl von dreiphasig, wenn die Last einphasig ist, erhöht die Kosten und kann die Kontrolle des Erdungspfads erschweren. Passen Sie den Filter daher an die Stromversorgung an, die das Gerät tatsächlich nutzt.

Tabelle 2: Modellfamilien und aktuelle Bewertungen

Die oben genannten Bewertungen stammen aus veröffentlichten Modelltabellen. Bestätigen Sie vor der Bestellung die genaue Variante, die Umgebungstemperatur und den Anschluss auf dem Datenblatt.

Konformität: Was die CE-Kennzeichnung vom Gerätebauer verlangt

Welche Standards gelten und wofür?

Die Standards richten sich nach Ihrem Produkt, nicht nach dem Filter. Die EMV-Richtlinie wird durch die Einhaltung der geltenden harmonisierten Normen erfüllt, bei denen es sich für Industrieumgebungen typischerweise um die allgemeinen Störfestigkeits- und Emissionsnormen handelt, während Geräte in anderen Kategorien den für diese Kategorie spezifischen Normen folgen. Auf der Sicherheitsseite legt die Norm, die Ihr Endprodukt regelt – zum Beispiel IEC/EN 62368-1 für Geräte der Informations- und Kommunikationstechnik – die Isolierungs- und Abstandsanforderungen fest, die Ihre Baugruppe erfüllen muss. EMI-Filter unterliegen als Komponenten einer eigenen Komponentennorm, IEC 60939, die beim Lesen eines Filterdatenblatts eine nützliche Referenz darstellt. Bestätigen Sie die geltenden Editionen und Umfänge mit Ihrem Compliance-Partner.

Warum liefert der Filter allein keine Compliance?

Denn Emissionen und Störfestigkeit sind Eigenschaften der fertigen Baugruppe. Die Kabelführung, die Erdung, die Qualität des Gehäuses, die Schaltfrequenz der Versorgung und die Länge der ungefilterten Netzkabel im Schrank haben Einfluss auf die Messung. Ein Filter mit korrekter Nennleistung, der mit einer langen ungedrehten Schleife zwischen Filter und Last installiert ist, kann eine schlechtere Leistung erbringen als ein kleinerer Filter, der direkt am Eintrittspunkt montiert ist. Behandeln Sie den Filter als eine kontrollierte Variable unter mehreren.

Welche Unterlagen sollten gesammelt werden?

Besorgen Sie sich die Lieferantenerklärung des Filters, die Datenblattseite mit den Prüfwerten für Nennspannung, Strom und Hochpotential sowie eine Aufzeichnung der tatsächlich bestellten Variante. Wenn ein Schnellanschluss- oder Einsteckfilter verwendet wird, notieren Sie auch den Gegensteckerteil, da sich durch den Austausch der Kontaktwiderstand ändert und eine am Prototyp durchgeführte Geräuschmessung ungültig werden kann. Bewahren Sie alles zusammen mit der Projektdatei auf und nicht in einem Ordner, der einem einzelnen Ingenieur gehört.

Tabelle 3: Was der Filter abdeckt und was nicht

Nur illustrative Methode; keine SMUN-Produktspezifikation.

Auswahl-Workflow, bevor Sie ein Angebot anfordern

Schritt 1 – Bestätigen Sie die Versorgung und Frequenz. Ermitteln Sie die maximale Dauerbetriebsspannung und die Netzfrequenz, die das Gerät tatsächlich nutzt.

Schritt 2 – Reduzieren Sie den Nennstrom. Beginnen Sie mit dem auf dem Typenschild angegebenen Strom und reduzieren Sie ihn dann für die tatsächliche interne Umgebungstemperatur über 40 °C.

Schritt 3 – Identifizieren Sie den Interferenzmodus. Stellen Sie durch Messung fest, ob Differenz- oder Gleichtaktstörungen dominieren und ob eine einpolige oder bipolare Variante indiziert ist.

Schritt 4 – Passen Sie die Terminierung an Ihre Panel-Praxis an. Einsatz, Leitungsverdrahtung, Klemmenblock, Bolzen oder IEC-Einlass.

Schritt 5 – Vergleichen Sie die veröffentlichte Prüfspannung. Vergleichen Sie die im Datenblatt angegebene Hochpotenzialzahl mit der Anforderung, die Ihre Baugruppe erfüllen muss.

Schritt 6 – Fixieren Sie die Montageposition. So nah am Netzeingang, wie es die Anordnung zulässt, mit der kürzesten praktikablen ungefilterten Schleife.

Abschluss

Ein einphasiger EMI-Filter ist eine Komponente, die aus vier veröffentlichten Zahlen ausgewählt wird – maximale Dauerbetriebsspannung, Nennstrom bei der angegebenen Umgebung, Abschlusstyp und Hochpotential-Prüfspannung – und dann danach beurteilt wird, wie gut sie installiert ist. Die Installation ist ebenso wichtig wie die Wahl, denn in der Schleife zwischen Filter und Last geht der größte Teil der im Datenblatt versprochenen Leistung verloren.

Die Compliance-Frage befindet sich eine Ebene über der Komponente. Das Zeichen gehört zu Ihrem fertigen Produkt, die Standards, die es regeln, richten sich nach seiner Kategorie und nicht nach denen des Filters, und der Filter liefert eher Beweise als Schlussfolgerungen. Die Behandlung eines Filterdatenblatts als Konformitätsdokument ist das häufigste Missverständnis in diesem Teil eines Entwurfs.

Bevor Sie ein Angebot anfordern, bestätigen Sie die Versorgungsspannung und -frequenz, den reduzierten Strom in Ihrer Innenumgebung, den in Ihren Messungen angezeigten Interferenzmodus, den von Ihrer Schaltschrankpraxis erwarteten Abschluss und die Montageanforderungen, die Ihr Endprodukt erfüllen muss.

FAQ

F: Wie wähle ich zwischen einpoligen und bipolaren Varianten?

A: Basieren Sie auf Messungen und nicht auf der Spezifikationstabelle. Ein einzelner Pol deckt das gemeinsame Gehäuse ab; Eine bipolare Variante fügt Elemente hinzu, die auf den zweiten Referenzpfad ausgerichtet sind, und ist eine Überlegung wert, wenn die gemessene Gleichtaktstörung nach einem einstufigen Filter hoch bleibt oder die Erdungsanordnung ungewöhnlich ist.

F: Gilt der Nennstrom für jede Umgebungstemperatur?

A: Nein. Veröffentlichte Nennwerte beziehen sich auf eine definierte Umgebungstemperatur – üblicherweise maximal 40 °C für die CW1B-Familie – und der nutzbare Strom sinkt, wenn die Innentemperatur steigt. Reduzieren Sie in einem geschlossenen Schrank die Leistung des Filters entsprechend der Umgebungstemperatur, die Sie an der Montageposition gemessen haben, genauso wie Sie es bei der daneben liegenden Stromversorgung tun würden.

F: Kann ich einen Filter für mehrere Ladungen einsetzen?

A: Es ist möglich, dass sich die Lasten einen Versorgungspunkt teilen, der Filter dann jedoch den kombinierten Strom und die kombinierten Störungen erkennt und die ungefilterte Verkabelung im Schrank länger wird. Die Montage des Filters an der Stelle, an der das Stromnetz in das Gehäuse eintritt, in der Nähe der dominanten Geräuschquelle, führt normalerweise zu einem besseren Ergebnis als ein größerer Filter, der alles abdeckt.

F: Was sagt mir die Hochpotential-Prüfspannung?

A: Es beschreibt den Isolationsgrad, auf den der Filter gebaut und getestet wurde, angegeben als einminütiger Test bei einer angegebenen Spannung zwischen definierten Anschlüssen. Vergleichen Sie die veröffentlichten Zahlen mit den Anforderungen der Sicherheitsbewertung Ihrer Baugruppe und betrachten Sie diese als eine Eingabe und nicht als Beweis dafür, dass das fertige Produkt die Anforderungen erfüllt.

F: Benötige ich einen Filter, wenn mein Netzteil bereits einen enthält?

A: Eine Stromversorgung mit einem internen Filter reduziert die Störungen an ihren eigenen Anschlüssen, aber die Netzverkabelung in Ihrem Schrank trägt immer noch die verbleibenden Reste und kann mit nahegelegenen Leitern verbunden werden. Ob ein zusätzlicher Filter erforderlich ist, wird durch die Messung der fertigen Baugruppe entschieden, nicht durch die Annahme, dass der interne Filter ausreichend ist.