EMC

Elektromagnetische Verträglichkeit ist die Fähigkeit von elektrischen und elektronischen Geräten, zuverlässig in Gegenwart von elektromagnetischen Störungen zu funktionieren und dabei nur tolerable Störpegel selbst abzustrahlen. In einer Fabrik, einem Krankenhaus oder einer Telekommunikationsanlage mit vielen Motoren, Schaltnetzteilen, Funksendern und empfindlichen Instrumenten, die dicht beieinander arbeiten, ist EMV nicht optional: Geräte, die Störungen ausstrahlen oder Störungen von Nachbargeräten nicht aushalten, funktionieren nicht zuverlässig, verursachen Datenverlust, lösen Fehlalarme aus oder fallen ganz aus.

EMV-Anforderungen haben zwei Formen: Störfestigkeit und Störaussendung. Störfestigkeit ist die Widerstandsfähigkeit des Geräts gegen äußere Beeinflussungen, sowohl leitungsgebunden (Störungen auf Stromversorgungs- und Signalkabeln) als auch gestrahlt (Störungen im elektromagnetischen Feld). Störaussendung sind die ungewünschten Signale, die das Gerät selbst erzeugt und in die Umgebung ausstrahlt. Ein Industriegerät der Klasse A könnte Strahlungsstörungen bis 10 V/m ertragen und darf nicht mehr als 74 dBµV/m in 10 m Entfernung ausstrahlen, während Verbrauchergeräte der Klasse B strengere Grenzwerte für die Aussendung haben, aber weniger strenge Anforderungen an die Störfestigkeit.

Die physikalischen Mechanismen von Störungen sind gut verstanden. Hochfrequentes Schalten in Netzteilen erzeugt Harmonische und unerwünschte Emissionen über ein breites Frequenzband. Bürstenfeuer in Motoren und Schalterkontakte erzeugen impulsive Störungen, die sich kapazitiv und induktiv auf benachbarte Leiter übertragen. Wechselstromkabel mit hohen Strömen erzeugen Magnetfelder, die Spannungen in Signalschleifen induzieren. Ein induktiver Last von 50 A, der plötzlich ausgeschaltet wird, kann Spannungsspitzen von mehreren Kilovolt erzeugen. Diese Störungen breiten sich über Stromversorgungsleitungen, durch die Luft, über metallische Gebäudestrukturen aus und können Mikrocontroller stören, digitale Signale verfälschen oder Halbleiterrelais in unsichere Zustände schalten.

EMV wird von der Schaltungsebene an aufgebaut. Filter am Netzeingang entfernen Hochfrequenzstörungen, bevor sie ins Verteilnetz gelangen. Abschirmung von Signalkabeln und Gehäuseschirmung blockieren Strahlungsfelder. Trennung von Hochlast- und Signalkreisen, Rückleiter zu Sternpunkten geführt und ordnungsgemäße Erdung reduzieren gegenseitige Beeinflussung. Die Bauteilauswahl ist wichtig: Komponenten mit langsameren Schaltflanken erzeugen weniger Spektralenergie bei hohen Frequenzen. Die Anordnung von Leiterplattenleiterbahnen und die mechanische Anordnung von Baugruppen im Gehäuse sind genauso wichtig wie die Bauteilauswahl.

Die Einhaltung wird durch Messungen im reflexionsarmen Raum oder auf offener Messfläche nachgewiesen sowie durch Störfestigkeitsprüfungen: Das Gerät wird standardisierten Störungen ausgesetzt (leitungsgebundene Impulse, Strahlungsfelder, schnelle elektrische Transienten) und es wird bestätigt, dass es weiterhin innerhalb der Spezifikation funktioniert. In der Europäischen Union erfordert die CE-Kennzeichnung den Nachweis der EMV nach der Richtlinie für elektromagnetische Verträglichkeit. In Nordamerika regeln FCC-Part-15-Vorschriften nicht lizenzgebundene elektronische Geräte. Industrielle Ausrüstungen folgen typischerweise der IEC-61800-Normenreihe für Stromantriebssysteme, IEC 60947 für Schaltgeräte oder gerätespezifischen Normen in den Bereichen Medizintechnik, Luftfahrt oder Telekommunikation.