Galvanische Kopplung

Voraussetzung: mindestens zwei Stromkreise, die so angeordnet sind, daß ihre Ströme ganz oder teilweise durch gemeinsame Leitungen, den Koppel-Impedanzen fließen. Der Summenstrom setzt sich dann zusammen aus dem jeweils eigenen Stromkreis und einem überlagerten Teilstrom (Störstrom) des anderen Kreises.

 

Gegenmaßnahme:
Vermeidung gemeinsamer Versorgungsleitungen einschließlich der zugehörigen Rückleiter.

 

 

 

 

 

 

Die Koppelimpedanzen können aus ohmschen Widerständen, Kapazitäten oder Induktivitäten bestehen oder zusammengesetzt sein.

Nach dem Prinzip-Ersatzschaltbild lassen sich folgende Zusammenhänge erkennen. Der Nutzstrom I1 durch U01 bei U02=0

 

Der Störstrom Ist durch U02 ist über die Impedanzen Z3 und Z4 in den Stromkreis 1 eingekoppelt.

 

Durch Z11 fließt der Nutzstrom I1 und ein anteiliger Störstrom

 

Der Strom durch Z12 ist somit:

 

Der Störstromanteil (Subtrahent) erzeugt an den Impedanzen des gestörten Stromkreises die folgenden Störspannungen.

und

 

 

 

 

Sonderfall:
Unter der Annahme, daß die Impedanzen Z3 und Z4 gegen Null gehen und Z12 sowie Z22 zur gemeinsamen Kopplungsimpedanz ZK zusammenfallen läßt sich der häufigste Sonderfall entwickeln.(Abb. 2)

 

 

 

Mit Z3=0, Z4=0, Z22 unendlich und Z12=ZK ergibt sich aus der Gleichung (1) der Nutzstrom und mit Z12 unendlich und Z22=ZK aus Gleichung (2) der Störstromanteil zum Gesamtstrom:

 

 

mit dem Störspannungsabfall Ust_K an ZK:

 

 

 

 

 

Gegenmaßnahme: Galvanische Entkopplung

Wenn man die Koppelimpedanz Zk zu Null macht ergibt sich nach (.8) auch keine Störspannung Ust_K obwohl eine galvanische Verbindung vorliegt. Diesen Fall der Verbindung in einem Punkt nennt man galvanische Entkopplung.

Die Wirksamkeit dieser Maßnahme hängt von der Leitungsführung ab.

 

 

 

Sternförmige Verbindung

Eine ideale, punktförmige Verbindung ist immer günstig, aber in der Praxis nicht immer möglich. Häufig werden dann sternförmige Verbindungen gewählt. Theoretisch sind sie den punktförmigen Verbindungen gleichwertig.

 

Doch stellen die Verbindungen zum Sternpunkt in der Regel Impedanzen dar, die nicht vernachlässigt werden dürfen; insbesondere bei höheren Frequenzen. Daneben müssen andere Kopplungsmechanismen (kapazitive, induktive und Wellenkopplung) berücksichtigt werden.

Die sicherste Methode zu Vermeidung galvanischer Beeinflussung stellt die Potentialtrennung dar. Auf die soll hier jedoch nicht näher eingegangen werden.

 

 

 

Frequenzabhängigkeit von Widerständen (Leitern)

Mißt man bei konstanter Wechselspannung den Strom als Funktion der Frequenz so stellt man folgendes fest.: =...... 1 kHz R = R0 Joule
1 kHz. ...1 MHz R = R0 + R0´ K´ f2 Wirbelstrom
10 kHz....3MHz . R = R0 + R0´ K´ Ö f Skin-Effekt
1 Mhz .... R = R0 + R0´ K´ f3 dielektr.Verluste

 

Wirbelstrom und Skineffekt sind Wirkungen, die vom Leiter selbst abhängen (Form, Querschnitt, Material, usw) während die dielektrischen Verluste von den Stoffeigenschaften des umgebenden Mediums abhängen. Insgesamt kann die relative Widerstandsänderung den Wert 1000 erreichen.

Frequenzabhängigkeit von Kapazitäten und Induktivitäten

Der Blindwiderstand einer Kapazität ändert sich umgekehrt proportional mit der Frequenz bis zur bauart bedingten Grenzfrequenz .

R = R0 + K´ f-1 gültig bis fg (Bauart, Material)

Der Blindwiderstand einer Induktivität ändert sich proportional mit der Frequenz bis zur bauart bedingten Grenzfrequenz .

R = R0 + K´ f gültig bis fg (Bauart, Material)

 

 

 

 

Fazit

Auch ohmsche Widerstände und dazu gehören die Kabel und Leiterbahnen haben einen Frequenzgang der bei der galvanischen Kopplung berücksichtigt werden muß.

EMV-ÜbersichtKontaktwiderstände