Lernfeld 5 · Prüfung Teil 2

EMV, Kühlung und Anschlussbedingungen

EMV, Kühlung und Anschlussbedingungen von Geräten: Kopplungsarten, Filter, CE-Kennzeichnung, Wärmewiderstand, Kühlkörper und Einschaltstrom.

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Darum geht es

Elektromagnetische Verträglichkeit heißt: Ein Gerät stört andere nicht unzulässig und lässt sich selbst nicht stören. Störungen gelangen galvanisch über gemeinsame Leitungen, kapazitiv über Streukapazitäten, induktiv über Magnetfelder oder als Strahlung ans Ziel. Netzfilter, Schirmung, Masseflächen, kleine Stromschleifen und Ferrite helfen dagegen. Rechtsgrundlage ist die EMV-Richtlinie 2014/30/EU; zusammen mit Niederspannungs- und RoHS-Richtlinie erklärt der Hersteller die Konformität und bringt das CE-Zeichen an.

Jedes Leistungsbauteil setzt Verlustleistung in Wärme um. Die Wärme fließt von der Sperrschicht über Gehäuse, Isolierscheibe und Kühlkörper an die Luft; die Wärmewiderstände in K/W liegen dabei in Reihe wie elektrische Widerstände. Aus zulässiger Temperaturdifferenz und Verlustleistung berechnest du den gesamten Wärmewiderstand, ziehst die Anteile von Bauteil und Isolierung ab und erhältst den höchstzulässigen Wert des Kühlkörpers. Wärmeleitpaste füllt Luftspalte, isoliert aber nicht.

Zu den Anschlussbedingungen gehören Spannung, Einschaltstrom und Umgebungstemperatur. Schaltnetzteile laden beim Einschalten ihre Kondensatoren mit hohen Stromspitzen und können Leitungsschutzschalter auslösen; Einschaltstrombegrenzer oder verteilte Stromkreise helfen. Netzteile liefern oberhalb einer Grenztemperatur nur noch verminderte Leistung (Derating), das musst du bei der Planung von Gehäusen und Schaltschränken einrechnen.

Das solltest du dir merken

Wärmewiderstände von Sperrschicht bis Luft werden addiert.
Ohne Kühlkörper gilt der große Wärmewiderstand Sperrschicht zu Umgebung aus dem Datenblatt.
Steilere Schaltflanken senken Schaltverluste, erhöhen aber die Störaussendung.
Wer ein Gerät unter eigenem Namen in Verkehr bringt, ist Hersteller und verantwortet das CE-Zeichen.
Derating beachten, sonst überhitzen Elkos und Halbleiter.

Formeln

Sperrschichttemperatur: $ϑ_{J} = ϑ_{U} + P \cdot R_{th,ges}$; $ϑ_{J}$ Sperrschicht- und $ϑ_{U}$ Umgebungstemperatur in °C, $P$ Verlustleistung in W, $R_{th,ges}$ Wärmewiderstand in K/W
Höchstzulässiger Wärmewiderstand des Kühlkörpers: $R_{thKA} = \frac{ϑ _{J} - ϑ _{U}}{P} - R_{thJC} - R_{thCK}$; $R_{thKA}$ Kühlkörper zu Luft, $R_{thJC}$ Sperrschicht zu Gehäuse, $R_{thCK}$ Gehäuse zu Kühlkörper, alle in K/W

Typische Fehler in der Prüfung

Den Wärmewiderstand des Bauteils oder der Isolierscheibe nicht abgezogen.
Mit der höchsten Sperrschichttemperatur ohne Reserve gerechnet.
Niederspannungsrichtlinie und EMV-Richtlinie verwechselt.
Wärmeleitpaste für eine elektrische Isolierung gehalten.

Tipps aus der Werkstatt

Rechne Wärme wie einen Reihenstromkreis: Verlustleistung ist der Strom, Temperaturdifferenz die Spannung, Wärmewiderstände in K/W addieren sich. Vom zulässigen Gesamtwert ziehst du Bauteil und Isolierscheibe ab, der Rest bleibt für den Kühlkörper. Kleiner Wert heißt bessere Kühlung.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

13 Aufgaben zu „EMV, Kühlung und Anschlussbedingungen“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

Jetzt üben

Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Geräte und Systeme (2003 i. d. F. 2018), Lernfeld 5 (Elektroenergieversorgung für Geräte und Systeme realisieren und deren Sicherheit gewährleisten). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.