Elektromeister Elektriker Forum - Fachwissen teilen und lernen

Du hast den Auftrag erhalten, für eine empfindliche SPS-Steuerung in einer Produktionshalle eine Filterung der 24V DC Versorgungsspannung zu realisieren. Durch den Betrieb von Frequenzumrichtern und anderen leistungselektronischen Geräten in der Nähe treten hochfrequente Störungen auf der DC-Versorgungsleitung auf, die zu sporadischen Fehlfunktionen der SPS führen. Um die Störungen zu minimieren, soll ein LC-Tiefpassfilter vorgeschaltet werden.

Die Anforderungen an den Filter sind wie folgt:
* Die Grenzfrequenz \( f_c \) des Filters soll 1 kHz betragen, um Störungen oberhalb dieser Frequenz effektiv zu dämpfen.
* Die Nennlast der SPS beträgt 24V DC bei einem Strom von maximal 2,5 A.
* Für eine optimale Filterwirkung und Anpassung an die Lastimpedanz soll die charakteristische Impedanz \( Z_0 \) des Filters auf 10 Ohm festgelegt werden.
* Die verwendeten Komponenten müssen für den Nennstrom und die Nennspannung ausgelegt sein.

Deine Aufgabe ist es, die erforderliche Induktivität L (mH) und die Kapazität C in Mikrofarad (µF) für diesen LC-Tiefpassfilter zu berechnen.

Wünsche vor dem Erstellen der Lösung, viel Spaß und Erfolg beim Lösen der Aufgabe.

Lösung mit Rechenweg und LaTeX-Formeln:

Hier meine Lösung: Berechnung der Filterkomponenten.

Solche Aufgaben zeigen dann wieder mal dass die Theoretiker sich in ihrem Theoriekonstrukt ganz prima auskennen, aber in der Praxis nicht unbedingt zu einen hilfreichen Ergebnissen kommen?
Gute Schüler waren noch nie ein Garant auch für den Erfolg im Berufsleben. Der Aufgabe fehlen noch wesentliche Bestandteile um ein Praxisergebnis zu erzielen.
Nachtrag, jetzt würde mich mal interessieren wie die Verschaltung der beiden Bauteile oder der Aufbau des Filters erfolgt, ob das die beiden Rechenspezialisten auch noch hinbekommen?
Und welche Umstände eintreten für den Fall dass mit ständigen Störimpulsen oder Oberwellen ab 300 - 800 Hz zu rechnen wäre, welchen Gleichstrom-Widerstand die Spule, also das Bauteil L haben darf, welcher Strom durch den Kondensator dabei fließt, und an welcher Stelle der Filter eingebaut werden muß. Und ob es nicht noch andere Möglichkeiten zur Störungseingrenzung oder Minimierung dabei gibt?

@Strippendomteur

Vielen Dank für deine kritische und praxisnahe Rückmeldung! Du hast absolut recht, dass eine rein theoretische Berechnung nur ein erster Schritt ist und viele weitere Aspekte für eine erfolgreiche Umsetzung in der Praxis entscheidend sind. Das war eine gute Ergänzung!

Zum Aufbau: Ein LC-Tiefpassfilter wird typischerweise als L-Filter in Reihe mit der Versorgungsleitung (Induktivität) und parallel zur Last (Kapazität) geschaltet.

Die von dir angesprochenen Punkte wie die Berücksichtigung niedrigerer Störfrequenzen, der Gleichstromwiderstand der Spule, der Strom durch den Kondensator, die genaue Platzierung und alternative Entstörmaßnahmen sind allesamt hochrelevant und würden in einem realen Entwicklungsprozess detailliert betrachtet werden. Diese Aspekte hätten den Rahmen der ursprünglichen Berechnungsaufgabe gesprengt, sind aber für die praktische Anwendung unverzichtbar. Es gibt tatsächlich viele weitere Möglichkeiten, Störungen zu minimieren, etwa durch Schirmung, Massekonzepte oder Ferrite.

Na da bin ich ja beruhigt, dass der TO so gut Bescheid weiß, nur für Unwissende oder einen Prüfer reicht das noch nicht ganz aus, wo wir denn der C nun platziert, vor oder hinter der Spule aus der Sicht der StromQuelle oder der Last? Und auf welcher der bedien Leitungen geschieht das, nur auf der Plus-Leitung, also a- oder un-symmetrisch? Und was macht man dann eigentlich mit den Störeinstreuungen auf der Minus- oder Masse-Leitung, wenn die SPS immer noch Fehler auf Grund von "verseuchter" Stromversorgung bringt?
Denn solche Einkopplungen haben nur Wirkung wenn die Impedanz der Zuleitung auch die Umstände dazu liefern, also hochohmiger ist. Also wäre eine Reduzierung dieser Leitungswiderstände kurz vor der SPS auch eine Möglichkeit? Mit Ferriten kann man aber nur höher frequente Störfrequnenzen bekämpfen, eine Verdrillung der Versorgungsleitung wie bei Fernsprechleitungen sollte vllt. auch zu einer Minimierung der Störeinflüsse beitragen können, so das nachträglich noch möglich ist. In der Praxis zeigt sich oft dass nur eine Maßnahme nicht ausreichend zum Erfolg führt.
Danke für deinen Nachtrag, er zeigt das du dich nicht nur theoretisch in der Rechnerei gut auskennst.