Teoria

Sieciowe filtry przeciwzakłóceniowe

 

Informacje ogólne

 

1. Zastosowanie

 

Ogromny wzrost zastosowania układów elektronicznych prawie we wszystkich dziedzinach współczesnego przemysłu spowodował konieczność zabezpieczania tych czułych systemów sterowania przed zewnętrznymi zakłóceniami. W tym celu opracowane zostały specjalne sieciowe filtry przeciwzakłóceniowe, które minimalizują lub wręcz eliminują te zakłócenia gwarantując poprawne działanie urządzeń elektronicznych.

 

Filtry opracowane i produkowane przez firmę FILTERCON są skutecznym i tanim rozwiązaniem problemu filtracji zakłóceń dla zasilaczy, urządzeń przełączających, aparatury medycznej, urządzeń komputerowych, sprzętu masowego przekazu itp.

 

2. Źródła zakłóceń

 

Występujące w przyrodzie naturalne zakłócenia elektromagnetyczne mają swoje źródła w wyładowaniach elektrycznych, burzach piaskowych i pyłowych, w opadach oraz w promieniowaniu kosmicznym o źródłach wewnątrz lub na zewnątrz naszego układu słonecznego. Zakłócenia przemysłowe pochodzą najczęściej z takich źródeł jak linie energetyczne, systemy zapłonowe, maszyny wirujące, odbiorniki radiowe i telewizyjne, wzmacniacze mocy, oświetlenie jarzeniowe, urządzenia komputerowe i wszelkiego typu nadajniki. Zakłócenia mogą być wypromieniowywane bezpośrednio z tych urządzeń w postaci fali elektromagnetycznej lub przedostawać się do przewodów sieci zasilającej.

 

Opisane na następnych stronach filtry przeznaczone są przede wszystkim do tłumienia zakłóceń występujących w sieci zasilającej.

 

3. Tłumienie zakłóceń

 

Tłumienie zakłóceń elektromagnetycznych w układach filtrujących odbywa się dwutorowo.

 

Kondensatory zwierają zakłócenia do masy zaś szeregowo podłączone dławiki zwiększają impedancję linii co jeszcze bardziej zwiększa skuteczność kondensatorów bocznikujących.

 

a) Kondensatory

 

Wszystkie filtry produkowane przez firmę FILTERCON zawierają kondensatory zarówno klasy X2 i Y zgodnie z wymaganiami międzynarodowych norm. Zwykle są to kondensatory foliowe metalizowane (klasa X2) posiadające zdolność samoregeneracji oraz kondensatory ceramiczne (klasa Y) zatwierdzone przez użytkowników większości krajów na świecie jako kondensatory przeciwzakłóceniowe.

 

Kondensatory klasy X2 posiadają nieograniczoną pojemność dla tych aplikacji, w których uszkodzenie kondensatora spowodowane zwarciem nie może wpłynąć na niebezpieczeństwo porażenia prądem.

 

Kondensatory klasy Y przeznaczone są na napięcie pracy Vsk. = 250 V oraz posiadają, z uwagi na większe niebezpieczeństwo porażenia, zwiększoną wytrzymałość elektryczną i mechaniczną, a także ograniczoną pojemność.

 

b) Elementy indukcyjne

 

Elementy indukcyjne (sieciowe dławiki przeciwzakłóceniowe) wykonane są w większości na ferrytowych rdzeniach pierścieniowych i na ferrytowych rdzeniach U o prostokątnym przekroju kolumn z tolerancją ±30%. Uzwojenia dławików nawinięte są na korpusie dwusekcyjnym wykonanym z tworzywa samogasnącego ITAMID 28SAM.

 

4. Działanie filtrów sieciowych

 

Wszystkie filtry przeciwzakłóceniowe mogą spełniaç podwójną rolę (Rys.1).


Rys. 1.

 

a) Filtr zabezpiecza urządzenie elektroniczne przed impulsami występującymi w sieci zasilającej generowanymi np. przez wszelkiego typu przełączniki i przekaźniki.

b) Ten sam filtr może pracować również w przeciwnym kierunku tłumiąc zakłócenia produkowane przez to urządzenie do zalecanych normami poziomów.

 

5. Prąd upływowy

 

Prąd upływowy urządzeń związany jest głównie z wartością kondensatora klasy Y. Poniższa tabela precyzuje wartości tego prądu dla większości urządzeń elektrycznych zgodnie z normą PN-T-42107:1993 oraz międzynarodowymi normami (IEC 335-1 i VDE 0700 T.1).

 

Dla sprzętu gospodarstwa domowego:

 

Urządzenia przenośne do zabezpieczenia klasy I 0.75 mA
Urządzenia stacjonarne posiadające silniki elektryczne do zabezpieczenia klasy I 3.5 mA
Stacjonarne urządzenia grzewcze do zabezpieczenia klasy I 5.0 mA
Przyrządy do zabezpieczenia klasy II 0.25 mA
Przyrządy nie obudowane 5.0 mA
Inne 3.5 mA

 

 

Dla innych zastosowań:

 

Norma Przyrządy laboratoryjne Kalkulatory Sprzęt medyczny Podzespoły elektroniczne
UL 0.5 mA 5.0 mA 0.1 mA 5.0 mA
IEC - 0.5 mA 0.1 mA 3.5 mA

 

 

6. Napięcie znamionowe Un, Prąd znamionowy In

 

Dla każdego typu filtra karty katalogowe podają napięcie znamionowe Un i prąd znamionowy In w danych technicznych. Podawane prądy znamionowe odnoszą się do pełnego obciążenia (In) w temperaturze 45°C. Przy temperaturach wyższych dopuszczalny prąd znamionowy zmniejsza się liniowo do 0 A przy temperaturze 85°C.

 

Rys. 2.

 

7. Kategoria klimatyczna zgodna z normą PN-93/T-42107 i IEC 950

 

25/085/21

 

8. Metody pomiarowe

 

a) Tłumienność (metoda symetryczna i metoda asymetryczna)

 

Tłumienność jest pomiarem skuteczności filtra.

 

Definiowana jest jako stosunek napięcia E1 występującego na obciążeniu układu bez obecności filtra do napięcia E2 na tym samym obciążeniu z zastosowaniem filtra.

 

Ponieważ tłumienność zależy od źródła i impedancji obciążenia układu w którym zastosowany jest filtr pomiar tłumienności definiowany jest dla układów pomiarowych o impedancji wejściowej i wyjściowej 50 ohm. Tłumienność mierzona jest w decybelach i jest określona następującą zależnością.

 

Tłumienność (dB) = 20 log [E1/E2]

 

Zakłócenia związane z typem pomiarów symetrycznych powodowane są przez niesinusoidalny tryb pracy prostowników i innych urządzeń przełączających.

 

Znaczna większość tych zakłóceń leży w przedziale częstotliwości od 50 Hz do około 10 MHz. Z uwagi na to, że zakłócenia towarzyszą przepływającemu w obwodzie prądowi, należy przypuszczać, że posiadają tę samą wartość ale są w przeciwnej fazie w stosunku do drugiej linii. W przypadku pomiaru symetrycznego tłumienność mierzona jest pomiędzy dwiema liniami (L i N) poprzez transformator symetryczny. Przewodu masowego (E) nie używa się podczas tego pomiaru. W metodzie pomiaru asymetrycznego tłumienność ma tę samą fazę co przeciwna linia, lecz jej wartość może być inna zależna od wyjścia obwodu. W przypadku tej metody obie linie (L i N) są połączone razem a pomiar dokonywany jest w odniesieniu do masy (E) obwodu w systemie jak pokazuje Rys. 4.

 

Rys. 3.

 

Rys. 4.

 

b) Wytrzymałość dielektryczna

 

Zgodnie z normą VDE 0565 T.3 dotyczącą wytrzymałości dielektrycznej w odniesieniu do kondensatora klasy Y, należy przeprowadzać badania wg poniższej tabeli.

 

 

Kondensator klasy X2 Badanie
Kondensator ceramiczny i foliowy Up~ = 4.3 Un
Kondensator foliowy metalizowany samoregenerujący się Up~ = 2.15 Un

 

 

Kondensator klasy Y Badanie
Wszystkie kondensatory Up~ = 1500 V
Pomiędzy płytą a obudową Up~ = 2Un + 1500 V

 

 

c) Spadek napięcia AC

 

Spadek napięcia dla prądu zmiennego definiowany jest następująco:

 

Spadek napięcia AC = Ein - Eout

 

Poniższy rysunek ilustruje układ pomiarowy.

 

Rys. 5.

 

d) Spadek napięcia DC

 

Spadek napięcia dla prądu stałego wykonywany jest dla każdej linii oddzielnie.

 

Firma FILTERCON wykorzystuje do tego pomiaru poniższy układ.

 

Rys. 6.

 

e) Prąd upływowy

 

Prąd upływowy jest pomiarem prądu biernego (pojemności) w stosunku do masy. Do badania tego prądu stosowany jest następujący obwód pomiarowy.

 

Rys. 7.