rfi фильтр что это
Сетевые помехоподавляющие фильтры для силовых цепей
Компания TE Connectivity широко известна своими разъемами, а также кабельной продукцией. Кроме того, компания выпускает достаточно широкую номенклатуру помехоподавляющих фильтров, предназначенных для использования как в сигнальных, так и в силовых цепях.
Фильтрация помех играет важное значение в современной электронной аппаратуре. С помощью фильтрации решаются две основные задачи: защита устройств от внешнего электромагнитного воздействия и создание препятствий для проникновения паразитного излучения, возникающего при работе приборов, в окружающую среду. Защита от внешних наводок способствует повышению помехоустойчивости и надежности работы. Защита от проникновения паразитных излучений за пределы устройства способствует улучшению общей электромагнитной обстановки и ослабляет эффективность различного рода атак на модули, предназначенных для обработки и защиты информации.
Компания TE Connectivity выпускает достаточно большое количество моделей силовых фильтров, предназначенных для работы в однофазных и трехфазных сетях переменного тока, а также для защиты шин питания постоянного тока. Фильтры имеют превосходные электрические характеристики. Качество фильтров компании TE Connectivity подтверждают сертификаты UL (UL Recognized), CSA (CSA Certified) и VDE (VDE Approved).
Ниже приведена сравнительная характеристика наиболее популярных серий фильтров в наличии и доступных для заказа на складе Компэл:
Рассмотренные силовые RFI-фильтры компании TE Connectivity позволяют значительно снизить как уровень побочных электромагнитных излучений в различной радиоэлектронной аппаратуре, так и повысить помехозащищенность по цепям питания. Это, в свою очередь, благоприятно сказывается на надежности и сроке службы. Небольшие габаритные размеры, простота подключения и низкая стоимость делают фильтры компании TE Connectivity оптимальным выбором для инженеров, занимающихся борьбой с электромагнитными помехами в различной радиоэлектронной аппаратуре.
Rfi фильтр что это
Выпуск энергосберегающих насосных станций
Сервисный центр
Продажа и ремонт преобразователей частоты и устройств плавного пуска.
Телефон горячей линии: +38 096 1111 628
E-mail: service@tsdservice.com.ua
Главное меню
Преобразователи частоты
Устройства плавного пуска
Нестандартное оборудование
При переключении силовых ключей инвертора возникают, так званные, индустриальные помехи, которые в широком спектре частот в виде электромагнитных колебаний излучаются в окружающую среду и в виде высокочастотных электрических сигналов проникают в сеть питания. Наличие высокочастотных сигналов в сети питания отрицательно влияет на работу электронной аппаратуры, которая подключена к этой сети.
Повышение помехоустойчивости, а, следовательно, надежности любого электронного устройства может быть достигнуто путем уменьшения восприимчивости его узлов к индустриальным помехам, с одной стороны, и уменьшения помехообразования и сферы действия помех преобразователя частоты, с другой стороны. Для уменьшения помехообразования преобразователя частоты применяют такие схемотехнические решения и алгоритмы работы, которые снижают уровень генерируемых помех, используются оптимальный выбор и оптимальная топология силовых электронных ключевых элементов и оптимизируется их режим работы. Используется грамотное взаимное расположение элементов и узлов, разделение силовой и управляющей части, экранирование ключевых элементов, заземление и т.п.
Следует отметить, что некоторые мероприятия, позволяющие уменьшить уровень радиопомех силовой преобразовательной техники, могут привести к уменьшению КПД. Например, для уменьшения спектра радиопомех при переключении силового IGBT-транзистора необходимо увеличить время переключения (сформировать «пологий» фронт), что автоматически ведет к увеличению динамических потерь и снижению КПД. Поэтому идут на компромисс, а для снижения уровня радиопомех используют входной RFI-фильтр (входной фильтр радиопомех), который устанавливают на входе преобразователя частоты.
Входные фильтры радиопомех могут поставляться как отдельное устройство и как опция, которая учитывается при заказе, и преобразователь частоты Данфосс поставляется с вмонтированным входным RFI-фильтром.
Преобразователи частоты Danfoss (Данфосс) выпускается в металлическом корпусе, который служит экраном от электромагнитного излучения, и одновременно служит надежной защитой от механических повреждений в процессе эксплуатации.
Следует обратить внимание на то, что кабель, которым подключают электродвигатель к преобразователю частоты, тоже излучает радиопомехи. Для уменьшения уровня излучения радиопомех экранируют этот кабель, а если и это не помогает, то используют выходной sin-фильтр (синусоидальный фильтр)
Электромагнитная совместимость при использовании преобразователей частоты
Обобщенно, силовая часть любого преобразователя частоты (далее ПЧ) состоит из выпрямителя, звена постоянного тока и инвертора (рис.1). Выпрямитель преобразует переменное напряжение питающей сети в постоянное напряжение. Он может быть управляемым или неуправляемым, неуправляемые выпрямители, как правило, преобладают на мощных преобразователях. Для сглаживания выпрямленного напряжения в цепь постоянного тока включена батарея конденсаторов большой емкости. В момент включения ПЧ, конденсаторы шины постоянного тока заряжаются через цепь предварительного заряда (резистор), чем обеспечивается ограничение уровня пускового тока ПЧ. В некоторых преобразователях частоты ток заряда конденсаторов шины постоянного тока ограничивается с помощью управляемого входного моста. К шине постоянного тока ПЧ подключен автономный инвертор напряжения, который преобразует постоянное напряжение в напряжение переменного тока требуемой частоты. С силовых IGBT транзисторов ПЧ на двигатель поступает широтно-модулированное напряжение со скважностью, определяемой заданием на электропривод. Диоды обратного тока транзисторов предохраняют инвертор от воздействия ЭДС самоиндукции, возникающей при коммутации.
Рис.1 Силовая часть преобразователя частоты (сервопривода)
Данная схема формирования выходного напряжения преобразователей частоты посредством широтно-импульсной модуляции является оптимальной, но зачастую влечет за собой потребность в решении некоторых проблем связанных с влиянием преобразователей на питающую сеть, двигатель и другие приборы.
Напряжение питания должно быть идеальной формы синуса с постоянной частотой и амплитудой. Такая нагрузка как шестипульсный выпрямитель генерирует гармоники тока, которые влияют на входное напряжение выпрямителя. В результате происходит отклонение от идеальной формы синуса, что является нежелательным в электрической сети и допустимо лишь в определенной степени. Влияние гармоник тока можно определить по коэффициенту нелинейных искажений THD (%).
На рисунке ниже приведены примеры линейной и нелинейной (искаженной гармоническими колебаниями) форм синусоид
Рис.2 Формы нормальной и искаженной синусоид напряжения
Особое внимание стоит уделять уровню гармоник при построении многоприводных систем, что позволит избежать потерь в питающих кабелях, нагрева трансформаторов, появлению акустического шума.
Для решения задач совместимости преобразователей частоты с другим оборудованием существует ряд дополнительных устройств, рассмотрим каждое из них поподробнее.
1. Сетевые дроссели (AC-реакторы)
Снижение уровня гармоник может быть достигнуто последовательным включением в цепь питания преобразователя частоты сетевого дросселя. При этом ожидаемое снижение коэффициента THD при установке дросселя представлено на рис.3.
Рис.3 Уровень THD при установке сетевого дросселя
2. Дроссели шины постоянного тока (DC-реакторы)
DC-реакторы подключаются последовательно в шину постоянного тока ПЧ. Они как и AC-реакторы хорошо влияют на снижение гармонических колебаний вызванных работой преобразователей. Ожидаемое снижение THD при использовании дросселя шины постоянного тока показано на рис.4.
Рис.4 Уровень THD при установке DC-реактора
В отличие от сетевых дросселей, дроссели шины постоянного тока ни как не влияют на снижение кратковременных колебаний в сети, однако они так же не оказывают влияния на снижение напряжения на шине постоянного тока ПЧ.
DC-реакторы, как правило, являются неотъемлемой частью современных ПЧ и входят в базовую комплектацию приводов многих производителей.
3. Фильтры подавления радиопомех (RFI фильтры)
Преобразователи частоты это источники радиопомех. Радиопомехи возникают вследствие переключения IGBT транзисторов выходного каскада с высокой частотой (до десятков кГц). Источниками излучения помех являются кабели, соединяющие ПЧ с двигателями, сами двигатели, а так же преобразователи частоты. Излучение радиопомех, как правило, может быть уменьшено применением металлических кожухов и экранов.
В случае с кабелями, излучение возникает между фазами, а также между фазами и землей и зачастую одновременно. Данные высокочастотные колебания проникают и в питающую сеть, что может отрицательно повлиять на работу электронной аппаратуры, которая подключена к этой же сети. Для снижения уровня радиопомех со стороны питания преобразователя частоты, применяются RFI-фильтры (фильтры радиопомех). Многие производители выпускают преобразователи частоты со встроенными RFI-фильтрами.
В некоторых случаях, особенно если в силовых цепях питания электрооборудования присутствуют устройства защитного отключения (УЗО), применение преобразователей частоты с RFI-фильтрами может быть невозможно ввиду того, что через RFI-фильтры есть утечка небольших токов на «землю». Как раз утечку таких небольших токов на землю и контролируют УЗО. Поэтому производители ПЧ почти всегда предусматривают возможность отключения встроенного в преобразователи частоты RFI-фильтра.
Рис.5 Эффект при установке du/dt дросселя
5. Синусные фильтры (sin-фильтры)
Синусные фильтры представляют собой комбинацию емкостных и индуктивных элементов. Данные фильтры имеют ряд преимуществ перед du/dt дросселями, так как высокая несущая частота преобразователя частоты практически полностью поглощается фильтрами и на выходе получается полностью синусоидальное напряжение, что позволяет значительно увеличивать длину кабельных линий от ПЧ до двигателя и избавиться от использования экранированного кабеля.
Синусный фильтр уменьшает износ и потери в двигателе, а так же снижает его аккустический шум, вызванный гармоническим составом сигнала. Так же установка данного фильтра необходима при наличии трансформатора между преобразователем частоты и двигателем (например, при использовании двухтрансформаторной схемы). Форму напряжения на выходе преобразователя частоты при установке sin-фильтра можно посмотреть на рис.6.
Риc.6 Форма напряжения на выходе преобразователя частоты
К недостаткам применения синусных фильтров можно отнести их немалые габариты, большой вес и стоимость, иногда соизмеримую со стоимостью ПЧ. Однако в применениях, где требуется установка ПЧ на значительном удалении от двигателя (150 метров и более) такие затраты оправданы, так как суммарные потери полезной мощности в кабелях могут оказаться значительно дороже.
Фильтры для подавления радиочастотных помех от тиристорных регуляторов, преобразователей частоты, мощных источников сетевых помех RFI-filter
Фильтрация является основным и эффективным средством подавления (ослабления) кондуктивных помех в цепях электропитания, в сигнальных цепях интерфейса и на печатных платах, в проводах заземления. Помехоподавляющие фильтры позволяют снизить кондуктивные помехи, как от внешних, так и от внутренних источников помех:
Повышение помехоустойчивости, а следовательно, надежности любого электронного устройства может быть достигнуто путем уменьшения восприимчивости его узлов, с одной стороны, и уменьшения помехообразования и сферы действия помех, с другой стороны. Наиболее актуальными направлениями в борьбе с высокочастотными помехами в импульсных преобразователях любого класса являются:
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
Максимальное рабочее напряжение: 440В АС для трехфазных фильтров радиопомех типа ЕТ,760В АС для типа ETV
Диапазон рабочих частот: от DC до 60 Гц
Степень защиты: IP20
Перегрузочная способность: при включении 4 х In, затем 1,5 х In на протяжении минуты, не чаще, чем раз в час;
Рабочий диапазон температур: —25…. +40 градусов
1-фазные и 3-хфазные, 3-хфазные с нулевым проводом
Высокая степень затухания в диапазоне 150 кГц — 30 МГц
Двойные фильтры —для тока 25 А Минимальные значения токов утечки
Небольшие размеры и занимаемое место в щите или шкафу
Винтовые клеммы —защита IP20
ПРИМЕНЕНИЕ помехоподавляющих фильтров
Защита оборудования от помех согласно стандартам:
CZN EN 50081-1, 50081-2, CZN EN55011, 55014
Оборудование для электромагнитной совместимости преобразователей частоты
ПЧ генерируют на выходе необходимые базовые напряжение и частоту, используя технологию, известную как «Широтно-импульсная модуляция» (ШИМ). Для класса инверторов 380 В, типовое базовое напряжение составляет от 0 до 380 В, а базовая частота изменяется от 0 до 50 Гц. В выходной цепи инвертора находятся «переключающие» транзисторы, работающие на высокой скорости и создающие несущую частоту, поверх которой формируются необходимые базовые напряжение и частота. Принцип этого переключения совершенно аналогичен AM или FM радиопередаче, в которой полезная информация, в виде музыки или речи, передается на радиоприемник на какой-то заданной радиочастоте. Несущая частота, или частота переключения, используемая для ПЧ на базе IGBT, обычно составляет от 1 до 20 кГц.
Время переключения — это время, которое требуется IGBT инвертору на переход из состояния «выключен» (высокое сопротивление) к состоянию «включен» (низкое сопротивление), и наоборот. Для IGBT последнего поколения, время переключения варьируется в диапазоне от 100 до 200 наносекунд (нсек). Поскольку эти устройства используются в цепях постоянного тока инвертора напряжением, приблизительно 650 В, для класса инверторов на 380 В, скорость изменения напряжения в единицу времени, (dV/dT), может превосходить 7500 вольт за микросекунду, (В/μсек).
Часто существует необходимость разнесения преобразователя частоты (ПЧ) и управляемого им двигателя на большое расстояние друг от друга. Пример: двигатели погружных насосов, установленных в скважинах глубиной более 80 метров, должны управляться с поверхности: чем глубже скважина, тем длиннее кабель между двигателем и ПЧ.
На некоторых предприятиях, двигатели могут работать при тяжелых условиях окружающей среды. Однако, чувствительная электроника ПЧ может не вынести этих условий, что приводит к необходимости увеличения расстояния между центром управления, содержащим ПЧ и двигателем, которым он управляет.
В случае конвейеров и прессов часто имеется только один ПЧ, который управляет несколькими двигателями, размещенными по всей длине конвейера. Длина конвейера часто диктует необходимость больших расстояний между двигателями и ПЧ.
Большинство производителей ПЧ оговаривают максимально допустимое расстояние между двигателем и ПЧ. Максимально допустимые расстояния разнятся у производителей, но все они лежат в пределах 30-80 м.
Многие пользователи ПЧ ставятся перед выбором, или, скорее, вынуждены игнорировать требования к максимально допустимым расстояниям. Такие пользователи, спустя несколько недель или месяцев, эксплуатации двигателя в составе регулируемого электропривода, вынуждены перематывать двигатель, или менять на новый. В некоторых случаях, двигатель может выйти из строя даже при соблюдении требования по расстоянию, но близости его значения к максимально допустимой величине. Естественно, возрастают как затраты на ремонт, так и расходы, вызванные простоем оборудования.
Для решения задач совместимости преобразователей частоты с другим оборудованием существует ряд дополнительных устройств:
Сетевые дроссели (AC-реакторы)
Снижение уровня гармоник может быть достигнуто последовательным включением в цепь питания преобразователя частоты сетевого дросселя. Величина гармоник тока зависит от общего индуктивного сопротивления, состоящего из сетевого дросселя и входного индуктивного сопротивления сети.
Дроссели подбираются по номинальному току и индуктивности. Двумя самых распространенными типами по характеристике индуктивности при использовании в приводной технике, являются 4% и 2% дроссели. Данная характеристика называется «падение напряжения при коротком замыкании» (так же, как и для трансформаторов). Данная характеристика равна процентному значению падения напряжения на обмотках дросселя при номинальном токе и частоте, по отношению к входному напряжению.
Падение напряжения зависит как от резистивной, так и от индуктивной составляющей общего входного импеданса, но для дросселей доминирующем фактором является именно индуктивная составляющая, поскольку величина сопротивления обмоток очень мала, и поэтому, падение напряжения напрямую зависит от индуктивности обмоток на частоте 50 Гц.
Сетевые дроссели можно не использовать, если входное индуктивное сопротивление сети достаточно велико. На практике часто бывает, что параметры сети, к которой подключаются ПЧ, не известны. Поэтому рекомендуется всегда использовать сетевой дроссель, подключенный последовательно с преобразователем.
К дополнительным достоинствам сетевых дросселей можно отнести их способность к подавлению кратковременных колебаний в сети вызванных перезарядами в конденсаторах. Помимо этого сетевые дроссели несколько снижают влияние перекоса фаз питающего напряжения. К недостаткам — их влияние на снижение уровня напряжения на шине постоянного тока.
Дроссели шины постоянного тока (DC-реакторы)
DC-реакторы подключаются последовательно в шину постоянного тока ПЧ. Они как и AC-реакторы хорошо влияют на снижение гармонических колебаний вызванных работой преобразователей.
Преобразователи частоты это источники радиопомех. Радиопомехи возникают вследствие переключения IGBT транзисторов выходного каскада с высокой частотой (до десятков кГц). Источниками излучения помех являются кабели, соединяющие ПЧ с двигателями, сами двигатели, а так же преобразователи частоты. Излучение радиопомех, как правило, может быть уменьшено применением металлических кожухов и экранов.
В случае с кабелями, излучение возникает между фазами, а также между фазами и землей и зачастую одновременно. Данные высокочастотные колебания проникают и в питающую сеть, что может отрицательно повлиять на работу электронной аппаратуры, которая подключена к этой же сети. Для снижения уровня радиопомех со стороны питания преобразователя частоты, применяются RFI-фильтры (radio-frequency interference filter, фильтры радиопомех, фильтры электромагнитной совместимости ЭМС-фильтры). Многие производители выпускают преобразователи частоты со встроенными фильтрами ЭМС.
В некоторых случаях, особенно если в силовых цепях питания электрооборудования присутствуют устройства защитного отключения (УЗО), применение преобразователей частоты с ЭМС фильтрами может быть невозможно ввиду того, что через ЭМС фильтры есть утечка небольших токов на «землю». Как раз утечку таких небольших токов на землю и контролируют УЗО. Поэтому производители ПЧ почти всегда предусматривают возможность отключения встроенного в преобразователи частоты ЭМС фильтра.
Моторные дроссели (дроссели du/dt)
Данные дроссели предназначены для защиты двигателей от пиков напряжения, возникающих при работе преобразователей частоты. Пики напряжения — результат работы IGBT транзисторов с высокой частотой (десятки кГц), при этом значение du/dt может достигать 12кВ/мс (в соответствии со стандартом VDE0530, в зависимости от типа мотора, допустимый du/dt — 500-1000 В/мс). Величина пульсаций напряжения зависит от несущей частоты преобразователей частоты, длины и типа кабеля. Если расстояние от преобразователя до двигателя превышает 30-60 м рекомендуется применение моторных дросселей. Иначе возможно появление перенапряжения и повреждение двигателя из-за индуктивности и возможных резонансов на частоте ШИМ в кабеле.
dV/dt дроссели схожи по конструкции с обычными сетевыми дросселями, с тем отличием, что конструкция сердечника выполнена не из обычного трансформаторного железа, а из материала с лучшими характеристиками по магнитной индукции, что позволяет ему перемагничиваться на частотах, близких к частоте несущей ШИМ. Как пример dV/dt дроссели фирмы Schaffner (серия RWK 305) работают на частотах ШИМ 2-12 кГц и обеспечивают снижение скорости нарастания пиков перенапряжения не менее, чем в 5 раз.
Выходные фильтры своей индуктивностью вместе с емкостным сопротивлением кабелей питания двигателей уменьшают емкостные токи заряда/разряда в кабелях питания двигателей, ограничивают градиент напряжения du/dt а также абсолютные значения пиков перенапряжения на клеммах двигателя. Du/dt фильтры рекомендуется использовать при небольшой длине кабеля двигателя (до 80-100 метров), в противном случае лучше использовать синусные фильтры.
Синус-фильтры (синусные фильтры)
Синусные фильтры представляют собой комбинацию емкостных и индуктивных элементов. Данные фильтры имеют ряд преимуществ перед du/dt дросселями, так как высокая несущая частота преобразователя частоты практически полностью поглощается фильтрами и на выходе получается полностью синусоидальное напряжение, что позволяет значительно увеличивать длину кабельных линий от ПЧ до двигателя и избавиться от использования экранированного кабеля.
Синусный фильтр уменьшает износ и потери в двигателе, а так же снижает его аккустический шум, вызванный гармоническим составом сигнала. Так же установка данного фильтра необходима при наличии трансформатора между преобразователем частоты и двигателем (например, при использовании двухтрансформаторной схемы).
К недостаткам применения синусных фильтров можно отнести их немалые габариты, большой вес и стоимость, иногда соизмеримую со стоимостью ПЧ. Однако в применениях, где требуется установка ПЧ на значительном удалении от двигателя (150 метров и более) такие затраты оправданы, так как суммарные потери полезной мощности в кабелях могут оказаться значительно дороже.
Популярные товары