Как избавиться от помех сети

Убираем помехи: промышленные фильтры для одно- и трехфазных сетей

23 декабря 2013

Импульсные источники питания, тиристорные регуляторы, коммутаторы, мощные радиопередатчики, электродвигатели, подстанции, любые электроразряды вблизи линии электропередач (молнии, сварочные аппараты, и т.д.) генерируют узкополосные и широкополосные помехи различной природы и спектрального состава. Это затрудняет функционирование слаботочной чувствительной аппаратуры, вносит искажения в результаты измерений, вызывает сбои и даже выход из строя как узлов приборов, так и целых комплексов оборудования.

По характеру возникновения помехи подразделяют на противофазные и синфазные. Первые образуются как паразитное напряжение между прямым и обратным проводами сети. Они возникают, например, при большой паразитной емкости между полупроводниковым элементом и землей и при быстрых изменениях сигнала с большой амплитудой напряжения. Ток противофазной помехи в сигнальных проводах совпадает по направлению с током полезного сигнала. Напряжение синфазной помехи возникает как разность потенциалов между фазным проводом, обратным проводом (так называемая масса или нейтральный провод) и землей (корпус прибора, радиатор и т.п.). Ток синфазной помехи имеет одинаковое направление в прямом и обратном проводах сети.

В симметричных электрических цепях (незаземленные цепи и цепи с заземленной средней точкой) противофазная помеха проявляется в виде симметричных напряжений (на нагрузке) и называется симметричной, в иностранной литературе она называется «помехой дифференциального типа» (differential mode interference). Синфазная помеха в симметричной цепи называется асимметричной или «помехой общего типа» (common mode interference).

Симметричные помехи в линии обычно преобладают на частотах до нескольких сотен кГц. На частотах же выше 1 МГц преобладают асимметричные помехи.

Довольно простым случаем являются узкополосные помехи, устранение которых сводится к фильтрации основной (несущей) частоты помехи и ее гармоник. Гораздо более сложный случай — высокочастотные импульсные помехи, спектр которых занимает диапазон до десятков МГц. Борьба с такими помехами представляет собой довольно сложную задачу.

Устранить сильные комплексные помехи поможет только системный подход, включающий в себя перечень мер по подавлению нежелательных составляющих питающего напряжения и сигнальных цепей: экранирование, заземление, правильный монтаж питающих и сигнальных линий и, конечно же, фильтрацию. Огромное количество фильтрующих устройств различных конструкций, добротности, области применения и т.д. выпускаются и используются во всем мире.

В зависимости от типа помех и области применения, различаются и конструкции фильтров. Но, как правило, устройство представляет собой комбинацию LC-цепей, образующих фильтрующие каскады и фильтры П-типа.

Важной характеристикой сетевого фильтра является максимальный ток утечки. В силовых приложениях этот ток может достигать опасной для человека величины. Исходя из значений тока утечки, фильтры классифицируются по уровням безопасности: применения, допускающие контакт человека с корпусом устройства и применения, где контакт с корпусом нежелателен. Важно помнить, что корпус фильтра требует обязательного заземления.

Компания TE-Connectivity, основываясь на более чем 50-летнем опыте компании Corcom в проектировании и разработке электромагнитных и радиочастотных фильтров, предлагает широчайший спектр устройств для применения в различных отраслях промышленности и узлах аппаратуры. На российском рынке представлен ряд популярных серий от этого производителя.

Фильтры общего назначения серии B

Фильтры серии В (рисунок 1) — надежные и компактные фильтры по доступной цене. Большой диапазон рабочих токов, хорошая добротность и богатый выбор типов присоединения обеспечивают широкую область применения этих устройств.

Рис. 1. Внешний вид фильтров серии B

Серия B включает в себя две модификации — VB и EB, технические характеристики которых приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные технические характеристики сетевых фильтров серии B

250

Наименование	Максимальный ток утечки, мА		Рабочий диапазон частот, МГц	Электрическая прочность изоляции (в течение 1 минуты), В		Номинальное напряжение, В	Номинальный ток, А
	250 В 50 Гц	«проводник-корпус»		«проводник-проводник»
VB	0,4	0,7	0,1…30	2250	1450	1…30
EB	0,21	0,36

Электрическая схема фильтра приведена на рисунке 2.

Рис. 2. Электрическая схема фильтра серии B

Ослабление сигнала помехи в дБ приведено на рисунке 3.

Рис. 3. Ослабление сигнала помехи фильтрами серии B

Фильтры серии T

Фильтры этой серии (рисунок 4) — высокопроизводительные радиочастотные фильтры для силовых цепей импульсных источников питания. Преимуществами серии являются превосходное подавление противофазных и синфазных помех, компактные размеры. Малые токи утечки позволяют применять серию T в устройствах с низким энергопотреблением.

Рис. 4. Внешний вид фильтра серии Т

Серия включает две модификации — ET и VT, технические характеристики которых приведены в таблице 2.

Таблица 2. Основные технические характеристики сетевых фильтров серии T

250

Наименование	Максимальный ток утечки, мА		Рабочий диапазон частот, МГц	Электрическая прочность изоляции (в течение 1 минуты), В		Номинальное напряжение, В	Номинальный ток, А
	120 В 60 Гц для токов 3; 6; 10 А (15; 20 А)	250 В 50 Гц для токов 3; 6; 10 А (15; 20 А)		«проводник-корпус»	«проводник-проводник»
ET	0,3	0,5	0,01…30	2250	1450	3…20
VT	0,75 (1,2)	1,2 (2,0)

Электрическая схема фильтра серии T приведена на рисунке 5.

Рис. 5. Электрическая схема фильтра серии T

Ослабление сигнала помехи в дБ при нагрузке линии на согласующий резистор сопротивлением 50 Ом приведено на рисунке 6.

Рис. 6. Ослабление сигнала помехи фильтрами серии T

Фильтры серии К

Фильтры серии К (рисунок 7) — силовые фильтры радиочастотного диапазона общего назначения. Они ориентированы на применение в силовых цепях с высокоомной нагрузкой. Отлично подходят для случаев, когда на линию наводится импульсная, непрерывная и/или пульсирующая помеха радиочастотного диапазона. Модели с индексом EK соответствуют требованиям стандартов для применения в портативных устройствах, медицинском оборудовании.

Рис. 7. Внешний вид сетевых фильтров серии К

Фильтры с индексом С оснащены дросселем между корпусом и заземляющим проводом. Основные электрические параметры сетевых фильтров серии К приведены в таблице 3.

Таблица 3. Основные электрические параметры сетевых фильтров серии К

250

Наименование	Максимальный ток утечки, мА		Рабочий диапазон частот, МГц	Электрическая прочность изоляции (в течение 1 минуты), В		Номинальное напряжение, В	Номинальный ток, А
	250 В 50 Гц	«проводник-корпус»		«проводник-проводник»
VK	0,5	1,0	0,1…30	2250	1450	1…60
EK	0,21	0,36

Электрическая схема фильтра серии К приведена на рисунке 8.

Рис. 8. Электрическая схема фильтра серии К

Ослабление сигнала помехи в дБ при нагрузке линии на согласующий резистор сопротивлением 50 Ом приведено на рисунке 9.

Рис. 9. Ослабление помехи фильтрами серии K

Фильтры серии EMC

Фильтры этой серии (рисунок 10) — компактные и эффективные двухступенчатые силовые фильтры радиочастотного диапазона. Обладают рядом преимуществ: высоким коэффициентом ослабления синфазных помех в области низких частот, высоким коэффициентом ослабления противофазных помех, компактными размерами. Серия EMC ориентирована на применение в устройствах с импульсными источниками питания.

Рис. 10. Внешний вид фильтров серии EMC

Основные технические характеристики приведены в таблице 4.

Таблица 4. Основные электрические параметры сетевых фильтров серии EMC

250

Номинальные токи фильтра, А	Максимальный ток утечки, мА		Рабочий диапазон частот, МГц	Электрическая прочность изоляции (в течение 1 минуты), В		Номинальное напряжение, В	Номинальный ток, А
	120 В 60 Гц для токов 3; 6; 10 А (15; 20 А)	250 В 50 Гц для токов 3; 6; 10 А (15; 20 А)		«проводник-корпус»	«проводник-проводник»
3; 6; 10	0,21	0,43	0,1…30	2250	1450	3…30
15; 20; 30	0,73	1,52

Электрическая схема фильтра серии EMC приведена на рисунке 11.

Рис. 11. Электрическая схема двухступенчатых фильтров серии EMC

Ослабление сигнала помехи в дБ при нагрузке линии на согласующий резистор сопротивлением 50 Ом приведено на рисунке 12.

Рис. 12. Ослабление сигнала помехи фильтрами серии EMC

Фильтры серии EDP

Фильтры серии EDP (рисунок 13) — радиочастотные фильтры общего назначения для монтажа на печатные платы. Обладают миниатюрными габаритами и улучшенной фильтрацией синфазных помех при низкой себестоимости и малых токах утечки.

Рис. 13. Внешний вид сетевых фильтров серии EDP

Основные электрические параметры сетевых фильтров серии представлены в таблице 5.

Таблица 5. Основные электрические параметры сетевых фильтров серии EDP

Электрическая схема фильтра серии EDP приведена на рисунке 14.

Рис. 14. Электрическая схема сетевых фильтров серии EDP

Ослабление сигнала помехи в дБ при нагрузке линии на согласующий резистор сопротивлением 50 Ом приведено на рисунке 15.

Рис. 15. Ослабление сигнала помехи фильтрами серии EMC

Фильтры серии FC

Однофазный сетевой фильтр для частотных преобразователей применим в условиях повышенных электромагнитных помех, защищает программируемые логические контроллеры (ПЛК) от негативных воздействий со стороны питающей сети переменного тока (рисунок 16).

Рис. 16. Внешний вид фильтра серии FC

Особая конструкция соединительных клемм обеспечивает безопасность подключения и эксплуатации. Серия нашла широкое применение в области промышленной автоматики. Основные технические характеристики приведены в таблице 6.

Таблица 6. Основные электрические параметры сетевых фильтров серии FC

Максимальный ток утечки, мА		Рабочий диапазон частот, МГц	Электрическая прочность изоляции (в течение 1 минуты), В		Номинальное напряжение, В	Номинальный ток, А
120 В 60 Гц для токов 3; 6; 10 А (15; 20 А)	250 В 50 Гц для токов 3; 6; 10 А (15; 20 А)		«проводник-корпус»	«проводник-проводник»
0,22	0,38	0,1…30	2250	1450

250

Тип фильтра	Максимальный ток утечки, мА		Рабочий диапазон частот, МГц	Электрическая прочность изоляции (в течение 1 минуты), В		Номинальное напряжение, В	Номинальный ток, А
	120 В 60 Гц для токов 3; 6; 10 А (15; 20 А)	250 В 50 Гц для токов 3; 6; 10 А (15; 20 А)		«проводник-корпус»	«проводник-проводник»
Без индекса	3,80	6,70	0,01…30	2250	1450	6…50
Индекс B	3,90	7,00

Электрическая схема фильтра серии FC приведена на рисунке 17.

Рис. 17. Электрическая схема сетевых фильтров серии FC

Ослабление сигнала помехи в дБ при нагрузке линии на согласующий резистор сопротивлением 50 Ом приведено на рисунке 18.

Рис. 18. Ослабление сигнала помехи фильтрами серии FC

Фильтры серии AYO

Компактные трехфазные слаботочные сетевые фильтры предназначены для фильтрации сетевых помех в трехфазных общепромышленных сетях с нейтральным проводом (рисунок 19).

Рис. 19. Внешний вид трехфазного сетевого фильтра серии AYO

Особенностью силовых фильтров серии AYO является наличие цепей фильтрации как силовых линий, так и нейтрали. Характеризуются малыми токами утечки, небольшими габаритными размерами, что позволяет использовать их в компактной аппаратуре. Фильтр обеспечивает эффективное подавление помех в широком диапазоне частот от 100 кГц. Основные технические характеристики сетевых фильтров серии AYO рассмотрены в таблице 7.

Таблица 7. Основные технические характеристики сетевых фильтров серии AYO

440

Номинальные токи фильтра, А	Максимальный ток утечки, мА		Рабочий диапазон частот, МГц	Электрическая прочность изоляции (в течение 1 минуты), В		Номинальное напряжение, В	Номинальный ток, А
	120 В 60 Гц для токов 3; 6; 10 А (15; 20 А)	250 В 50 Гц для токов 3; 6; 10 А (15; 20 А)		«проводник-корпус»	«проводник-проводник»
3; 6; 10	2,00	3,00	0,1…30	1500	1450	3…20
20	3,50	5,50

Электрическая схема фильтра серии AYO приведена на рисунке 20.

Рис. 20. Электрическая схема трехфазного сетевого фильтра серии AYO

Ослабление сигнала помехи в дБ при нагрузке линии на согласующий резистор сопротивлением 50 Ом приведено на рисунке 21.

Рис. 21. Ослабление сигнала помехи фильтрами серии AYO

При выборе сетевого фильтра необходимо учитывать его рабочее напряжение, номинальный ток и полосу рабочих частот. Показателем эффективности является коэффициент ослабления помехи как отношение сигнала помехи на входе фильтра к его уровню на выходе.

Характерная рабочая температура для всех рассмотренных серий лежит в пределах -10…40°С. При температуре окружающей среды выше 40°С максимально допустимый рабочий ток рассчитывается по формуле:

Компания КОМПЭЛ поддерживает на складе наиболее востребованные модели рассмотренных сетевых фильтров производства компании TE Connectivity. Эти позиции и их краткие характеристики показаны в таблице 8.

Таблица 8. Складские позиции КОМПЭЛ

Наименование	Серия	Количество фаз нагрузки	Номинальное напряжение фильтра, В	Номинальный ток, А	Размеры ДхШхВ, мм
1EB1	B	1	250	1	57х64х17
5EB1	B	1	250	5	66х64х19
6ET1	T	1	250	6	90х85х46
10ET1	T	1	250	10	119х113х45
15VT1	T	1	250	15	138х100х55
15VT6	T	1	250	15	151х100х55
10VK6	K	1	250	10	87х71х29
20VK6	K	1	250	20	87х85х38
40VK6	K	1	250	40	135х106х38
3EMC1	EMC	1	250	3	85х70х29
10EMC1	EMC	1	250	10	97х85х38
15EMC1	EMC	1	250	15	126х113х45
20EMC1	EMC	1	250	20	126х113х45
3EDP	EDP	1	250	3	36х31х24
6EDP	EDP	1	250	6	36х31х24
10EDP	EDP	1	250	10	36х31х24
6AYO1	AYO	3	440	6	85х85х38
10AYO1	AYO	3	440	10	85х85х38
20AYO1	AYO	3	440	20	85х85х38
6FC10	FC	1	250	6	116х78х45
12FC10	FC	1	250	12	139х100х55
16FC10	FC	1	250	16	139х100х55

Заключение

Все сетевые фильтры производства TE Connectivity соответствуют стандартам UL, имеют сертификацию CSA и рекомендации по применению VDE, что свидетельствует о безопасности, эффективности и качестве изделий.

Следует еще раз отметить, что борьба с помехами — это комплекс мер. Применение одних только фильтров не гарантирует успеха, но является одним из эффективных способов подавления или значительного снижения наводимых и излучаемых помех для улучшения электромагнитной совместимости оборудования. Следует также помнить, что применимость конкретной модели фильтра для конечной задачи можно оценить только экспериментально. Наличие складских позиций у компании КОМПЭЛ дает возможность получить образцы и оценить их эффективность в кратчайшие сроки.

Литература

2. Corcom Product Guide, General purpose RFI filters for high impedance loads at low current B Series, TE Connectivity, 1654001, 06/2011, p. 15

3. Corcom Product Guide, PC board mountable general purpose RFI filters EBP, EDP & EOP series, TE Connectivity, 1654001, 06/2011, p. 21

4. Corcom Product Guide, Compact and cost-effective dual stage RFI power line filters EMC Series, TE Connectivity, 1654001, 06/2011, p. 24

5. Corcom Product Guide, Single phase power line filter for frequency converters FC Series, 1654001, 06/2011, p. 30

6. Corcom Product Guide, General purpose RFI power line filters — ideal for high-impedance loads K Series, 1654001, 06/2011, p. 49

7. Corcom Product Guide, High performance RFI power line filters for switching power supplies T Series, 1654001, 06/2011, p. 80

8. Corcom Product Guide, Compact low-current 3-phase WYE RFI filters AYO Series, 1654001, 06/2011, p. 111.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: passiv.vesti@compel.ru

Сетевые и сигнальные EMI/RFI-фильтры от TE Connectivity. От платы до промышленной установки

Компания TE Connectivity занимает лидирующие позиции в мире по разработке и производству сетевых фильтров для эффективного подавления электромагнитных и радиочастотных помех в электронике и промышленности. Модельный ряд включает в себя более 70 серий устройств для фильтрации как цепей питания от внешних и внутренних источников, так и сигнальных цепей в широчайшей сфере применений.

Фильтры имеют следующие варианты конструктивного исполнения: миниатюрные для установки на печатную плату; корпусные различных размеров и типов присоединения питающих линий и линий нагрузки; в виде готовых разъемов питания и коммуникационных разъемов сетевого и телефонного оборудования; индустриальные, выполненные в виде готовых промышленных шкафов.

Сетевые фильтры выпускаются для AC и DC приложений, одно- и трехфазных сетей, перекрывают диапазон рабочих токов 1…1200 А и напряжений 120/250/480 VAC, 48…130 VDC. Все устройства характеризуются низким падением напряжения — не более 1% от рабочего. Ток утечки, в зависимости от мощности и конструкции фильтра, составляет 0,2…8,0 мА. Усредненный частотный диапазон по сериям — 10 кГц…30 МГц. Серия AQ рассчитана на более широкий диапазон частот: 10 кГц…1 ГГц. Расширяя области применения своих устройств, TE Connectivity выпускает фильтры для цепей нагрузки с низким и высоким импедансом. Например, высокоимпедансные фильтры серий EP, H, Q, R и V для низкоимпедансных нагрузок и низкоимпедансные серии B, EC, ED, EF, G, K, N, Q, S, SK, T, W, X, Y и Z для высокоимпедансных нагрузок.

Коммуникационные разъемы со встроенными сигнальными фильтрами выпускаются в экранированном, спаренном и низкопрофильном исполнении.

Каждый фильтр производства TE Connectivity подвергается двойному тестированию: на этапе сборки и уже в виде готового изделия. Вся продукция соответствуют международным стандартам качества и безопасности.

Источник