20.08.2019

Фильтры ЭМП ТЕКО для промышленного применения

Скребнев Артемий Алексеевич
Технический специалист
АО «ТЕСТПРИБОР»

Применение фильтров электромагнитных помех (ЭМП) является одним из основных способов защиты от кондуктивных помех, вследствие чего они используются в цепях электропитания практически всех типов оборудования.

ЭМП возникают в результате работы устройств, предназначенных для генерации или преобразования электроэнергии, таких как электродвигатели, генераторы, преобразователи (например, инверторы), газоразрядные лампы, реле. Помимо технических средств, помехи также могут создаваться и атмосферными явлениями – грозовыми разрядами.

При разработке технических решений по защите оборудования ЭМП подразделяют на два типа: противофазные и синфазные.

Противофазные помехи возникают между прямыми и обратными проводами электрических цепей. Токи противофазных помех имеют то же направление, что и токи полезного сигнала. В симметричных электрических контурах (незаземленные цепи или цепи, у которых заземлена средняя точка) противофазные помехи проявляются как симметричные напряжения (либо «помехи дифференциального типа» – differential mode interference), а в несимметричных электрических контурах (односторонне заземленные контуры) – как несимметричные напряжения.

Напряжения противофазных помех возникают чаще всего из-за наличия магнитной связи и преобразования синфазных помех в противофазные. Они суммируются с полезным сигналом и вызывают сбои, погрешности измерений и т. д. Так, напряжение противофазной помехи вызывает в электрических контурах ток, который создает на полных сопротивлениях передатчика и приёмника падения напряжения.

Синфазные помехи обусловлены источниками мешающих напряжений, которые появляются между проводниками и землёй, обладающей нулевым потенциалом – например, в форме кратковременного повышения потенциала земли.

Синфазные напряжения, возникающие в симметричных электрических контурах, называются несимметричными напряжениями («помеха общего типа» – common mode interference). Несимметричные напряжения прямых и обратных проводов отличаются на величину полезного сигнала.

Высокие синфазные напряжения могут привести к пробою между проводниками и корпусом прибора (или массой), что может привести к серьёзным последствиям.

Однако при различных сопротивлениях синфазное напряжение вызывает в прямых и обратных проводах различные по значению токи, которые создают на них падения напряжения. Прямой и обратный провода приобретают различные напряжения относительно земли, и происходит преобразование синфазной помехи в противофазную.

В силовых цепях преобладает несимметричная нагрузка, однако источники высокочастотных помех – например, преобразователи на IGBT-транзисторах, могут генерировать несимметричные (синфазные) помехи.

Фильтры ЭМП ТЕКО позволяют ослаблять как симметричные, так и несимметричные помехи на существенном уровне. Устройства обычно представляют собой фильтры нижних частот (ФНЧ), характеризующиеся частотой среза. Фильтры могут устанавливаться как непосредственно сразу за источником помех, так и перед приёмником.

Основными параметрами фильтров ТЕКО являются:

  • число проводов сети (обычно 2 или 4)
  • номинальное напряжение: переменное (250/440 В или другое), постоянное (до 1200 В)
  • номинальный ток, А
  • частотный диапазон подавления помех, Гц
  • величина вносимого затухания, дБ
  • тип помех, подавляемых фильтром: синфазные/противофазные.

Конструкция и устройство фильтров может отличаться в зависимости от указанных параметров. Например, для подавления симметричных помех применяется du/dt-фильтр НЧ, состоящий из цепочек катушек индуктивности и конденсаторов, а также специальных помехоподавляющих X-конденсаторов, которые включаются между проводниками линии и «замыкают» контур для ВЧ - помех через себя.

Благодаря большому числу доступных параметров перечень областей применения фильтров ТЕКО включает в себя:

  • источники бесперебойного питания
  • электродвигатели и приводы
  • генераторы и преобразователи
  • медицинское оборудование
  • производство
  • экранированные и безэховые камеры
  • системы защиты информации
  • системы хранения данных.

Типовые модели фильтров ЭМП ТЕКО

ТЕКО ФП-4100

Предназначен для защиты от ЭМП в трёхфазной сети электропитания с максимальным линейным напряжением до 440 В и током до 600 А.

Фильтр ТЕКО ФП-4100

Рисунок 1 – фильтр ТЕКО ФП-4100.

Номинальное напряжение (линейное)

440 В, трёхфазное

Номинальный ток

до 600 А

Количество проводов

4 (3L, N)

Частотный диапазон подавления помех

150 кГц – 30 МГц

Вносимое затухание

до 85 дБ

Габаритные размеры модели ФП-4100-50 (50 А), Д х Ш х В

180 х 152 х 66 мм

Таблица 1 - Технические характеристики

Принципиальные электрические схемы фильтров ФП-4100

Рисунок 2 – принципиальные электрические схемы фильтров ФП-4100: 1 – с номинальным током до 150 А; 2 – с номинальным током 200 А; 3 – с номинальным током свыше 200 А

зависимость величины вносимого затухания от частоты

Рисунок 3 – зависимость величины вносимого затухания от частоты. Пунктирной линией показано подавление противофазной помехи, сплошной – синфазной помехи

ТЕКО ФП-5300

Фильтр ТЕКО ФП-5300 рассчитан на работу в цепях постоянного тока с напряжением до 1200 В и током до 1500 А. Может применяться для подавления ЭМП на входе мощных инверторов энергии солнечных батарей, а также любого другого оборудования постоянного тока.

фильтр ТЕКО ФП-5300

Рисунок 4 – фильтр ТЕКО ФП-5300

Номинальное напряжение

1200 В, постоянное

Номинальный ток

до 1500 А

Количество проводов

2

Частотный диапазон подавления помех

10 кГц – 30 МГц

Вносимое затухание

до 100 дБ

Габаритные размеры модели ФП-5300-100 (100 А), Д х Ш х В

201 х 96 х 81 мм

Таблица 2 - Технические характеристики

Принципиальная электрическая схема фильтра ФП-5300

Рисунок 5 – принципиальная электрическая схема фильтра ФП-5300

Зависимость величины вносимого затухания от частоты

Рисунок 6 – зависимость величины вносимого затухания от частоты. СП – синфазная помеха, ПП – противофазная

ТЕКО ФП-2-250

ТЕКО ФП-2-250 – типовая модель фильтра ЭМП для экранированных помещений. Специальная конструкция корпуса обеспечивает герметичный ввод проводов через экран и удобный монтаж. Фильтр гарантирует ослабление помех в частотном диапазоне от 10 кГц до 40 ГГц на уровне не ниже 100 дБ, что соответствует требованиям I класса экранирования по ГОСТ Р 50414-92.

Фильтр ТЕКО ФП-2-250

Рисунок 7 – фильтр ТЕКО ФП-2-250

Номинальное напряжение

250 В

Номинальный ток

до 1000 А

Количество проводов

2 (L, N)

Частотный диапазон подавления помех

10 кГц – 40 ГГц

Вносимое затухание

не менее 100 дБ

Габаритные размеры модели ФП-2-250/32 (32 А), Д х Ш х В

760 х 165 х 200 мм

Таблица 3 - Технические характеристики

Зависимость величины вносимого затухания от частоты

Рисунок 8 – Зависимость величины вносимого затухания от частоты

Список литературы
1. ГОСТ Р 55055-2012. Радиопомехи индустриальные. Термины и определения.
2. ГОСТ 13661-92. Совместимость технических средств электромагнитная. Пассивные помехоподавляющие фильтры и элементы. Методы измерения вносимого затухания.
3. MIL-STD-220C, Military standard: method of insertion loss measurement.

www.test-expert.ru