1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie sposobu badania charakterystyk tłumienia filtrów przeciwzakłóceniowych w zależności od występujących zakłóceń sieciowych.

2. Wstęp

Filtr elektryczny jest to czwórnik bierny, który w określonych warunkach wprowadza dostatecznie małe tłumienie sygnałów sinusoidalnych (teoretycznie równe zeru) w pewnych zakresach częstotliwości, zwanych pasmami przepustowymi (filtru), natomiast w innych zakresach częstotliwości zwanych pasmami tłumieniowymi (filtru) wprowadza dostatecznie duże(teoretycznie nieskończenie wielkie) tłumienie dla sygnałów zakłócających. Filtr realizowany jest zazwyczaj z cewek o indukcyjności L i kondensatorów o pojemności C możliwie bezstratnych.

W urządzeniach stosowane są filtry zmniejszające zawartość harmonicznych w dołączonych do nich instalacjach elektrycznych. Filtry można również stosować w zakładach. Istnieją dwa rodzaje filtrów harmonicznych:

• pasywne,

• aktywne.

Filtry pasywne wykorzystują cewki indukcyjne i kondensatory do blokowania częstotliwości harmonicznych bądź ich zbocznikowania do uziemienia, w zależności od konfiguracji i zastosowania. W miarę wzrostu częstotliwości wzrasta również impedancja cewek, podczas gdy impedancja kondensatorów maleje. Filtry pasywne mogą jednak okazać się bezużyteczne, gdy częstotliwości harmonicznych zmieniają się z powodu zmiennych obciążeń.

Pasywne filtry harmonicznych mogą zawierać szereg szeregowych/równoległych kondensatorów/cewek indukcyjnych oraz szeregową cewkę indukcyjną lub transformator. Taki filtr dołączony jest zazwyczaj do instalacji elektrycznej jako urządzenie zewnętrzne dla systemu napędów. Musi być on dostrojony do danego napędu. Różnorodne napędy wymagają stosowania różnorodnych filtrów.

Aktywne filtry harmonicznych są czasami nazywane aktywnymi urządzeniami dopasowującymi do linii energoelektrycznej. Zamiast blokowania lub bocznikowania prądów harmonicznych, filtry aktywne próbują je dopasować. Aktywne filtry harmonicznych monitorują i odczytują prądy harmoniczne, a następnie generują odpowiednie kształty przebiegu fali, aby przeciwdziałać zaistniałym prądom harmonicznym. 

3. Uzasadnienie stosowania filtrów przeciwzakłóceniowych

Zadanie tych filtrów jest redukcja zawartości harmonicznych. Do szkodliwych efektów wywoływanych przez zawartość harmonicznych zaliczamy przegrzewanie się transformatorów, przewodów zasilania, silników i napędów. Powoduje to przypadkowe, samoczynne rozłączanie przekaźników i urządzeń zabezpieczających. Harmoniczne mogą nawet spowodować uszkodzenie układów logicznych w urządzeniach cyfrowych i nieprawidłowe wskazania wartości napięcia i natężenia mierników prądu. Każdy z tych szkodliwych efektów może spowodować przestój w zakładzie.

 Paragraf szósty normy IEEE 519-1992 opisuje, w jaki sposób prądy harmoniczne powodują wzrost temperatury w silnikach, transformatorach i kablach zasilających. Według specyfikacji, harmoniczne mogą powodować utratę napięcia w uzwojeniach transformatorów i rotorów silników, co jest wynikiem histerezy oraz prądów wirowych i przez co następuje przegrzanie tych urządzeń. W silnikach występuje redukcja momentu obrotowego. Duże zakłócenia harmoniczne powodują nieprawidłowe działanie urządzeń elektronicznych.

Poniżej przedstawiono przykładowy filtr firmy REO szeregu CNW 100 typu CNW 103, jest to filtry sieciowe trójfazowe (trój przewodowe) o wysokiej tłumienności (od 3 A do 150 A).
Parametry techniczne:

• zgodność z normami: VDE0565-3, IEC950 i UL1283

• napięcie probiercze L-L 2100V, DC 1s

• napięcie probiercze L-PE 2700V, DC 1s

• przeciążalność 1,5xIn przez 60 s/h

Rys. 1 Widok filtru CNW 103

Rys. 2 Charakterystyki filtru CNW 103

4. Przebieg ćwiczenia

W trakcie ćwiczenia wykonano dwie serie pomiarów:

• tłumienności wtrąceniowej symetrycznej,

• tłumienności wtrąceniowej asymetrycznej.

Pomiary zostały wykonane w jedenastu wyznaczonych punktach w przedziale częstotliwości od 0,1 do 30 MHz. Wyniki pomiarów zostały zebrane w tabelach poniżej. Natomiast dla obliczonej tłumienności ze wzoru

zostały wykreślone wykresy w funkcji częstotliwości.

f(MHz)	0,1	0,5	0,8	1	4	8	12	16	20	25	30
Eg2(mV)	56,2	56	546	57,2	47,8	43,2	220	139	80	30	47,5
U02(mV)	942	310	178	144	496	853	945	970	900	370	120
Eg1(mV)	5,7	6,2	6,6	5,2	33	180	145	220	53	17	50
U01(mV)	555	576	573	572	573	543	355	582	556	424	280
A(dB)	35,28	44,50	68,51	52,81	24,47	3,68	15,12	11,57	19,39	26,12	26,91

Tabela 1. Wyniki pomiarów tłumienności wtrąceniowej symetrycznej.

Rys.3 Wykres tłumienności symetrycznej.

f(MHz)	0,1	0,5	0,8	1	4	8	12	16	20	25	30
Eg2(mV)	55,8	54,7	55	54,1	48	43,7	226	140	83	30	42
U02(mV)	1100	662	218	188	1097	926	575	280	190	720	410
Eg1(mV)	5,8	10	8,7	7	58	135	311	24,8	14,8	24	60
U01(mV)	575	570	572	572	566	542	360	570	553	417	273
A(dB)	34,03	33,46	44,40	47,43	12,61	5,55	13,16	41,21	44,26	17,19	13,37

Tabela 2. Wyniki pomiarów tłumienności wtrąceniowej asymetrycznej.

Rys.4 Wykres tłumienności asymetrycznej.

5. Wnioski

Filtry sieciowe są niezbędne dla spełnienia norm EMC. Poprawny dobór zależy od impedancji wejściowej urządzenia oraz sieci.

Najczęściej popełniane błędy montażowe:

• Stosowanie przewodów do połączenia filtrów z masą.

• Dopuszczenie do diafonii między wejściem i wyjściem filtru

• Przymocowywanie metalicznej obudowy filtra do malowanej lub utlenionej obudowy urządzenia.

• Używanie nie ekranowanych przewodów zwłaszcza pomiędzy wyjściem z filtra i obwodem, który ma być chroniony.

Badanie filtrów przeciwzakłóceniowych

Laboratorium Kompatybilności Elektromagnetycznej str. 4

---