EO

Waarom power line filters omdraaien een goed idee kan zijn

28 januari 2021 om 13:21 uur

In de klassieke opvatting van een EMC probleem zijn drie onderdelen te onderscheiden. De storingsbron, het slachtoffer en het propagatie pad. Men spreekt dan ook van een compatibliteitsprobleem op het moment dat een bron een dermate hoge storing veroorzaakt dat het een slachtoffer nadelig beïnvloed. De opties om dit te vermijden zijn dan ook gericht op de drie verschillende onderdelen.

 

Door: Niek Moonen, Universiteit Twente

 

1. Storing bij de bron aanpakken, en de emissie onder controle houden
2. De gevoeligheid van het slachtoffer afzwakken, waardoor hij meer storing kan verdragen
3. De storing gaandeweg het propagatie pad aanpakken


In vele applicaties gericht op vermogenselektronica ontkomt men er niet aan om zogenoemde power line filters toe te passen om de storing te absorberen of weg te leiden van potentiele slachtoffers. In deze blog gaan we niet alle fundamentele kennis over filteren herhalen, maar gaan we blikwerpen op commercieel verkrijgbare filters en dat deze soms niet naar verwachting werken, met als toevoeging dat het omdraaien van het filter dit in sommige gevallen kan oplossen. Hoofdzakelijk kijken we naar, waarom zou het omdraaien van een filter werken?

 

 In CISPR 17 'Methods of measurement of the suppression characteristics of passive EMC filtering devices' staan testopstellingen gedefinieerd voor arbitraire filters om hun onderdrukkingskarakteristieken te bepalen. Over het algemeen bekend onder 'Insertion Loss (IL)'. In het onderstaande figuur kan men 3 verschillende opstellingen zien zoals ze in de CISPR 17 standaard staan.

2Figuur 2: Normal mode, Differential mode and Common mode filter meetopstellingen.


Wat opvalt is dat in iedere test wordt aangegeven dat Z0 = Z2. In het geval van een normal mode meting zou dit betekenen dat beide 50Ω zijn. In de veelal vergeten Annex E van de standaard wordt voor powerline filters specifiek aangeraden om het filter te karakteriseren met een disbalans in de impedanties. Z0 :Z2 = 0.1Ω:100Ω of visa versa. Ook geven ze aan dat in unieke gevallen zelf met Z0 :Z2 = 0.1Ω:1MΩ of visa versa gewerkt kan worden. Maar wat is hier de reden voor? En wat is het effect op het filter gedrag?


In [1] hebben we een circuitmodel gepresenteerd waarmee verschillende dempingskarakteristieken van verschillende filter configuraties bekeken kunnen worden, maar daarbij ook de bron en belasting impedantie meenemend.

4Figuur 3: Generiek equivalent circuit filter model

formule 

formule 

 

 

 

 

 

In de tabel hieronder zijn de resultaten samengevat voor het gebruik van 40µF condensatoren en 1.5mH spoelen in 5 verschillende filter configuraties. Waar de condensator altijd tussen de fase en nul wordt gezet, en de spoelen altijd in serie met de fase. De gegeven waardes van IL zijn berekend op de enkele frequentie van 100kHz.


tabel
Een aantal observaties volgen uit dit rekenvoorbeeld. In het geval van de conventionele 50/50Ω maakt het voor het filter niet uit in welke oriëntatie deze staat, m.a.w. of de condensator aan de kant staat van de belasting of juist aan de kant van de bron. Daarnaast is te zien dat in het geval van symmetrische filters er ook geen effect is wat betreft oriëntatie. In het geval van de enkele condensator en enkele spoel is dit uiteraard te verwachten. Het meest interessante resultaat is te zien in de LC-combinatie filters. Deze is inherent asymmetrisch, en onder de gebalanceerde impedanties van de bron en belasting zit er geen verschil in de zogenoemde onderdrukking. Maar zodra er een disbalans is (0.1/100Ω of 100/0.1Ω), ziet men duidelijk dat het beste resultaat is wanneer de spoel aan de lage impedantie zit en de condensator aan de hoge impedantie.


De relevantie van dit resultaat zit voornamelijk in de praktijk. Een filter is over het algemeen asymmetrisch, dan wel door ontwerp, dan wel door parasitaire effecten. Maar misschien nog belangrijker, is dat een bron en een belasting eigenlijk altijd in disbalans zijn, wederom om dezelfde redenen. Een volgende keer zullen we wat voorbeelden uit de praktijk laten waarin het effect van filter oriëntatie wordt getoond.

 

[1] D. Nemashkalo, N. Moonen, and F. Leferink, "Practical Consideration on Power Line Filter Design and Implementation," in Electromagnetic Compatibility (EMC EUROPE), 2020 International Symposium on, 2020.


Dit onderzoek is uitgevoerd als onderdeel van het Scent- project . Dit projecten hebben financiering gekregen van het EU Horizon 2020 programma onder de Marie Sklodowksa Curie Grant Agreement nummer 812391.

 

Video's

Hoe print je een brein op een computerchip?

Hoe print je een brein op een computerchip?

Ons geheugen zit bijzonder complex en fascinerend in elkaar. We krijgen tijdens het leven veel…

Protolabs en Hacksmith 3D-printen metalen enterhaak van The Mandalorian

Protolabs en Hacksmith 3D-printen metalen enterhaak van The Mandalorian

De mannen van Hacksmith Industries zijn professionals in het het maken van echt werkende…

Zie hoe een zelfrijdende auto de wereld waarneemt

Zie hoe een zelfrijdende auto de wereld waarneemt

Motional, de joint venture voor geautomatiseerd rijden tussen Hyundai en Aptiv, demonstreert hoe een…

Wie is sneller: de wereldkampioen kitesurfing of de land rover plug-in hybrid?

Wie is sneller: de wereldkampioen kitesurfing of de land rover plug-in hybrid?

Land Rover heeft wereldkampioen kitesurfen Youri Zoon onlangs uitgedaagd voor een race tegen een…

Waarom springt een bal nooit spontaan op tafel?

Waarom springt een bal nooit spontaan op tafel?

Sommige dingen zijn voor ons onomkeerbaar. Een bal valt altijd naar beneden, een kop thee koelt…

Meer videos »

Laatste nieuws

Speciaal beton vangt energie van golven die tegen de kust beuken

Flexibel beton vangt energie van golven die tegen de kust beuken (video)

Golven die tegen de kust aan beuken generen energie. Onderzoekers Branko Šavija en Yading Xu van de TU Delft willen die energie door middel van een speciaal soort beton opvangen en zo een alternatieve energiebron…

Autonoom robotsysteem raapt afval van oceaanbodem

Autonoom robotsysteem raapt afval van oceaanbodem (video)

In het SeaClear-project ontwikkelen zeven een autonoom systeem voor het schoonmaken van de oceaanbodem. Dit systeem bestaat uit een basisvoertuig met twee onderwaterrobots en een observatierobot, die samen afval van de…

Hoe deep-learningmodellen tot hun voorspellingen komen

Hoe deep-learningmodellen tot hun voorspellingen komen

Een van de obstakels bij de adoptie van AI is dat het niet kan verklaren waarop een voorspelling is gebaseerd. De machine learning-systemen nemen beslissingen waarvan de onderliggende redenering voor de gebruiker niet…

Meer nieuws »

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Gratis nieuwsbrief

safety update
 

Agenda

7 juni 2021, online

Vision, Robotics & Motion business event

Het online alternatief voor de vakbeurs Vision, Robotics & Motion.

29 juni 2021, online

Behoud onderhoudskennis – en ervaring in de energiesector met behulp van Mixed Reality

Hoe kunnen energiebedrijven voorkomen dat waardevolle kennis de deur uitloopt door vergrijzing en andere...

29 juni 2021

Webinar: Hoe machinegegevens te verzamelen en te gebruiken via on-site oplossingen

Gericht op het bruikbaar maken van machine- en procesdata via lokale systemen

Meer agendapunten »