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

Pomp van creditcardformaat drijft kunstmatige robotspier aan

Pomp van creditcardformaat drijft kunstmatige robotspier aan

Een team van onderzoekers van de Universiteit van Bristol (VK) heeft zachte pompen gemaakt van…

Creatieve fysica rap op moleculaire clusters wint Science's jaarlijkse Dance your Ph.D. wedstrijd

Creatieve rap over moleculaire clusters wint Science's jaarlijkse 'Dance your Ph.D. wedstrijd'

De Finse onderzoeker Jakub Kubecka heeft Science's jaarlijkse 'Dance your Ph.D. contest&…

Een fiets met zaagblad-wielen voor op het ijs

Fiets met zaagblad-wielen voor op het ijs

Het heeft nu even gedooid en dat geeft handige jongens (en meisjes) nèt de tijd om de fiets…

Weerbestendige wissel

Weerbestendig wissel

De Nederlandse werktuigbouwkundige Richard de Roos bedacht tien jaar geleden een weerbestendig…

Treinen die 'gewoon' rijden bij sneeuw

Treinen die 'gewoon' rijden bij sneeuw

Bij ons ligt het treinverkeer meteen zo goed als stil als het sneeuwt. Maar er zijn ook landen waar…

Meer videos »

Laatste nieuws

Spot: on the move

Spot steekt de oceaan over en krijgt een extra arm (video's)

De laatste weken zijn drie Nederlandse instanties aan de slag gegaan met een Spot robothond. Perron038 laat Zwolse studenten zijn nut voor de maak onderzoeken, Antea-medewerkers krijgen er één als collega, en Leica…

95,5 miljard euro EU-financiering beschikbaar voor onderzoek en innovatie

95,5 miljard euro EU-financiering beschikbaar voor onderzoek en innovatie

Nederlandse innovatieve ondernemers en onderzoekers kunnen tot en met 2027 een beroep doen op financiering vanuit het nieuwe onderzoeks- en innovatieprogramma Horizon Europe. Dat is gericht, met actieve ondersteuning…

Toadi lanceert eerste officiële autonome tuinrobot

In vier jaar ontwikkeling naar een autonome tuinrobot

Toadi is een autonome robot die overdag je gras maait en 's nachts je eigendom bewaakt. Na 4 jaar ontwikkeling is Toadi klaar en bereidt zijn Belgische moeder zich voor om de maairobot half maart officieel te…

Meer nieuws »

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Gratis nieuwsbrief

safety update
 

Agenda

9 maart 2021

Webinar: 10 keer klaar voor Industrie 4.0

Productiebedrijven met kleine series worden geholpen om data uit hun machines te halen en slim te...

10 maart 2021

Webinar: 5G and the Future of Business

A peek into the 5G revolution and what this technology brings to our lives.

23 maart 2021, online

Industrial Ethernet

Kennisdagen over de actuele ontwikkelingen op het gebied van industriële communicatie.

Meer agendapunten »