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

Veilige robotcel

Veilige robotcel

De samenwerking met robots is niet meer weg te denken uit de huidige industriële omgevingen.…

Lego-voorbeelden van complexe mechanische principes

Lego-voorbeelden van complexe mechanische principes

Het YouTube-kanaal van Redshoebox is gespecialiseerd in het maken van dynamische Lego-modellen,…

De hyperloop uitgelegd

De hyperloop uitgelegd

Om consumenten voor te lichten die misschien in de war zijn over wat de hyperloop eigenlijk is en…

Waarom de trein niet duurzamer is dan het vliegtuig

Waarom de trein niet duurzamer is dan het vliegtuig

Veel mensen pakken nu het kan het vliegtuig naar een zonnige bestemming. Vaak wordt de trein gezien…

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…

Meer videos »

Laatste nieuws

Nieuw motorontwerp kan het gebrul van straaljagers dempen

Nieuw motorontwerp dempt het gebrul van straaljagers

Lucht- en ruimtevaartingenieurs van de Universiteit van Cincinnati (VS) hebben een nieuw mondstukontwerp voor F-18-gevechtsvliegtuigen bedacht om het oorverdovende gebrul van de motoren te dempen zonder de prestaties te…

FHI: “We zijn veel te afhankelijk van het buitenland voor materialen”

FHI: “We zijn veel te afhankelijk van het buitenland voor materialen”

Een betere communicatie binnen de industriële elektronicabranche kan een hoop problemen en irritatie voorkomen tussen koper en verkoper. Ook mag politiek Den Haag een actievere rol spelen om de problematiek van…

Nederland sluit zich aan bij Europees chip-samenwerkingsverband

Nederland sluit zich aan bij Europees chip-samenwerkingsverband

De Nederlandse regering heeft ermee ingestemd om zich aan te sluiten bij de EU-programma's om de Europese halfgeleiderindustrie en cloudinfrastructuur te versterken, meldt De Telegraaf. 'Voor deze…

Meer nieuws »

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Gratis nieuwsbrief

safety update
 

Product van de maand

RSS
Volledig metalen transponderschakelaar CTA

Met een volledig metalen behuizing is deze CTA een nóg sterkere variant dan de kunststof versie.

Agenda

23 september 2021

Online dag over simulaties voor milieutechniek

Comsol houdt een online event over de toepassing van simulaties binnen de milieutechniek.

23 september 2021, Brainport Industries Campus, Eindhoven

[RE]CONNECT EVENT

Een conferentie over test- en meettechnologieën voor ingenieurs, wetenschappers en managers.

29 september 2021, Groningen

Main Industry

Vakbeurs voor industrial maintenance en smart industry

Meer agendapunten »