산업용 애플리케이션을 위한 3상 EMI 필터를 선택하는 방법

주요 시사점

• 3상 EMI 필터를 선택하려면 전압, 정격 전류, 위상 구성(델타 또는 와이 필터), 원치 않는 잡음이 발생하는 주파수 범위 등 전기 사양을 분석해야 합니다.

• 공통 모드 및 차동 모드 잡음 모두 억제되어야 합니다. 3상 필터는 5A ~ 3000A의 전류 범위를 포괄하고 200kHz에서 60dB 감쇠를 달성할 수 있습니다.

• 장착 제약, 환경 조건, 안전 누출 제한과 같은 실제 제약으로 인해 적합한 제품이 직접적으로 좁혀집니다.

• 3상 필터는 산업 시스템의 전자기 간섭을 줄이고 동일한 전력선에 연결된 장치를 오작동 및 마모로부터 보호합니다.

• DOREXS는 IEC/EN 61000-6-2 및 61000-6-4와 같은 국제 EMC 표준을 충족하도록 3상 EMI 필터를 선택하거나 사용자 정의하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

소개: 3상 EMI 필터가 중요한 이유

현대 산업 시스템은 3상 전력망에서 상당한 전자기 간섭을 발생시키는 모터 드라이브, 정류기 및 인버터에 의존합니다. L1–L2–L3(및 중성일 수도 있음)에 배치된 위상 EMI 필터는 저역 통과 필터로 작동하여 전도된 EMI가 주 전원 또는 근처의 민감한 장비에 도달하기 전에 감소시킵니다. 3상 전압은 120°만큼 위상이 변하기 때문에 잡음은 두 가지 모드, 즉 공통 모드(모든 위상 도체가 접지로)와 차동 모드 잡음(위상 간 선간)으로 나타납니다. EMC 요구 사항을 완벽하게 준수하려면 두 가지 모두 해결해야 합니다.

이 기사에서는 심층 필터 설계 이론보다는 설계 엔지니어 및 조달 팀을 위한 실제 선택 기준에 중점을 둡니다. 단상 및3상 EMI 필터, DOREXS는 산업 및 의료 고객이 올바른 필터를 선택할 수 있도록 돕기 위해 아래 지침을 적용합니다.

 

1단계 – 전기 및 시스템 요구 사항 정의

기본 등급이 잘못 일치하면 잘 설계된 emi 필터도 효과가 없거나 안전하지 않게 됩니다. 다음 매개변수를 결정하는 것부터 시작하세요.

• 공칭 및 최대 라인 전압.400~480VAC의 3상 시스템의 경우 일반적으로 ≥500VAC 정격 필터가 필요합니다. 정격 전압은 상간 및 상간 전압 레벨을 모두 처리해야 합니다. 정격 전압을 최대 라인-라인 및 라인-접지 작동 전압과 일치시키십시오.

• 위상 구성.Delta와 WYE는 3상 시스템의 두 가지 구성입니다. 에이3선 델타 대 4선 Y중성선이 있는지 확인하고 필요한 필터의 특정 구성에 영향을 줍니다.

• 현재 등급.정격 전류는 애플리케이션의 최고 부하 전류를 초과해야 합니다. 과부하 및 주변 온도 저하를 처리하려면 최대 RMS 위상 전류보다 20~30% 헤드룸이 높은 필터를 선택하십시오. 3상 필터는 5A ~ 3000A의 전류 범위를 포괄합니다.

• 로드 유형.다양한 장비는 필터 선택에 영향을 미치는 다양한 EMI 특성을 생성합니다. 8~20kHz의 VFD 스위칭은 수백 kHz의 전원 공급 장치 스위칭과 다른 고조파 스트레스를 생성합니다. 작동 주파수는 일반적으로 50/60Hz이지만 특정 응용 분야에서는 400Hz가 될 수도 있습니다.

• 적용 가능한 표준.EN 55011/55032, IEC/EN 61000-6-4 또는 다른 규정이 적용되는지 확인하십시오. 클래스 A(산업용)와 클래스 B(주거용) 제한은 수 dB‑μV만큼 다르며 필터가 제공해야 하는 감쇠를 직접 결정합니다.

먼저 전압 및 전류 정격을 기준으로 필터를 선택하십시오. 나머지는 그 다음부터입니다.

2단계 - EMI 유형, 주파수 범위 및 감쇠 요구 사항 이해

전도 방출에 대한 150kHz~30MHz 주파수 범위에 대한 사전 적합성 또는 정식 EMC 테스트를 통해 어떤 주파수가 고장을 일으키는지 정확하게 알 수 있습니다. 적합한 장치를 선택하려면 이러한 결과를 해석하는 것이 필수적입니다.

공통 모드 잡음은 접지에 국한되는 반면 차동 모드 잡음은 라인 대 라인입니다. 3상 회로에서 무선 주파수 간섭은 종종 스위칭 주파수의 낮은 고조파에서는 차동 모드로 나타나고 높은 주파수에서는 공통 모드로 나타납니다. 둘 다 측정과 치료가 필요합니다.

• X 커패시터위상 간 차동 모드 잡음을 억제합니다.

• Y 커패시터공통 모드 노이즈를 억제하려면 위상과 접지 사이를 연결하십시오.

• 공통 모드 초크보호 접지를 통해 되돌아오는 전류를 감쇠하며 3상 시스템에 필수적입니다.

• 핵심 소재가 중요합니다.페라이트 코어는 낮은 MHz 감쇠에 적합합니다. 나노결정질 코어는 더 넓은 범위에 걸쳐 더 넓은 임피던스를 제공하여 높은 스위칭 주파수에서 필터 성능을 최적화합니다.

필요한 감쇠는 일반적으로 CISPR B에 따라 200kHz에서 60dB입니다. 실제적인 예로, 방출이 300kHz에서 20dB, 5MHz에서 10dB만큼 실패하는 경우 선택한 3상 emi 필터는 최소한 해당 여유와 5~10dB 안전 버퍼를 제공해야 합니다. 삽입 손실은 특정 잡음 주파수 범위에서 필터의 감쇠를 측정하며, 적합성을 위해서는 원하지 않는 주파수 범위에서 삽입 손실을 확인해야 합니다. 도렉스 용품삽입 손실 데이터차동 모드와 공통 모드 모두에 대해 이 일치 프로세스를 단순화합니다. 효과적인 필터는 200kHz에서 60dB 감쇠를 달성할 수 있습니다. 필터는 CE 및 FCC와 같은 국제 EMC 표준을 준수해야 하며, EMI 필터를 선택하려면 필터를 전력 시스템 및 잡음 유형에 맞춰야 합니다.

3단계 – 기계 레이아웃, 장착 제약 조건 및 연결 평가

올바르게 지정된 라인 필터라도 제대로 설치되지 않거나 잘못된 위치에 설치되면 성능이 저하될 수 있습니다. 3상 필터는 올바르게 통합된 경우에만 장비의 오작동 및 마모를 방지합니다.

• 장착 스타일.일반적인 옵션에는 섀시 장착 플레이트, DIN 레일 하우징, 좁은 인클로저용 소형 북형 모듈이 포함됩니다.

• 장착 제약.인클로저 깊이, 뜨거운 구성 요소로부터의 공기 흐름 여유 공간, 소음이 있는 케이블(인버터/부하 측)과 깨끗한 케이블(주 전원 측) 사이의 분리를 고려하십시오. 전원 진입점 가까이에 필터를 장착하면 바이패스 노이즈를 방지하는 데 도움이 됩니다.

• 사이.나사 단자는 중간 전류에서 작동합니다. 버스바 종단은 100A 이상의 고전류 전기 시스템에 적합합니다. 플러그형 단자로 조립 시간이 단축됩니다. VFD 애플리케이션의 경우DF2 시리즈최적화된 터미널 레이아웃을 제공합니다.

• 리드 라우팅.기생 인덕턴스를 줄이고 방사된 EMI 커플링을 제한하려면 리드를 짧고 꼬아 두십시오.

DOREXS는 표준 제품이 기계 설계와 일치하지 않는 경우 기존 제어 캐비닛에 맞게 하우징, 단자 방향 및 장착 플랜지를 조정할 수 있습니다. 검토설치 모범 사례추가 안내를 위해.

 

4단계 – 환경 조건, 안전 및 신뢰성 고려

주변 온도, 고도, 오염 등 실제 환경 조건은 EMI 필터 수명 및 등급에 직접적인 영향을 미칩니다.

• 온도.정격 감소 없이 필터를 작동하려면 주변 작동 온도가 중요합니다. 대부분의 데이터시트에서는 전류를 40°C로 정의합니다. 그 이상에서는 경감 곡선을 적용합니다. 뜨거운 캐비닛에서 연중무휴 24시간 실행되는 시스템은 커패시터 성능 저하 위험이 증가합니다.

• 가혹한 환경.습도, 먼지, 진동 및 화학 물질 노출로 인해 산업 또는 운송 단계에서는 더 높은 IP 등급, 보호 코팅 또는 충격 방지 장착이 필요할 수 있습니다.

• 안전 및 누출.고성능 필터는 누설 전류를 증가시키고 모니터링이 필요할 수 있는 Y 커패시터를 사용합니다. 누설 전류는 UL 및 IEC(예: IEC 60601)와 같은 안전 표준에 의해 제한됩니다.의료용 EMI 필터더 엄격한 µA 제한 적용). 목표 시장의 EMI 필터에는 UL, CSA 또는 CE 준수와 같은 안전 인증이 필요할 수 있습니다.

• 서지 내성.필터는 IEC 61000-4-5에 따라 라인 과도 현상을 견뎌야 하며 비정상적인 조건에서 약한 링크가 되지 않아야 합니다. 저항기와 커패시터필터 회로고장 없이 높은 dV/dt를 처리해야 합니다.

3상 필터는 국제 EMC 표준을 준수해야 하며 DOREXS는 고객별 신뢰성 및 규정 준수 요구 사항을 충족하기 위해 구성 요소 선택(커패시터 등급, 초크 절연, 하우징 재료)을 조정하기 위한 유형 테스트를 수행합니다. 필터는 모든 지역의 규정 준수를 위해 해당 EMC 표준을 충족해야 합니다.

5단계 - EMC 테스트 데이터를 사용하고 필터 제조업체와 협력

일반적인 작업 흐름은 다음과 같습니다. 위상 필터 없이 프로토타입을 구축하고, 라인 임피던스 안정화 네트워크를 사용하여 사전 적합성 테스트를 실행하고, 실패한 피크를 식별한 다음, 3상 EMI 필터를 반복적으로 선택하거나 사용자 정의합니다.

• 결과를 해석합니다.LISN 기반 테스트(150kHz~30MHz)의 전도 방출 플롯은 각 주파수에서 공통 모드 또는 차동 모드가 지배적인지 여부를 보여줍니다. 이는 단일 단계 또는 다단계 필터 또는 추가 단계가 필요한지 여부를 결정합니다.

• 부작용을 확인해보세요.선택한 emi 필터가 작동 전류에서 과도한 전압 강하 또는 가열을 유발하지 않는지 확인하십시오. 내구성 테스트 중 부하 시의 주파수 응답과 열 성능은 실제 신뢰성을 확인합니다.

• 후보 목록에 추가하고 다시 테스트하세요.데이터시트 삽입 손실을 기반으로 후보 목록을 생성하고 실험실에서 각 후보에 대해 다시 테스트하여 규정에 설정된 한도에 대한 마진을 확인하도록 합니다.

DOREXS와의 조기 협력으로 프로세스가 가속화됩니다. 엔지니어가 표준 부품을 추천하거나 제안할 수 있도록 회로도, 배선 다이어그램 및 최초 EMI 보고서를 공유하세요.맞춤형 3상 EMI 솔루션. 대용량 프로젝트의 경우 DOREXS는 감쇠, 크기, 비용 및 설치 용이성의 균형을 맞추기 위해 인덕턴스, 커패시턴스 및 하우징을 미세 조정하여 필터가 전체 주파수 범위에서 전도성 emi를 줄이면서 CISPR과 같은 국제 EMC 표준을 준수하도록 보장합니다. 필터를 올바르게 선택하고 설치하면 산업 시스템의 전자기 간섭을 줄일 수 있습니다.

FAQ: 3상 EMI 필터 선택에 관한 실용적인 질문

이 FAQ는 개조, 대형, 필터 결합 등 위에서 완전히 다루지 않은 일반적인 문제를 해결합니다.

더 높은 전류를 위해 3상 EMI 필터의 크기를 늘릴 수 있습니까?

적당한 오버사이징(20~50% 헤드룸)은 열 마진을 위한 좋은 방법입니다. 그러나 삽입 손실 곡선은 특정 임피던스에서 측정되기 때문에 과도하게 크기를 높이면 필요한 주파수 범위에서 감쇠가 줄어들 수 있습니다. 매우 큰 필터는 더 작은 부하에서는 최적으로 작동하지 않을 수 있으므로 실제 전류에 가까운 장치를 선택하십시오.

3상 EMI 필터는 캐비닛의 어디에 배치해야 합니까?

내부 케이블을 길게 연결하기 전에 주전원 진입점에 최대한 가깝게 필터를 설치하십시오. 시끄러운 부하측 배선을 깨끗한 라인측 배선과 명확하게 분리하십시오. 우수한 공통 모드 성능을 얻으려면 필터 하우징에서 캐비닛 백플레이트까지의 접지 연결이 짧고 임피던스가 낮아야 합니다.

각 장치에 이미 단상 필터가 있는 경우에도 3상 필터가 필요합니까?

별도의 전원 공급 장치에 있는 개별 단상 필터는 공유 3상 버스에서 집계된 공통 모드 전류 또는 위상 간 잡음을 제어하지 못할 수 있습니다. 전체 기계 또는 시스템에 대한 전반적인 전자기 호환성을 보장하려면 주 입력에 전용 3상 emi 필터가 필요한 경우가 많습니다.

의료용과 산업용 3상 EMI 필터는 어떻게 다릅니까?

의료 애플리케이션에는 훨씬 엄격한 누설 전류 제한이 적용됩니다. 이는 더 작은 Y 정전용량과 신중하게 선택된 레이아웃을 의미합니다. 산업용 필터는 더 강력한 공통 모드 감쇠를 위해 더 높은 누설을 사용할 수 있습니다. DOREXS는 전용 서비스를 제공합니다.의료 장비용 저누설 설계자동화, 드라이브 및 공정 제어를 위한 표준 산업용 필터.

DOREXS의 맞춤형 3상 EMI 필터는 언제 고려해야 합니까?

표준 필터가 감쇠 목표를 충족할 수 없거나 기존 인클로저 내부에 적합하지 않거나 고유한 환경 또는 안전 요구 사항을 준수할 수 없는 경우 맞춤형 솔루션을 고려해 볼 가치가 있습니다. 라인 전압, 전류, 위상 구성, 문제의 주파수 범위 및 EMC 테스트 보고서를 공유하면 DOREXS가 성능, 크기 및 비용의 적절한 균형을 갖춘 최적화된 3상 emi 필터를 설계할 수 있습니다.