תפקיד פילטרים אמי במערכות תקשורת קו חשמל

תקשורת Power Line ואתגר ההתערבות האלקטרומגנטית

Power Line תקשורת יעילה (PLC) טכנולוגיה ממנת את זרם החשמל הקיים להעברת נתונים, מה שהופך אותו פתרון יעיל וידידותי לתשתיות עבור יישומים החל רשתות ביתיות ורשתות חכמות לאוטומציה תעשייתית.על ידי אותות נתונים קידוד גבוה על תקן 50 הרץ או 60 הרץ של קווי חשמל הרץ, PLC מאפשר קישוריות ללא צורך כבלים ייעודיים, צמצום עלויות הפריסה ומורכבות עם זאת, קו חשמל חזק יותר אינספור.

מאמר זה חוקר את הפונקציה, סוגים, הטבות, ושיקולי עיצוב של מסננים EMI במערכות PLC.זה מספק סקירה מקיפה עבור מהנדסים, מערכות אינגרה, ומקבלי החלטות המבקשים להתאים את ביצועי PLC בסביבות בעולם האמיתי.עבור הבנה בסיסית של טכנולוגיית PLC, הקוראים עשויים להתייחס ל-FLT:0introduction זה כוח תקשורת קווי LT1:1.

הבנת EMI ואפקטים שלה על מערכות PLC

מקורות וסוגים של ההתערבות אלקטרומגנטית

ניתן לסווג את EMI בסביבות קו חשמל באופן רחב ל-FLT:0 (התערבויות מוליכים 1) ו-FLT:2radiated הפרעותFLT 3: 3 מוליכים EMI למסע לאורך קווי הכוח עצמם, בעוד שרדיו EMIagates דרך האוויר והזוגות לתוך מקורות מחוסנים של EMI כוללים:

(ב) ,0) ממורים ומניעים: 1FLT:1, כוננים בתדר משתנה ומנועים חשמליים מייצרים רעש מעבר גבוה עקב מתח מהיר ומעברים הנוכחיים.
(FLT:0) מכשפים את כוח הפקדים: FIRLT:1 ; SMPS בשימוש במחשבים, מטען ונהגי LED מייצרים הרמוניות והחלפת רעשים כי זוג על עיקרי.
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(FLT:0) ממריצים ופולשים: ⁇ 1 בשימוש במערכות אנרגיה מתחדשות ואספקת חשמל בלתי ניתנת להפרדה, מכשירים אלה מייצרים הפרעות הרמוניות ו ⁇ גבוהות.
(FLT:0) רדיו Frequency Interference:cioFLT:1 משדרי רדיו אלחוטיים, וברק יכולים לגרום רעש על קווי חשמל, במיוחד בהגדרות חיצוניות או תעשייתיות.

חומרת EMI תלויה בתדירות, באמפליטציה ובמנגנון ההפיכה. במערכות PLC, אשר בדרך כלל פועל בין 1 MHz ל -30 מהרץ עבור יישומים פס רחב (למשל, HomePlug, G.hn), הפרעה בטווח תדר זה יכול ישירות להשחית את האות.אפילו רעש נמוך יותר ⁇ יכול לגרום מוצרים בין-מתים או שלבים השבתה של PLCms.

השפעות EMI על ביצועי PLC

נוכחותם של ביצועי EMI מדגימים את PLC במספר דרכים מדידה:

(ב) ,0) הורדת Bit Error Rate (בשורה: ⁇ FLT:1) דופק רעש יכול לגרום לקצבים קטנים, הדורשים ניתוק מחדש וצמצום באמצעות לוח.
(FLT:0) ,Reduced Signal-to- Noise Ratio (SNR): רעש רקע 1Fillo מעלה את רצפת הרעש, הגבלת שיעור הנתונים והטווח.
(FLT:0) אובדן אבה ו Latency: פיזור 1: 1 (הפרעות במקרים מסוימים עלול לגרום לחבילות שלמות להיות מושחתות, במיוחד ביישומים רגישים בזמן כמו קול על IP או בקרה תעשייתית.
מקורות תפוצה:0 (Impedance Variations: FLT:1 מקורות EMI יכולים לשנות את האימפולס של קו הכוח, גרימת השתקפות אותות ועצימה נוספת תקשורת משפילה.
(FLT:0)I לסירוגין קישוריות: FLT:1 Noise ממכשירים המתגמלים ומחוצה (למשל מקררים, HVAC דחוסים) עלול לגרום לכשלי תקשורת ספירודיים.

לדיון טכני עמוק יותר על מאפייני הרעש של קווי חשמל ועל השפעתם על PLC, ראה מאמר זה (FLT:0IEEE) על קו כוח רעש מודל של FLT:1.

הפונקציה של פילטרים EMI בתקשורת Power Line

עקרון ה-EMI Filters

(המסננים של EMI הם רשתות פסיביות אשר באופן סלקטיבי רעש גבוה לא רצוי, ומאפשרות אות PLC הרצוי - ואת תדירות הכוח - לעבור עם אובדן מינימלי; הם להשיג זאת על ידי ניצול האימפולסים התדירות של מחנכים ו capacitors. An EMI בדרך כלל מורכב שילוב של FLT:0eries inducationFalir 1 ו-Fer; 2.

ביצועי המסנן מאופיינת על ידי FLT:0insertion LossFLT:1, נמדד ב decibels (dB), אשר מציין כמה המסנן מקטין את האמרה של אות רעש בתדר מסוים. עבור יישומים PLC, מסננים חייב לספק הפחתה גבוהה בלהקות תדירות שבו הוא הנוכחי (לעיתים קרובות מעל 150 k שנערך עבור EMI ו- 30 סימנים להורדת PLC עצמה), תוך כדי שמירה על ההרחבה עצמה.

מצב שונה לעומת Common Mode filter

(בשורה התחתונה) מופיע בשני מצבים: FLT:0 (DM)Buildal Mode (DM)BuildFLT:1 noise, that Flow between the line and נייטרליs, and FLT:2;2scommon Mode (CM) 3.03) רעש רעש, אשר זורם באותה מידה על שני המוליכים ביחס לקרקע.

(FLT:0Differential Modefiling: FIRLT:1) Achieved באמצעות capacitors מחוברים בין קו נייטרלי (X capacitors) ו- inductors להציב בכל מנצח.מרכיבים אלה יוצרים מסנן נמוך מפסח כי מכווץ גבוה DM רעש נייטרלי או קרקע.
(FLT:0)Common Modeing: FLT:1 iving a Common-mode נחנק - זוג רוחות על הליבה המגנטית יחידה - מספק תנופה גבוהה לזרמים משותפים מבלי להשפיע על אותות שונים-מונדסים. Y capacitors (line-to-ground) מדכא רעש משותף נוסף על ידי מתן נתיב נמוך-מרוש לקרקע.

מסנן EMI מתוכנן היטב עבור PLC ישלבו הן את השלבים DM והן CM סינון כדי להשיג דיכוי רעש מקיף תוך שמירה על שלמות אות התקשורת.FLT:0 זה אלקטרוניקה הדרכה על מסננים EMI 1. מציע תובנה נוספת בבחירת רכיב ועיצוב מסנן.

סוגים של מסננים EMI בשימוש במערכות PLC

קו-to-Ground Filters (Common-Mode Choke with Y Capacitors)

(ב) [17] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

קו-to-Line Filters (מצב משמעותי צ'ויקס ו- X Capacitors)

(FLT:0)פילטרים קו-אל-ליין 1 נועדו לדכא רעשים שונים-מומדיים שזרמי בין החוטים החיים והניטראליים.הם בדרך כלל מורכבים מחנק מצב שונה (שניים מתלמידים נפרדים או ממריץ יחיד עם שתי אותות רוח על הליבה) בשילוב עם Xcapacitor להציב על פני הקו.

פילטרים משולבים (Hybrid topologies)

(המתאם המסחריים והפילטרים של קו החשמל מעסיקים את ה-FLT:0) פילטרים ממושמעים של פילטרים 1 (PLC) שמשלבים הן את שני השלבים הקו-לקו-לשורה יחידה אחת.פילטרים היברידיים אלה מספקים דיכוי רעש מקיף על פני הספקטרום הכללי של התדירות, אך תצורה טיפוסית עשויה לכלול הדבקה משותפת של שלב ראשון עם Ycapors, ואחריהם של פילטרים שונים מסוג XF-F-F-F-F-D, כדי למנוע סימנים מתקדמים יותר, כדי להוסיף מוטציות.

לצורך יישום מעשי, מהנדסים צריכים להתייעץ עם רשימות יישום של יצרן סינון, כגון אלה מ-FLT:0Murata's EMI filter משפחות EMI filter משפחה של EMIFLT:1, אשר מספקים מפרטים מפורטים ודוגמאות עיצוב עבור יישומי קו חשמל.

היתרונות של שימוש בפילטרים EMI במערכות PLC

שיפור האינטגרליות והגמישות

על ידי הגדלת רעש גבוה ⁇ ב קלט של מודמים PLC, EMI מסננים באופן ישיר להפחית את שיעור השגיאה הקטן והפסד החבילה. מבחנים שדה הראו כי תוספת של מסנן מעוצב היטב יכול לשפר את דרךput על ידי 20-50% בסביבות כבדות רעש כגון צמחים תעשייתיים או משקי בית עם עומסים אלקטרוניים צפופים.

איכות אותות מוגברת וטווח Transmission

EMI מסנן את רצפת הרעש, ובכך להגדיל את יחס אות יעיל (SNR) עבור מקלט PLC. SNR גבוה יותר מאפשר מודם להשתמש תוכניות מודולציה סדר גבוה יותר (למשל, 1024-QAM) עבור שיעורי נתונים גדולים יותר או להאריך מרחקי שידור לפני חידוש האות הוא צורך.

זיהום אלקטרומגנטי מופחת והתאמה עם סטנדרטים

(המערכות עצמן יכולות להיפלט מרעשים מעוגן ורדיוניים שיכולים להפריע למכשירים אלקטרוניים אחרים – כולל מקלטי רדיו, ציוד רפואי ומערכות תקשורת חירום.מסננים EMI על מודמים PLC, להבטיח שהמכשיר עומד במגבלות רגולטוריות עבור פליטות שבוצעו ורדיוניות. Compliance with FLT:0FCC Part 15FLT:1, LT2EN22/32,4 LT5;

הגנה על PLC Components

מגמות גבוהות ורעש מתמשך יכולים להדגיש את המרכיבים האנלוגיים של מודמים PLC, המוביל לכישלון מוקדם או דהורד ביצועים לאורך זמן. פילטרים EMI מספקים רמה של הגנה על עלייה על ידי הגבלת המתח והספיקים הנוכחיים המגיעים מעגלים רגישים. בעוד לא תחליף עבור מגינים ייעודיים, הפולשים והקפיטורים במסננים EMI עוזרים להפחתת המתח והספיקים הנוכחיים המגיעים למרחבים, תוך הגדלת מערכת כוללת.

בדיקות עבור EMI Filters ב- PLC Systems

התאמת פילטר ו- Filter Interaction

הדחף של קו הכוח משתנה עם תדירות, מיקום, וזמן בגלל שינוי עומסים. מסנן EMI חייב להיות מיועד להציג מכשול מוגדר היטב בתדרים של PLC כדי למנוע השתקפות אותות שעלול לגרום לגבהים אובדן ההורדה.הקלט של המסנן ופלטים צריכים להיות מתאימים לרצף הצפוי (בדרך כלל 50–100 עבור כלי פעולה שונים) במיוחד עבור ההתקנה בפועל.

דרישות בטיחות ותקנות התפטרות

Capacitors המשמשים במסננים EMI יש להיות מותקן בטיחות על פי IEC 60384-14:

(בשורה התחתונה:0)X capacitorsFLT:1 (line-to-line) חייב לעמוד במגרש מתח ולכשל במצב בטוח (לא קצר).
<חזק>Y capacitors (line-to-ground) מוגבלים ב- capacitance (בדרך כלל <0.1 μF) כדי להגביל את זרם ההדלפה, במיוחד בציוד עם דרישות קרקעיות.
(FLT:0) אינטגרטורים של LT:1 חייב להיות מספיק דירוג הנוכחי כדי להתמודד עם שואבת הכוח הנורמלי בתוספת כל עלייה ללא ריצוף.

יש לאשר את רכיבי המסנן על ידי סוכנויות מוכרות (UL, VDE וכו ') כדי להבטיח עמידה בקודים חשמליים מקומיים.עבור מדריך מפורט על בחירת capacitor בטיחות, ראה FLT:0 מאמר זה על X ו Y capacitors בכל הקשור ל-Switchssssph:1.

הגורמים הארוכים והסביבתיים

מסננים EMI המותקנים בתשתיות PLC חיצוניות (למשל, מאגדי רשת חכמה, קטבים קווי חשמל) חייבים לעמוד בטמפרטורות קיצוניות, לחות, וזיהוי פוטנציאלי. ליבות פריט יכול לחוות שינויים בהסתברות עם טמפרטורה, שינוי תדרי חיתוך מסנן פילטר.מהנדסים צריכים לגרות רכיבים ולבחור חומרים מדורגים עבור התנאים הסביבתיים הצפויים.

המונחים: PLC Modems

שיטות הטובות ביותר מומלץ הצבת מסנן EMI קרוב ככל האפשר לנקודת הכניסה של קו החשמל של מכשיר PLC כדי למנוע רעש לעקוף את המסנן באמצעות קפיקט קצבי או הפיכה אינדוקטיבית על PCB. הקשר הקרקעי של מסנן חייב להיות נמוך אינדוקציה כדי ביעילות לכווץ רעש כפול-מחדש. בעת תכנון מסנן עבור מודם, הפילטרים של הפילטרים של ה- 2B פחות מ- 40- CLCD.

מגמות עתידיות ב-EMI Filtering for PLC

כמו טכנולוגיית PLC מתפתחת כדי לתמוך בשיעורי נתונים גבוהים יותר (למשל, G.hn עם מהירויות עד 1 Gbps), הדרישות על EMI מסנן עלייה. תדרי נושא גבוה יותר רוחב פס רחב יותר דורשות מסננים עם גלילה תלולה וירידה נמוכה יותר בפס.

(FLT:0) מסנן פילטרים Active EMI באמצעות מגבר תפעולי וטכניקות ביטול יכולות לספק ביצועים מעולים בטביעה קטנה יותר, במיוחד עבור דיכוי רעש משותף.
(FLT:0) אינטגרציה גרידוק: 1FLT: הפצת מטר חכם ואוטומציה הפצה דורשת PLC חזק כי coexists עם מקורות אנרגיה מתחדשת רועשים יותר (סולר, רוח). פילטרים הסתגלותיים שיכולים להתאים באופן אוטומטי לשינוי סביבות רעש נמצאים תחת התפתחות.
(FLT:0)Ferrite Materials Advances:FLT:1) ניו ננוקריסטלליין וחומרים אנמורפיים מציעים צפיפות שטף רוויה גבוהה יותר ותגובה רחבה יותר של תדר, ומאפשרים חנק קטן יותר יעיל יותר עבור DM ו CM סינון.
(FLT:0) מודולי מסנן משולבים: FLT:1 יצרנים מציעים מודולים סינון pre-certified המיועד במיוחד עבור יישומי PLC, פשט עיצוב וצמצום זמן לשוק עבור צרכנים ותקני PLC תעשייתיים.

מסקנה

מסננים EMI הם מרכיבים חיוניים במערכות תקשורת קו חשמל, השפעה ישירה על שלמות נתונים, טווח שידור וציות רגולטוריות. על ידי בחירה בקפידה מסנן להתנצלות ורכיבים שמטרתם הן הפרעות בין-מומיות והתערבות משותפת, מהנדסים יכולים לשפר באופן משמעותי את אמינות PLC בסביבה החשמלית רועשת של בתים, משרדים, ומתקני תעשייה. כמו PLC ממשיך להתרחב ליישומים חדשים כגון תקשורת חשמלית, מטר מתקדם, להבטיח את התשתית, פיתוח רחב של רשתות חשמלאיות, אשר יספקוחות כוח.