Seleção de filtro EMI monofásico e conformidade CE para equipamentos industriais

Um filtro EMI monofásico é uma rede passiva colocada entre a rede elétrica e seu equipamento que atenua a interferência conduzida que viaja em ambas as direções – ruído que sua carga injeta de volta na fonte e ruído que chega da fonte. A linha de filtros EMI publicada para este portfólio abrange unidades monofásicas e trifásicas de 1A a 40A. A seleção de um se resume a quatro parâmetros publicados mais uma decisão de instalação: tensão máxima de operação contínua, corrente nominal, tipo de conexão e tensão de teste de alto potencial citada na folha de dados, comparada com o ambiente em que o filtro ficará. Um filtro é um componente; a marca que importa é aplicada ao seu produto acabado, e o filtro é uma parte da evidência que você reúne.

Principais conclusões

• Um filtro funciona em ambas as direções. Limita as emissões do seu equipamento e melhora a imunidade às interferências provenientes da alimentação.

• A corrente nominal é uma figura térmica. As classificações publicadas são cotadas para um ambiente definido, geralmente 40 °C, e a capacidade do filtro deve ser reduzida para um gabinete mais quente.

• O tipo de conexão decide a instalação. As variantes de inserção, fiação de linha, bloco de terminais, parafuso e entrada IEC atendem a diferentes práticas de painel.

• A tensão de teste de alto potencial é uma especificação publicada, não uma marca. Compare o valor da folha de dados com o que sua montagem exige.

• As variantes unipolares e bipolares diferem no que fazem referência. Escolha com base no seu arranjo de aterramento e não apenas na classificação atual.

• O filtro é uma entrada para conformidade, não o certificado. Os padrões se aplicam ao equipamento final e a declaração do próprio fornecedor pertence ao seu arquivo de projeto.

O que um filtro EMI monofásico realmente faz

De onde vem a interferência?

Em uma fonte chaveada as transições mais rápidas são aquelas que geram o espectro mais amplo. A recuperação do retificador, as bordas de comutação e a capacitância parasita produzem correntes que, de outra forma, viajariam de volta ao longo dos condutores da rede elétrica. Um filtro apresenta um caminho de baixa impedância que desvia essas correntes antes que elas saiam do invólucro e funciona simetricamente: a mesma rede atenua as interferências que chegam de fora.

Qual caminho o filtro protege – modo diferencial ou comum?

Ambos, e eles são fisicamente diferentes. O ruído do modo diferencial flui no condutor ativo e retorna no neutro, sendo atenuado pelos indutores em série e pelo capacitor linha a linha. O ruído de modo comum flui em ambos os condutores e retorna através da terra, sendo atenuado pelo indutor de modo comum e pelos capacitores linha-terra. Isto é importante quando você lê uma ficha técnica: uma variante descrita como bipolar ou de dois estágios é a adição de elementos direcionados a um desses caminhos, razão pela qual dois filtros com classificações de corrente idênticas podem se comportar de maneira diferente na mesma instalação.

Lendo uma folha de dados de filtro EMI monofásico

O que as classificações de tensão e corrente corrigem?

A tensão máxima de operação contínua fixa a fonte que você pode conectar e a corrente nominal fixa o envelope térmico. O filtro EMI CW1B tipo linha publica uma tensão operacional contínua máxima de 115/250 VCA, uma frequência operacional de 50/60 Hz e uma faixa de corrente nominal de 1A, 3A, 6A e 10A a 40 °C no máximo, com até 15A disponíveis como personalização. A frase “a 40 °C no máximo” é a parte que as pessoas ignoram. Em um gabinete selado operando a mais de 40 °C, a corrente utilizável é inferior ao valor da placa de identificação e a redução segue a mesma lógica que se aplica à fonte de alimentação ao lado dele.

Por que a tensão de teste de alto potencial é importante?

Ele informa em qual nível de isolamento o filtro foi construído e testado, o que é uma entrada para a avaliação de segurança do próprio conjunto. A mesma folha de dados CW1B cita uma tensão de teste de alto potencial de um minuto de 1.500 VCC linha a linha e 1.500 VCA linha-terra, uma faixa de temperatura operacional e de armazenamento de -25 °C a +85 °C classificada como 25/085/21, e um tipo de conexão de fiação de terminal de linha. Leia esses números como especificações publicadas do componente e confirme como eles se alinham com os requisitos que seu produto final deve atender.

Como o tipo de conexão altera a instalação?

Ele decide como o filtro se une mecanicamente ao painel e quanta disciplina de fiação é necessária ao seu redor. As unidades do tipo inserto usam terminações de conexão rápida ou plug-in, as unidades do tipo linha são conectadas diretamente e as unidades de bloco de terminais ou de conexão por parafuso aceitam fiação de campo com torque e roteamento definidos. Práticas mistas em um painel são a fonte usual de um filtro que mede corretamente na bancada e se comporta mal no gabinete, porque o circuito de fiação que um técnico deixa entre o filtro e a carga pode acoplar-se diretamente ao filtro.

Tabela 1: Variantes de conexão e montagem

Combinando o filtro com a instalação

Montagem em painel ou entrada IEC?

Um filtro de entrada IEC integra a entrada do aparelho com a rede de filtros, abordagem publicada na família Filtro de entrada IEC com fusível integrado e família de interruptores, que oferece modelos de entrada de soquete IEC de 1A a 10A com opções de interruptor com ou sem luz, fusível único ou fusível duplo. Essa é a resposta certa para equipamentos onde a entrada está exposta e um filtro separado precisaria de seu próprio gabinete. Para um painel de máquina, um bloco de terminais ou filtro de conexão por parafuso montado próximo ao ponto de entrada da rede elétrica é a escolha convencional, enquanto um filtro do tipo inserto com terminais de conexão rápida é adequado para equipamentos montados em uma bancada, onde a faixa publicada de 1A a 15A a 40 °C no máximo cobre a maioria das cargas de instrumentos.

Pólo único ou bipolar?

Pólo único refere-se ao número de pólos em torno dos quais a rede de filtros é construída; variantes bipolares adicionam elementos direcionados ao segundo caminho de referência. A distinção é mais importante onde o arranjo de aterramento é incomum ou onde o ruído de modo comum medido permanece alto após a instalação de um filtro de estágio único. Ambos são publicados como variantes padrão nas famílias CW3 e CW4, portanto a decisão é tomada com base na medição e não em uma tabela de especificações.

Monofásico ou trifásico?

Monofásico cobre a maioria dos equipamentos de controle e instrumentação industrial, enquanto versões trifásicas de três fios, como CW12B-10A-R a CW12B-40A-R, existem para fontes de 380 VCA. Os filtros EMI monofásicos do tipo inserção cobrem a banda de 3A a 30A em configurações unipolares e bipolares, que é onde fica a maioria dos gabinetes de automação. Escolher trifásico quando a carga é monofásica acrescenta custos e pode dificultar o controle do caminho de aterramento, portanto, combine o filtro com a alimentação que o equipamento realmente utiliza.

Tabela 2: Famílias modelo e classificações atuais

As classificações acima são citadas em tabelas de modelos publicadas. Confirme a variante exata, a classificação ambiental e a terminação na folha de dados antes de fazer o pedido.

Conformidade: o que a marcação CE exige do fabricante do equipamento

Quais padrões se aplicam e a quê?

Os padrões seguem o seu produto, não o filtro. A Diretiva EMC é satisfeita por atender aos padrões harmonizados aplicáveis, que para ambientes industriais são normalmente os padrões genéricos de imunidade e emissão, enquanto os equipamentos em outras categorias seguem os padrões específicos para essa categoria. Do lado da segurança, a norma que rege o seu produto final — por exemplo, IEC/EN 62368-1 para equipamentos de tecnologia de informação e comunicação — define os requisitos de isolamento e espaçamento que sua montagem deve atender. Os filtros EMI como componentes são cobertos por seu próprio padrão de componentes, IEC 60939, que é uma referência útil ao ler uma folha de dados de filtro. Confirme as edições e os escopos aplicáveis ​​com seu parceiro de conformidade.

Por que o filtro sozinho não proporciona conformidade?

Porque as emissões e a imunidade são propriedades da montagem acabada. O roteamento dos cabos, a ligação à terra, a qualidade do gabinete, a frequência de comutação da alimentação e o comprimento da fiação elétrica não filtrada dentro do gabinete influenciam a medição. Um filtro com classificação correta instalado com um longo circuito não torcido entre o filtro e a carga pode ter um desempenho pior do que um filtro menor montado diretamente no ponto de entrada. Trate o filtro como uma variável controlada entre várias.

Que documentação deve ser recolhida?

Colete a declaração do próprio fornecedor para o filtro, a página da folha de dados contendo os valores de tensão nominal, corrente e teste de alto potencial e um registro da variante efetivamente encomendada. Se for usado um filtro de conexão rápida ou do tipo inserção, registre também a parte correspondente do conector, pois a substituição altera a resistência de contato e pode invalidar uma medição de ruído realizada no protótipo. Mantenha tudo isso com o arquivo do projeto, e não em uma pasta pertencente a um engenheiro individual.

Tabela 3: O que o filtro cobre e o que não cobre

Método ilustrativo apenas; não é uma especificação de produto SMUN.

Fluxo de trabalho de seleção antes de solicitar uma cotação

Passo 1 — Confirme o fornecimento e a frequência. Estabeleça a tensão máxima de operação contínua e a frequência da linha que o equipamento realmente utiliza.

Etapa 2 — Reduza a corrente nominal. Comece pela corrente da placa de identificação e depois reduza-a para o ambiente interno real acima de 40 °C.

Passo 3 — Identifique o modo de interferência. Use a medição para estabelecer se a interferência diferencial ou de modo comum predomina e se uma variante de pólo único ou bipolar é indicada.

Passo 4 — Combine a terminação com a prática do seu painel. Inserção, fiação de linha, bloco de terminais, parafuso ou entrada IEC.

Passo 5 — Compare a tensão de teste publicada. Defina o valor de alto potencial que a folha de dados cita em relação ao requisito que sua montagem deve satisfazer.

Passo 6 — Fixe a posição de montagem. Tão próximo da entrada da rede elétrica quanto o layout permitir, com o loop não filtrado mais curto possível.

Conclusão

Um filtro EMI monofásico é um componente escolhido entre quatro valores publicados – tensão máxima de operação contínua, corrente nominal em seu ambiente declarado, tipo de terminação e tensão de teste de alto potencial – e então julgado pela qualidade da instalação. A instalação importa tanto quanto a escolha, pois é no loop entre o filtro e a carga que se perde grande parte do desempenho que a ficha técnica promete.

A questão de conformidade fica um nível acima do componente. A marca pertence ao seu produto acabado, os padrões que a regem seguem a sua categoria e não a do filtro, e o filtro contribui com evidências e não com a conclusão. Tratar uma folha de dados de filtro como um documento de conformidade é o mal-entendido mais comum nesta parte do projeto.

Antes de solicitar um orçamento, confirme a tensão e a frequência de alimentação, a corrente reduzida em seu ambiente interno, o modo de interferência que suas medições mostram, a terminação que sua prática de painel espera e os requisitos de montagem que seu produto final deve atender.

Perguntas frequentes

P: Como escolho entre variantes unipolares e bipolares?

R: Baseie-se na medição e não na tabela de especificações. Pólo único cobre o caso comum; uma variante bipolar adiciona elementos direcionados ao segundo caminho de referência e vale a pena considerar onde a interferência de modo comum medida permanece alta após um filtro de estágio único ou onde o arranjo de aterramento é incomum.

P: A corrente nominal se aplica a qualquer temperatura ambiente?

R: Não. As classificações publicadas são cotadas em um ambiente definido — geralmente 40 °C no máximo para a família CW1B — e a corrente utilizável cai à medida que a temperatura interna aumenta. Em um gabinete selado, reduza a capacidade do filtro para o ambiente medido na posição de montagem, exatamente como faria com a fonte de alimentação ao lado dele.

P: Posso instalar um filtro para várias cargas?

R: É possível que as cargas compartilhem um ponto de alimentação, mas o filtro vê a corrente combinada e a interferência combinada, e a fiação não filtrada dentro do gabinete fica mais longa. Instalar o filtro no ponto onde a rede elétrica entra no gabinete, próximo à fonte de ruído dominante, geralmente dá um resultado melhor do que um filtro maior servindo tudo.

P: O que a tensão de teste de alto potencial me diz?

R: Descreve o nível de isolamento para o qual o filtro é construído e testado, cotado como um teste de um minuto a uma tensão declarada entre terminais definidos. Compare os números publicados com o que a avaliação de segurança da sua montagem exige e trate isso como um dado e não como evidência de que o produto acabado está em conformidade.

P: Preciso de um filtro se minha fonte de alimentação já tiver um dentro?

R: Uma fonte com filtro interno reduz a interferência em seus próprios terminais, mas a fiação da rede elétrica dentro do gabinete ainda carrega o que resta e pode ser acoplada a condutores próximos. A necessidade de um filtro adicional é decidida medindo-se o conjunto acabado, e não assumindo que o filtro interno é suficiente.