Zastosowanie rdzeni ferrytowych w przemyśle

W przemyśle technicznym zdecydowana większość urządzeń jest zasilana prądem zmiennym o różnej mocy i częstotliwości. Kiedy zbierzemy dużą ilość sprzętów i maszyn elektrycznych w jednym pomieszczeniu tworzy nam się tzw. środowisko pracy. Każde urządzenie elektryczne w trakcie pracy generuje zakłócenia elektromagnetyczne, które mogą negatywnie wpływać na pracę własną i innych urządzeń w otoczeniu. Dlatego ważnym aspektem w branży przemysłowej jest zabezpieczenie środowiska pracy przed tego typu zakłóceniami.

Kompatybilność elektromagnetyczna EMC (Electromagnetic compatibility) to zdolność urządzeń elektronicznych i elektrycznych do prawidłowej pracy w określonym środowisku. Głównym celem zapewnienia urządzeniom kompatybilności elektromagnetycznej jest usunięcie emisji zaburzeń pola elektromagnetycznego, które może negatywnie wpływać na działanie sprzętu w ich otoczeniu. Wraz z rozwojem technologii, pojawiło się wiele rozwiązań z dziedziny EMC, które są wdrażane w każdym systemie przemysłowym.

W tym artykule skupimy się na filtrach ferrytowych, które najczęściej możemy spotkać na okablowaniu sprzętu elektrycznego i elektronicznego. Dowiesz się, czym są rdzenie ferrytowe i jak działają, gdzie się stosuje takie rozwiązania i jak dobrać odpowiedni filtr do swojej aplikacji.

Co to jest filtr ferrytowy i do czego służy?

Filtr ferrytowy pełni rolę dławika przeciwzakłóceniowego.  Ferryty to materiały zbudowane z żelaza i węgla w niewielkim składzie procentowym (ok. 0,01 – 0,03 %). Materiały te wykazują właściwości ferromagnetyczne, czyli tzw. samoczynne stany namagnesowania. W skrócie, rdzenie ferrytowe to pasywne elementy elektroniczne, które mogą tłumić sygnały wysokich częstotliwości na liniach zasilania.

Filtry instaluje się zazwyczaj wokół pary linii zasilania lub uziemienia, które są bezpośrednio połączone z urządzeniem końcowym, np. komputerem. Filtry ferrytowe działają zgodnie z prawem Faradaya – rdzeń magnetyczny wokół przewodnika indukuje wsteczne pole elektromagnetyczne w obecności sygnału o wysokiej częstotliwości, tłumiąc zaburzenia wynikające z przepływu prądu zmiennego. Takie rdzenie są w stanie zapobiegać nagłym zmianom natężenia prądu zasilającego urządzenie.

Jak dobierać filtry ferrytowe?

Rdzenie ferrytowe dobiera się dla konkretnej wartości prądu zmiennego. Nieodpowiednio dobrany element tłumiący może zostać uszkodzony przez wyższe wartości natężenia. Dodatkowym czynnikiem, który wpływa na prawidłowe działanie rdzeni jest temperatura. Ze wzrostem temperatury, prąd znamionowy maleje. W efekcie, ferryt może niewystarczająco tłumić generowane zakłócenia EMI.

Prąd znamionowy może wpływać również na wartość impedancji ferrytu. Ze wzrostem prądu, rdzeń ferrytowy może ulec nasyceniu, co skutkuje utratą jego indukcyjności. Nasycenie, przy odpowiednio wysokim natężeniu prądu, może znacząco zredukować jego impedancje.

Dobierając filtr ferrytowy powinno się zwrócić uwagę na jego specyfikację. Filtry ferrytowe produkowane są najczęściej w postaci kamieni ferrytowych zamkniętych w obudowie z tworzywa sztucznego o różnych kształtach albo pierścieni. Pierwsze z nich zapina się na kablu elektrycznym, dlatego powinniśmy znać średnice tego kabla, aby wiedzieć jaki filtr będzie odpowiedni. Natomiast w przypadku pierścieni, kable są nawijanie wokół nich.

Filtry pomagają zatrzymać zakłócenia z określonego zakresu częstotliwości. Rozwiązanie należy wybrać w taki sposób, aby dla jego pasma rezystancyjnego znajdowała się częstotliwość, którą chcemy usunąć. Należy to zrobić bardzo dokładnie, ponieważ nawet małe wahania od tej wartości mogą przynieść niesatysfakcjonujące efekty. Przed doborem warto również spojrzeć na krzywe impedancji danego rdzenia w stosunku do jego obciążenia. W ten sposób będzie można upewnić się, że nasz rdzeń będzie pracował bez utraty impedancji na skutek nasycenia.

Z natury, rdzenie ferrytowe są elementami rezystancyjnymi wysokich częstotliwości. Instalując filtr ferrytowy trzeba pomyśleć o spadkach napięcia i odpowiednim odprowadzaniem generowanego ciepła. Może się to szczególnie przydać w przypadku poszukiwania rozwiązania do elektroniki przemysłowej.

Producenci elementów ferrytowych udostępniają zazwyczaj wszelkie dokumentacje i informacje techniczne na temat swoich produktów, co pomoże w doborze rozwiązania. Jeżeli podczas doboru pojawi się problem albo nie wszystko w dokumentach będzie przedstawione w jasny sposób, zawsze można skontaktować się z producentem albo dystrybutorem w celu uzyskania pomocy.

Gdzie stosujemy filtry ferrytowe?

Filtry ferrytowe stosujemy wszędzie, gdzie pojawiają się zakłócenia elektromagnetyczne do wyeliminowania. Większość rdzeni wykorzystuje się również przy produkcji konkretnych urządzeń, aby usunąć zakłócenia, które mogą pojawiać się wewnątrz nich. Do najpopularniejszych zastosowań filtrów ferrytowych w przemyśle zaliczamy:

• Analogowy i cyfrowy przesył danych np. przewody komputerów oraz innych sprzętów IT, przewody kas fiskalnych, obwody automatyki;
• Elektronika przemysłowa, układy rezonansowe i układy mikroprocesorowe;
• Produkcja transformatorów, zasilaczy, przetwornic.