I sistemi di alimentazione trifase forniscono l'alimentazione principale per la produzione industriale. Tuttavia, la diffusa adozione di carichi non lineari come convertitori di frequenza, servomotori e alimentatori switching ha reso l'inquinamento armonico la principale minaccia alla qualità dell'alimentazione. Sviluppati per affrontare questo problema, i filtri trifase sono apparecchiature critiche. Attraverso topologie di circuiti ben progettate, sopprimono efficacemente le interferenze di modo comune e di modo differenziale nella banda di frequenza da 10 kHz a 30 MHz, fornendo un'alimentazione pulita e stabile per le apparecchiature.

Principio di filtraggio: adattamento di impedenza come logica centrale

Essenzialmente, un filtro trifase è una rete passiva bidirezionale collegata tra l'alimentazione e il carico. Il suo principio di funzionamento non è semplicemente quello di "filtrare" il rumore. Al contrario, costruisce una rete di adattamento di impedenza con induttori e condensatori. Una maggiore disadattamento di impedenza tra i lati di ingresso e uscita del filtro e i lati dell'alimentazione e del carico porta a una maggiore attenuazione delle interferenze elettromagnetiche.

Nello specifico, gli induttori presentano un'alta impedenza alle correnti variabili, mentre i condensatori mostrano una bassa impedenza alle tensioni variabili. Sfruttando questa caratteristica, il filtro crea un'alta impedenza per le armoniche in specifiche bande di frequenza per bloccarne il passaggio, consentendo al contempo alla corrente di frequenza di alimentazione di 50 Hz o 60 Hz di passare senza problemi. Nei sistemi trifase, il filtraggio funziona attraverso due percorsi. Il filtraggio di modo comune mira al rumore di terra trasportato congiuntamente da tutte e tre le fasi, implementato principalmente da condensatori Y e induttori di modo comune. Il filtraggio di modo differenziale gestisce il rumore tra le fasi, basandosi su condensatori X e induttori di modo differenziale.

Due topologie: connessione a Y e connessione a triangolo per applicazioni distinte

La configurazione del cablaggio di un filtro trifase determina direttamente i suoi scenari applicabili. Il filtro di tipo Y (connessione a stella) è dotato di una linea neutra, per un totale di quattro fili. Si applica a sistemi che richiedono una connessione neutra, come carichi misti per illuminazione, aria condizionata e ascensori, ed è ampiamente adottato nei data center e nelle apparecchiature mediche. Il filtro di tipo a triangolo (connessione a triangolo) utilizza solo tre fili, con costi inferiori, coppia di spunto più elevata e corrente nominale superiore rispetto ai filtri di tipo Y della stessa dimensione. È comunemente utilizzato negli azionamenti per motori e nella trasmissione di potenza.

Anche gli stadi del filtro sono importanti. Un filtro a stadio singolo contiene un circuito di filtraggio. I filtri a due o più stadi adottano strutture a cascata per aumentare la perdita di inserzione e ridurre la frequenza di taglio. Più stadi offrono prestazioni migliori, accompagnate da dimensioni maggiori e costi più elevati.

Criteri di selezione chiave: i parametri non sono sufficienti, anche l'installazione conta

Molti ingegneri si concentrano solo sulla tensione nominale e sulla corrente nominale durante la selezione, ignorando diversi fattori decisivi nelle condizioni di lavoro effettive.

Il primo è la perdita di inserzione, la metrica principale per valutare le prestazioni di filtraggio, misurata in decibel (dB). Frequenze più elevate richiedono una maggiore perdita di inserzione. Tuttavia, la perdita di inserzione non è un valore fisso; è direttamente influenzata dall'adattamento di impedenza e dalle pratiche di installazione. Una selezione errata dei parametri di rete può comportare prestazioni di filtraggio effettive ben al di sotto del valore nominale.

Il secondo è la corrente di dispersione. I condensatori Y sono la principale fonte di corrente di dispersione. Devono essere selezionati modelli a corrente di dispersione estremamente bassa per applicazioni sensibili alla dispersione come i dispositivi medici. Il terzo è la temperatura operativa. I materiali magnetici all'interno dei filtri tendono a saturarsi sotto alta corrente, degradando le prestazioni. La selezione della corrente nominale deve riservare un margine sufficiente e corrispondere alla temperatura operativa ambientale.

Anche l'installazione è altrettanto critica. I filtri devono essere montati vicino all'ingresso dell'alimentazione per accorciare i cavi di ingresso. I filtri di ingresso e uscita devono essere instradati separatamente e non possono essere posati in parallelo; altrimenti, gli effetti di accoppiamento renderanno il filtro inefficace. L'alloggiamento metallico deve formare una connessione a bassa impedenza con il cabinet ed essere messo a terra in modo affidabile.

VIIP: Copertura completa dai prodotti alle soluzioni

Nel settore dei filtri trifase, VIIP offre un portafoglio completo di prodotti che copre tipi trifase a tre fili e trifase a quattro fili con un ampio intervallo di corrente nominale. La sua tensione di lavoro massima supporta 690 VAC e superiori. I prodotti adottano un'architettura di filtraggio a due stadi di modo comune più uno stadio di modo differenziale per mantenere una perdita di inserzione stabile su un'ampia gamma di frequenze. La serie H dedicata alle apparecchiature mediche raggiunge una corrente di dispersione ultra-bassa per soddisfare rigorosi standard di sicurezza. Sono disponibili molteplici opzioni di terminazione tra cui capicorda a saldare, bulloni, morsetti e barre di rame per adattarsi allo spazio del cabinet e ai requisiti di cablaggio di diversi armadi di controllo.

I filtri trifase non sono accessori opzionali ma requisiti rigidi per garantire il funzionamento stabile dei sistemi di alimentazione. Una corretta selezione del modello e un'installazione corretta consentono loro di fornire prestazioni complete.