Фильтр магнитный серии ФМС, ФММ или аналогичный с условным проходом Ду50 представляет собой пассивное электротехническое устройство, предназначенное для подавления высокочастотных электромагнитных помех (EMI – Electromagnetic Interference) в трехфазных цепях переменного тока. Основная функциональная задача – защита силового электрооборудования (частотных преобразователей, сервоприводов, систем автоматики) от негативного воздействия собственных гармонических искажений, а также фильтрация помех, поступающих из питающей сети. Установка Ду50 соответствует номинальному току, обычно в диапазоне 80-100А, и предназначена для монтажа в силовые линии с сечением жил кабеля 16-35 мм².
Работа магнитного фильтра основана на явлении поверхностного эффекта (скин-эффекта) и эффекта близости в ферромагнитных материалах. Сердечники фильтра, набранные из колец или секторов высококачественной магнитопроводящей стали с малыми потерями, обладают нелинейной частотной характеристикой импеданса. Для токов промышленной частоты 50/60 Гц индуктивное сопротивление катушки, намотанной на таком сердечнике, невелико, что приводит к минимальному падению напряжения и потерям мощности. Однако с ростом частоты (начиная с нескольких сотен Герц и выше, в области гармоник, генерируемых ШИМ-преобразователями) магнитная проницаемость сердечника резко падает, а активные потери на вихревые токи и гистерезис возрастают. В результате высокочастотная составляющая тока преобразуется в тепловую энергию, рассеиваемую сердечником, и не проникает далее в сеть или к нагрузке.
Типичный трехфазный магнитный фильтр на Ду50 состоит из следующих ключевых элементов:
При подборе магнитного фильтра Ду50 необходимо анализировать следующие параметры:
| Параметр | Типовое значение / Диапазон | Комментарий |
|---|---|---|
| Условный проход (Ду) | 50 мм | Условный диаметр, характеризующий присоединительные размеры |
| Номинальный ток (Iном) | 80А, 100А, 125А | Действующее значение тока промышленной частоты |
| Номинальное напряжение (Uном) | 400 В, 690 В (50/60 Гц) | Для сетей 380/400В или 660/690В |
| Степень подавления помех | От -10 дБ до -30 дБ | Зависит от частоты: эффективность растет с 5-10 кГц |
| Диапазон рабочих частот помех | 10 кГц – 1000 кГц | Основная область эффективного подавления |
| Падение напряжения (на фазу) | ≤ 1 В (при ном. токе и 50 Гц) | Прямо влияет на потери мощности |
| Макс. рабочая температура | +130°C (сердечника) | Определяет тепловой класс изоляции |
| Степень защиты корпуса (IP) | IP00, IP20 | Для установки в шкафы или защищенные зоны |
| Крутящий момент затяжки клемм | 20-30 Н·м | Критично для обеспечения надежного контакта |
Магнитные фильтры Ду50 применяются в системах электроснабжения промышленных предприятий:
Схема установки, как правило, последовательная. Фильтр монтируется непосредственно перед защищаемым оборудованием или после источника помех. Крайне важна минимальная длина силовых проводов между фильтром и оборудованием (рекомендуется не более 0.5-1 м) для предотвращения переизлучения помех.
| Тип устройства | Принцип действия | Преимущества | Недостатки | Предпочтительное применение |
|---|---|---|---|---|
| Магнитный фильтр (ФМС) | Поглощение ВЧ-энергии в сердечнике за счет потерь | Не имеет конденсаторов, не создает токов утечки на землю, устойчив к перегрузкам, работает в широком частотном диапазоне, не резонирует | Рассеивает тепло, имеет большие массо-габаритные показатели, не ослабляет низкочастотные гармоники (5-я, 7-я) | Выход ЧП для защиты двигателя, среды с высокой влажностью/запыленностью, сети с высоким уровнем помех |
| Сетевой LC-фильтр (EMC-фильтр) | Шунтирование и отражение помех с помощью катушек и конденсаторов | Высокая эффективность в широком спектре, компактность | Наличие конденсаторов создает ток утечки, чувствительность к перегрузкам, риск резонансных явлений | Вход цепей чувствительной электроники, для соответствия нормам EMC |
| Силовой дроссель (реактор) | Индуктивное сопротивление току ВЧ-составляющих | Простая конструкция, низкая стоимость, ограничение di/dt и пусковых токов | Ограниченный частотный диапазон эффективности, падение напряжения на основной частоте | Вход/выход ЧП для сглаживания тока, ограничения гармоник низшего порядка |
Монтаж должен производиться на вертикальную поверхность или DIN-рейку в соответствии с указанием производителя (меткой «TOP»). Обеспечение естественной конвекции для охлаждения обязательно: зазоры не менее 100 мм сверху и снизу. Подключение выполняется медными шинами или кабелем с сечением, соответствующим номинальному току. Необходимо обеспечить надежный электрический контакт с предписанным моментом затяжки.
Эксплуатация требует периодического визуального контроля (не реже 1 раза в 6 месяцев) на отсутствие механических повреждений, следов перегрева (изменение цвета изоляции, корпуса), загрязнения, ухудшающего теплоотвод. Контроль температуры в штатном режиме – термопарами или тепловизором. Превышение температуры сердечника выше +130°C свидетельствует о перегрузке по току или повышенном уровне помех, требующем установки устройства на больший номинальный ток.
Силовой дроссель (реактор) работает преимущественно за счет индуктивного сопротивления, ограничивая скорость изменения тока (di/dt). Магнитный фильтр использует сердечник с высокими магнитными потерями на высоких частотах, активно поглощая энергию помех и преобразуя ее в тепло. Дроссель отражает помехи, а магнитный фильтр – поглощает их.
Да, это допустимо и часто практикуется. Установка фильтра на номинальный ток, превышающий рабочий ток линии, не снижает его эффективность, а лишь уменьшает падение напряжения и нагрев. Однако это ведет к увеличению капитальных затрат и занимаемого пространства.
Для трехфазной сети 380/400В необходимо применять фильтры с номинальным напряжением 400В. Фильтры на 690В имеют большее количество витков и другое сечение, их применение в сети 400В приведет к неоптимальному использованию магнитных свойств сердечника и может снизить эффективность подавления помех на определенных частотах.
В стандартных условиях при работе на номинальном токе и в пределах допустимой температуры окружающей среды (обычно до +40°C) дополнительное охлаждение не требуется. Конструкция корпуса рассчитана на естественную конвекцию. При монтаже в закрытых шкафах с высокой плотностью оборудования или при повышенной температуре среды необходимо предусмотреть принудительную вентиляцию шкафа.
На промышленной частоте 50 Гц индуктивное сопротивление качественного магнитного фильтра минимально, поэтому его влияние на cos φ всей системы пренебрежимо мало. Основное падение напряжения и фазовый сдвиг создают низкочастотные дроссели. Магнитные фильтуры не используются для коррекции коэффициента мощности.
Основные признаки: видимые почернения, оплавление изоляции или корпуса; сильный запах гари; аномально высокий нагрев при нормальной нагрузке; увеличение уровня электромагнитных помех или количество отказов защищаемого оборудования. Межвитковое замыкание в обмотке маловероятно из-за конструктивных особенностей (малое число витков), но возможно механическое разрушение сердечника или ослабление контактов.
Последовательное соединение фильтров одного типа не рекомендуется, так как это приведет к неоправданному увеличению падения напряжения и потерь, а результирующая эффективность не будет расти линейно. Параллельное соединение для увеличения пропускной способности по току категорически запрещено из-за невозможности гарантировать равномерное распределение тока между устройствами. Для больших токов следует выбирать фильтр соответствующего типоразмера (например, Ду80 или Ду100).
Магнитный фильтр Ду50 является специализированным и эффективным решением для подавления высокочастотных кондуктивных электромагнитных помех в силовых трехфазных цепях среднего тока. Его ключевые преимущества – надежность, отсутствие емкостных элементов и устойчивость к перегрузкам – делают его предпочтительным выбором для тяжелых промышленных условий, особенно на выходе преобразователей частоты. Корректный подбор по току, напряжению и частотному диапазону помех, а также соблюдение правил монтажа и эксплуатации, являются обязательными условиями для достижения заявленных технических характеристик и обеспечения электромагнитной совместимости и надежности работы всего комплекса электрооборудования.