WE-TPB HV — семейство трехфазных дросселей от Würth Elektronik

Одна из задач, стоящих перед современной промышленностью, заключается в повышении уровня энергоэффективности. Этой цели можно добиваться различными путями. Например, линейные схемы и сетевые трансформаторы повсеместно вытесняются импульсными преобразователями.

Импульсные преобразователи характеризуются минимальным уровнем потерь, отличаются компактными габаритами и обеспечивают высокий КПД. Однако у них есть и существенные недостатки, среди которых в первую очередь следует назвать высокий уровень собственных шумов. Эти шумы образуются вследствие быстрой коммутации силовых ключей. К тому же часто оказывается, что задачи повышения эффективности и минимизации уровня помех противоречат друг другу. В частности, внедрение карбид-кремниевых транзисторов обеспечивает минимальную длительность переходных процессов при коммутации и высокую скорость нарастания сигналов, что, безусловно, хорошо с точки зрения снижения потерь. Однако с точки зрения электромагнитной совместимости это может стать дополнительной головной болью, так как именно быстрые переключения и становятся источником помех.

Стоит отметить, что импульсные преобразователи не являются единственным источником помех. Свой негативный вклад вносят и различные коммутационные устройства, а также электродвигатели и прочие виды нагрузок (рис. 1). Очевидно, что обеспечение ЭМС ставит перед разработчиками две задачи. С одной стороны, нельзя допустить проникновения внешних помех в схему, а с другой — собственные шумы не должны попасть в сеть. Для этих целей используются различные типы фильтров.

Рис. 1. Возникновение мощных помех в промышленном оборудовании

Помехи принято разделять на кондуктивные (передающиеся по проводам) и радиочастотные (распространяются в окружающем пространстве в виде ВЧ-излучения). При этом кондуктивные помехи делят на синфазные и противофазные (дифференциальные). Для борьбы с каждым типом помех существуют свои методы. Наиболее распространенным способом борьбы с синфазными шумами является использование синфазных дросселей.

При выборе дросселя необходимо учитывать целый ряд параметров [1]:

• тип: двухфазный или трехфазный;
• частотную характеристику затухания;
• допустимый ток;
• рабочее напряжение;
• напряжение изоляции;
• сопротивление фазы;
• диапазон рабочих температур;
• габаритные размеры.

Трехфазные дроссели серии WE-TPB HV от Würth Elektronik отличаются высокой токовой нагрузкой и значительным рабочим напряжением 760 В (AC), что на 70% выше, чем у большинства аналогов.

Обзор синфазных дросселей WE-TPB HV от Würth Elektronik

Трехфазные дроссели WE-TPB HV от Würth Elektronik представляют собой трехсекционные дроссели на тороидальном сердечнике (рис. 2 и 3). Для изготовления сердечников используется два типа материалов: феррит или нанокристаллический сплав.

Рис. 2. Внешний вид трехфазных дросселей WE-TPB HV от Würth Elektronik [2]

Рис. 3. Структура трехфазных дросселей WE-TPB HV [2]

В настоящий момент серия WE-TPB HV объединяет почти два десятка моделей с рабочим напряжением 760 В и токовой нагрузкой 7,2–46 А (табл.).

Величина рабочего тока дросселей ограничивается падением напряжения и мощностью, рассеиваемой в обмотках. Эти показатели в свою очередь определяются сопротивлением обмоток. Сопротивление обмоток для моделей 744837002460 имеет минимальное значение 1,6 мОм, но из-за значительного диаметра провода величина индуктивности оказывается самой низкой — 0,2 мГн. У модели 744839003460 сопротивление обмотки также составляет 1,6 мОм, но индуктивность выше в 15 раз и достигает 3 мГн.

При разработке WE-TPB HV большое внимание уделялось обеспечению высокой надежности и безопасности. Рабочее напряжение дросселей составляет 760 В, что значительно выше, чем у большинства аналогов. Кроме того, запатентованная конструкция обеспечивает высокое напряжение изоляции — 3 кВ. Нужно также отметить, что материалы, используемые в WE-TPB HV, отвечают требованиям класса горючести UL 94 V-0, который предполагает самозатухание горящего образца в течение 10 с. Подтверждением высокой надежности дросселей является их соответствие требованиям стандарта EN 60938-2.

Все дроссели имеют одинаковые габаритные размеры 70×39 мм и способны работать в диапазоне температур –40…+125 °C (рис. 4).

Рис. 4. Габаритные размеры дросселей WE-TPB HV [2]

Выбор подходящего дросселя производится с учетом токовой нагрузки и спектра шума конкретного приложения. Во многом частотные характеристики дросселей WE-TPB HV определяются типом сердечника (рис. 5). Модели с ферритовым сердечником обеспечивают высокое затухание в относительно узком диапазоне частот. Модели с нанокристаллическим сердечником отличаются широким спектром частот затухания. Суммарно все модели серии WE-TPB HV перекрывают диапазон частот 1 кГц — 20 МГц. Это позволяет использовать их для защиты от синфазных помех, генерируемых как относительно медленными преобразователями на базе IGBT, так и быстрыми схемами на кремниевых МОП-транзисторах либо даже на высокочастотных GaN- или SiC-ключах.

Рис. 5. Затухание в различных моделях WE-TPB HV [2]

Благодаря широкому диапазону рабочих токов и частот, а также высокому рабочему напряжению трехфазные дроссели WE-TPB HV от Würth Elektronik способны обеспечить надежную защиту от синфазных помех в широком спектре промышленных приложений, например, в таких как мощные импульсные источники питания, приводы электродвигателей, зарядные устройства, сварочные аппараты или инверторы.

Заключение

В настоящий момент серия трехфазных дросселей WE-TPB HV от Würth Elektronik насчитывает почти два десятка моделей с высоким рабочим напряжением 760 В и широким диапазоном рабочих токов 7,2–46 А. Они способны обеспечивать защиту от синфазных помех в диапазоне частот 1 кГц — 20 МГц.

Отличные электрические характеристики, высокая степень защиты и широкий диапазон рабочих температур позволяют использовать дроссели WE-TPB HV в целом спектре промышленных приложений.