三相電力系統
在電氣工程中,三相電力系統至少有三個導體承載交流電壓,這些交流電壓在時間上偏移三分之一的周期(每個相位設置為相同的頻率和電壓幅度,但相移 120°,允許電氣循環期間的恆定功率傳輸)。下圖 1 顯示了一個週期時域內三相系統中瞬時電壓的典型波形。
圖 1 三相系統中的時域波形
在電路連接中,這些稱為相位,通常表示為 A、B 和 C 或 L1、L2 和 L3。三相系統可能採用 Delta 三角形 (Δ) 或 Wye 星形 (Y) 接法。圖 2 分別顯示了 delta (Δ) 和 wye (Y) 的典型電路接法。
圖 2 Delta(左圖)和 Wye(右圖)三相繫統的電路接法
三相電源線濾波器
對於變頻器、電機驅動器和機床等應用,三相濾波器能夠減少電磁敏感性傳導區域內不需要的電磁干擾 (EMI) 噪聲。工作頻率範圍約為 47-400Hz。當放置在設備的電源入口處時,這些濾波器可防止線路噪聲進入設備。但是,EMI 濾波器也可以防止設備產生的噪聲進出電源線。
諸如 CISPR 32 (EN 55032) 和 FCC 排放限制等法規規定了返回電源線的最大允許噪聲位準(以 dB 為單位)。三相 EMI 濾波器設計的一般要求包括輸入電流、線路電壓、尺寸限制和所需的插入損耗。除此之外,三相濾波器的配置在設計中也起著重要作用。
CISPR 32 (EN 55032) 排放限值:
根據 CISPR 32,在 A 類商業環境 10 米或 B 類住宅環境 3 米處進行測量時,30-230 MHz 範圍內的限值為 40 dBuV/m,230-1000 MHz 範圍內的限值為 47 dBuV/m。這對應於在 100 MHz 時每米電磁場強度為 100 微伏的水平。
FCC 排放限制:
根據 CFR 47 第 15 部分,限制為 30-88 MHz 的 100uV/m、88-216 MHz 的 150uV/m、216-960 MHz 的 200uV/m 和 960MHz 以上的 500uV/m。這給出了以下 3 米的限制和它們各自的近似來源功率。
圖 3. 不同頻率範圍內的最大允許噪聲水平(CISPR (dBuV/m) 和 FCC (uV/M) 限制)。
Wye 過濾器類型(Y 或星形):
Wye 濾波器通常用於開關模式電源轉換設備和其他需要中性連接的應用。 Wye 型採用星形或“Y”形配置,所有三根熱線都連接在一個中性點。一根中性線 (N) 在 3 相 Y 形系統(3 相,4 線)中構成總共四根線。它允許線對中性線(單相)和線對線(2/3 相)連接,例如
TY 系列 Delta Electronics 的 電源線Wye 濾波器。
圖4 20TYS9,Delta 台達TY系列
圖 5. 20TYS9 的應用示意圖 (來源 Delta Electronics )
Delta 過濾器類型 (Δ):
Delta 三相濾波器旨在減少連接到三相 delta 電源的設備中的電磁干擾。 Delta型的三相呈三角形接法,從繞組的一端連接到另一端的起始端,形成一個閉合電路。 Delta 配置只需要三根線進行傳輸(3-Phase,3-Wires)。由於三個單相電路持續提供電力,例如 FN3026 系列 來自 Schaffner EMC。
圖6 FN3026HP-20-71, Schaffner EMC的FN3026系列
圖 7. FN3026HP-20-71 的應用示意圖(來自 Schaffner EMC)
以下是兩個系統過濾器的一些比較 -
區別/零件編號 | Delta的 TY系列 | Schaffner EMC的 FN3026系列 |
---|---|---|
濾波器類型 | 三相 (Wye) | 三相 (Delta) |
額定電流 | 10-20A | 10-50A |
配置 | 單級1 | 單級1 |
電壓 – 額定 AC | 440V | 300 VAC(相到地/中性線)和 520V(相到相) |
批准機構 | cURus、ENEC、SEMKO | CSA、ENEC、UR |
安裝方式 | 機箱安裝 | 機箱安裝 |
接線方式 | 快速連接 | 接線端子 |
表 1 – TY 系列和 FN3026 系列過濾器比較
單級1 是指濾波器內部的電路重複(串聯)的數量。單級濾波器有一個電路。如果電路重複,它就變成了一個雙級濾波器,依此類推。增加級數可提高過濾器性能,同時優化過濾器封裝(尺寸)。它還有助於降低截止頻率。
Wye 和 Delta 配置的優勢:
Wye
- 該設計適用於需要中性連接的系統
- 可行的負載設計——使用線對線(高壓)或線對中性線(低壓)
- 易於實現相同電壓支持的單獨隔離
Delta
- 對於電力傳輸,成本比 Wye 低,因為它只使用三根線(如果中性線可以省略/接地)
- 它提供更高的啟動扭矩
- 允許比 Wye 更高的額定電流
- 與 Wye 相同的尺寸上具有更好的性能