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傳輸線概念及其阻抗的應用

發布日期:2020-12-31

單相通用濾波器廠家分享傳輸線概念及其阻抗的應用

在討論EMI濾波器時,提及傳輸線概念像是一個很奇怪的話題,但是有幾個原因使得濾波器設計者應對傳輸線有基本的了解。

 

其一、可以理解為什么在電動功率分配應用中使用的濾波器其輸入端口需要是高阻抗;第二、可以了解導致電源線功率損耗的是線上的阻抗元,而不是線的特性阻抗。功率損耗是電源線的集膚效應、直流電阻和線間電導等因素造成的。第三、尤其是多單元濾波器,其特性與傳輸線相類似。

短電源線在極高的頻率下其特性阻抗開始出現變化。實際上電源線的特性阻抗是隨頻率發生變化的,而不像同軸線、雙引線和雙絞線等線纜的特性阻抗是常數。隨著導線間距和線徑的變化,裸線型電源線的典型的特性阻抗在90~180Ω之間?;谕瑯釉?,雙線型、絞線型和帶套管型線纜因為線間電容和線套管間電容的存在,導致其特性阻抗在50~90Ω之間。在95%的情況下,電源線是由不同的電源線類型一前一后構成的。這兩個不同的電源線阻抗將前后競爭,形成一個近似的諧振長度。另外,因為電源線的設計結構僅僅是為了傳輸電源頻率而不是射頻,所以傳播速度是非常緩慢的。因此這些電源線看上去有實際長度的8倍長。如果電源線受到脈沖的沖擊,那么電源線的阻抗元將消耗其一部分能量。脈沖將以很低的線纜傳播速率向濾波器端傳播。其基本的頻率大約是50kHz,假設此時電源線特性阻抗大于自由空間阻抗377Ω,那么如果濾波器的輸入阻抗對于脈沖是高阻抗或是開路,則電壓會劇增(可以加倍),這種情況下需要增加快速動作的過壓保險絲。如果濾波器的阻抗對此脈沖是低阻抗或短路,那么電壓會下降到零,而線電流則會加倍,這種情況下可以使用慢速動作或持續性能的變阻器。

 

尤其是在低頻,由于長線和短線呈現鏈耦合狀態,能量損耗主要是由集膚效應和直流阻抗等因素造成的。在低于10kHz的頻率下,長短線都呈現阻性,其值接近直流阻抗值。對于較好的電力公司,這個線路阻抗值接近0Ω,但是對于極遠端的電力系統,此阻抗值可能會很高。當頻率上升時,在10kHz線路阻抗會接近4Ω。對于長線來講,在接近100kHz(對于短線則是250kHz)的頻率下,阻抗值會以波動的曲線接近50Ω。MIL STD 461 規范對損耗的要求是濾波器在電源線線阻抗非常低或為0Ω時應該具有恰當的損耗,所以π型濾波器在滿足“實際規范”(50Ω LISN傳導發射測試規范)和461的損耗要求上會有困難。對于在電源線間并一個10uF電容器的情況也會如此。在461規范中,濾波器必須滿足規范要求的損耗是在10~14kHz的頻率范圍,或許對于電源線濾波器損耗要求甚至有100dB。當然這是一種應用在安全室的濾波器。

軍用三相濾波器.gif

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