Zastosowanie w branży motoryzacyjnej dławików firmy KEMET z serii SC pracujących w wysokich temperaturach

161

Coraz więcej koncernów motoryzacyjnych decyduje się na zastosowanie rozmaitych urządzeń wysokonapięciowych, mających na celu poprawę komfortu prowadzenia czy ogólnie użytkowania pojazdu. Wiąże się to jednak ze zwiększonym zapotrzebowaniem na dodatkową energię elektryczną. Rozwiązaniem tego zagadnienia nie jest dokładanie nowych źródeł energii (zwiększa to masę i rozmiar pojazdu), a efektywniejsze wykorzystanie tych, których używamy obecnie. 

Powszechne stało się w związku z tym wykorzystywanie systemów EPC (Electronic Power Control), stosowanych jako regulatory wydajności. Systemy te muszą spełniać wymogi producentów oryginalnego wyposażenia samochodów (OEM) w zakresie EMI, aby nie zakłócać pracy innych urządzeń zamontowanych w pojeździe. Właśnie dlatego wykorzystuje się dławiki, które niwelują zakłócenia i tłumią szumy powstające w wyniku działania urządzenia. Możliwości materiałowe mają kluczowe znaczenie dla zgodności z przepisami EMI i podanymi wartościami docelowymi dotyczącymi przestrzeni i wagi. Podjęto w związku z tym prace badawczo-rozwojowe nad stworzeniem materiału do produkcji rdzeni dławików, których celem jest otrzymanie mniejszych, tańszych i, co najważniejsze, bardziej wydajnych produktów. W efekcie powstał materiał 7HT wykorzystywany w dławikach serii SC firmy KEMET i innych produktach wykonywanych na specjalne zamówienie.

W porównaniu z poprzednią wersją (5HT) zapewnia on o 40% lepsze tłumienie szumów przy tych samych parametrach urządzenia – głównie chodzi tu o jego rozmiar. W zależności od wymagań klientów, firma KEMET jest w stanie dostosować ten parametr do potrzeb konkretnego projektu. Wydajność utrzymuje się przy temperaturze do 150°C, co sprawia, że rozwiązanie to idealnie nadaje się do stosowania na przykład w pojazdach, blisko ich silników, bądź w przetwornicach stałoprądowych wysokiej mocy lub przetwornicach stanowiących elementy układów napędowych.

Dławiki pracujące w trybie wspólnym i różnicowym

Dławik składa się z ferromagnetycznego rdzenia toroidalnego, na który nawinięty jest drut. Zgodnie z prawem indukcyjności elektromagnetycznej Faradaya, przepływ prądu generuje pole magnetyczne, a zdolność jego wytworzenia określa się w Henrach [H]. Każde zmienne pole magnetyczne powoduje powstanie w obwodzie zmiennej siły elektromotorycznej, czyli prądu płynącego w kierunku zaporowym (przeciwnym do pierwotnego). Zakłócenia elektromagnetyczne powodowane przez przełączanie elementów półprzewodnikowych w przypadku wyższej częstotliwości wprowadzają pole magnetyczne i strumień indukcji magnetycznej do materiału, co przekłada się na straty magnetyczne i wzrost temperatury materiału magnetycznego. Energia EMI jest przekształcana w ciepło i filtrowana z linii energetycznych. 

W dławikach różnicowych drut nawinięty jest tylko z jednej strony, co sprawia, że niezależnie od kierunku płynącego prądu zakłócenia będą filtrowane przez konwertujący prąd do postaci energii magnetycznej i – w efekcie – ciepła. Mimo że szumy pochłaniane są zarówno na wyższych i niższych zakresach częstotliwości, zasilanie napięciem stałym lub zmiennym generuje ciągłe pole magnetyczne i straty oraz wymaga materiałów o wysokich zdolnościach nasycenia – zazwyczaj stosowane są żelazne rdzenie zasilające i inne materiały o wysokim nasyceniu.

Inaczej wygląda to w dławikach działających w trybie wspólnym – tam zamiast jednej, nawinięte są dwie cewki z przeciwnymi strumieniami indukcji elektromagnetycznej, które wzajemnie się wykluczają. To oznacza, że tylko prąd interferencyjny, prąd wspólny, generuje strumień indukcji magnetycznej i powoduje wzrost ciepła w materiale. Wystarczy, że możliwości nasycenia będą tak wysokie jak prąd interferencyjny. W zależności od charakterystyki zakłóceń, są one opisywane jako zakłócenia asymetryczne, które wymagają dławików pracujących w trybie różnicowym lub kondensatorów Y, oraz zakłócenia symetryczne, które wymagają zastosowania dławików pracujących w trybie wspólnym lub kondensatorów X. Dławiki oferowane przez firmę KEMET w większości działają w trybie wspólnym – idealnie nadają się wszędzie tam, gdzie konieczne jest usuwanie szumów i związanych z nimi zakłóceń elektromagnetycznych. W zależności od produktu, zachowanie różnicowe (upływy) dławika pracującego w trybie wspólnym może być wykorzystane do zaprojektowania dławików trybu podwójnego, które łączą w sobie oba rodzaje zachowań tłumiących. Dzięki zastosowaniu materiału 7HT ich skuteczność znacznie wzrasta, a rozmiar maleje.

Przenikalność magnetyczna materiału ferrytowego 

Celem uzyskania skutecznej redukcji szumów, istotne jest, aby wybrać materiał zgodnie z docelowym pasmem częstotliwości. W zależności od jego przenikalności magnetycznej, określony materiał ferrytowy będzie skuteczny w pewnym paśmie częstotliwości. Materiały cynkowo-manganowe charakteryzujące się wyższą przenikalnością magnetyczną są skuteczne w niższym zakresie częstotliwości, a z kolei materiały cynkowo-niklowe o niższej przenikalności magnetycznej lepiej sprawdzają się na wyższych zakresach częstotliwości.

Warunki otoczenia a działanie dławika 

Dużą zaletą dławików z rdzeniem wykonanym z materiału 7HT jest możliwość pracy przy dużym obciążeniu prądowym (nawet do 25 amperów). Warunki pracy takiego dławika są określone przez:

  • maksymalną temperaturę otoczenia (w naszym przypadku jest to 150°C)
  • wymagania dotyczące izolacji ze względu na napięcie zasilania i wymagania dot. OEM
  • skoki temperatury spowodowane utratą mocy dławika

Dławiki z rdzeniem wykonanym z materiału 7HT są mniejsze od tych z rdzeniem z 5HT, przez co są bardziej narażone na działanie warunków środowiskowych. Dławiki z serii SC dostępne w ofercie firmy KEMET mogą zostać dostosowane do konkretnych potrzeb użytkownika. Znacznie ułatwia to szersze stosowanie w trudnych warunkach pracy, jak choćby w układach silnikowych. Do zastosowań motoryzacyjnych dławiki z tych serii dostępne są wyłącznie w wersji dostosowanej do indywidualnych potrzeb klienta. Aby projekty i koszty prac rozwojowych były przystępne cenowo dla klientów, prace nad indywidualnymi projektami wiążą się z pewnymi warunkami ilościowymi. Więcej informacji na temat dławików marki KEMET można znaleźć na stronie dystrybutora – tme.eu.