Nell’era della digitalizzazione e dell’automazione industriale, i disturbi associati alla linea di alimentazione rappresentano un problema non indifferente. Infatti, le interferenze elettromagnetiche possono compromettere il funzionamento di diversi dispositivi sensibili, con ripercussioni che possono essere più o meno gravi in base al campo di interesse. In questo contesto, i dispositivi per la qualità dell’energia (Power Conditioner), come il filtro EMI, rappresentano una soluzione efficace per proteggere i carichi elettronici da questi disturbi.
Cosa sono i Filtri EMI
I filtri EMI sono dei dispositivi elettronici appositamente progettati per sopprimere le interferenze elettromagnetiche condotte presenti in un circuito elettrico. Il loro impiego è critico in una vasta gamma di applicazioni, da quelle industriali a quelle di consumo, dove oltre a mantenere l’integrità dei segnali è indispensabile rispettare le normative internazionali sulla compatibilità elettromagnetica.
Un filtro EMI che sopprime i disturbi provenienti dalla rete elettrica, è comunemente chiamato filtro di linea EMI.
Nell’elettronica di potenza, i filtri EMI sono generalmente utilizzati per sopprimere e filtrare i disturbi elettromagnetici indesiderati ad alta frequenza, comunemente generati dalle operazioni di commutazione dei circuiti elettronici di potenza.
L’origine delle Interferenze Elettromagnetiche
I disturbi elettromagnetici si manifestano come dei segnali indesiderati che possono alterare, degradare o interrompere il funzionamento di apparecchiature elettroniche. Questi possono originare da diverse fonti, che possono essere sia interne che esterne a un dispositivo.
Ad esempio, tra le fonti interne possiamo avere dei componenti come motori, interruttori controllati ed altre parti elettroniche. Invece, alcune cause esterne possono includere apparecchiature industriali, sistemi di telecomunicazione e persino fenomeni atmosferici.
La maggior parte delle apparecchiature elettroniche produce interferenze elettromagnetiche a causa della rapida commutazione delle tensioni e delle correnti. Tali effetti possono essere più evidenti quando viene introdotta la messa a terra nel sistema.
Entrando più nello specifico, possiamo classificare i disturbi elettromagnetici in due categorie:
- Disturbi radiati
- Disturbi condotti
In breve, possiamo definire i disturbi radiati come onde elettromagnetiche che si propagano attraverso l’aria o il vuoto, simili a come la luce viaggia dal sole alla terra. I disturbi condotti invece si muovono lungo i cavi e le linee elettriche. I filtri EMI sono utili per mitigare questa seconda tipologia di disturbi.
Come Funziona un Filtro EMI
Il principio di funzionamento dei filtri EMI dipende dal tipo specifico di filtro che si decide di utilizzare, che può essere più o meno adatto a determinati campi di applicazione. Ma di base, possiamo indentificare tre fasi nel funzionamento di un filtro per disturbi elettromagneti:
- La fonte di un segnale viene collegata all’ingresso al filtro EMI
- Il segnale passa attraverso il circuito del filtro, che lo ripulisce dai disturbi indesiderati
- Il segnale condizionato arriva all’uscita del filtro EMI
I filtri EMI, oltre a bloccare l’immissione in rete di rumore ad alta frequenza, aiutano anche ad evitare le conseguenze dei buchi di tensione sulle apparecchiature.
Le Diverse Tipologie di Filtro EMI
Esistono un’infinità di modelli di filtri EMI, ognuno con dimensioni, design e configurazioni diversi. Il fattore comune? Tutti quanti servono a proteggere determinate apparecchiature e dispositivi elettronici dai disturbi di alimentazione in diverse tipologie di dispositivi.
Per cominciare, possiamo distinguere due categorie principali di filtri EMI:
- Filtri EMI attivi
- Filtri EMI passivi
I filtri EMI passivi riducono le emissioni di un circuito di potenza grazie ad una combinazione di componenti passivi e reattivi, come condensatori e induttori, configurati per attenuare specifiche frequenze di disturbo. Quindi, sopprimono le correnti armoniche e riducono la distorsione di tensione negli elementi sensibili dei dispositivi elettronici.
In questo contesto, i condensatori offrono un percorso a bassa impedenza alle frequenze di disturbo, reindirizzandole verso la terra o tra le linee di alimentazione, prevenendo che si propaghino lungo la linea di alimentazione o verso altri dispositivi.
D’altro canto, i filtri EMI attivi (AEF) sono un’alternativa perfetta ai filtri passivi, molto costosi e ingombranti. Nei filtri EMI attivi sono presenti un generatore di corrente e dei circuiti attivi. In modo attivo, viene rilevato il rumore sul segnale di ingresso ed immesso un segnale di cancellazione adeguato (icancel) che riduce le EMI.
Il vantaggio principale di questo tipo di filtro è sicuramente la sua versatilità, che aiuta i progettisti elettronici a ridurre le dimensioni, i costi ed ottimizzare le prestazioni.
Filtro EMI monofase e trifase
Un’altra distinzione che possiamo fare per i filtri EMI è quella tra monofase e trifase. I filtri monofase sono comunemente usati in apparecchiature domestiche e ufficio, mentre quelli trifase trovano impiego in contesti industriali con carichi elevati.
Un filtro EMI monofase limita l’ampiezza delle tensioni di disturbo sulle linee di alimentazione AC e ne impedisce la diffusione. I filtri EMI trifase sono invece progettati per bloccare maggiori livelli di interferenze elettromagnetiche condotte. Con una gamma di frequenze di 47 Hz fino a 400 Hz, sono comunemente utilizzati con convertitori di frequenza e azionamenti di macchine e motori elettrici. I tipi di filtri EMI trifase più comuni sono Wye e Delta.
I filtri EMI in ceramica hanno il vantaggio di fornire un percorso a bassa impedenza al rumore indesiderato ad alta frequenza, consentendo al contempo il passaggio dei segnali di potenza desiderati con un’impedenza minima. Il filtro EMI agisce come un filtro passa-basso, attenuando il rumore ad alta frequenza e impedendone la propagazione.
Filtro EMI vs EMC
Sebbene spesso usati in modo interscambiabile, i termini EMI e EMC (Electromagnetic Compatibility) descrivono concetti distinti. Mentre i filtri EMI sono focalizzati sulla soppressione delle interferenze, la EMC abbraccia un’ampia gamma di pratiche e tecnologie volte a garantire che un dispositivo funzioni come previsto nell’ambiente previsto senza causare o subire interferenze.
I filtri EMI rappresentano una componente chiave delle strategie EMC per raggiungere la conformità normativa e la compatibilità elettromagnetica.
Conclusione
I filtri EMI giocano un ruolo cruciale nella protezione dei sistemi elettronici dalle interferenze elettromagnetiche, assicurando il corretto funzionamento e la sicurezza delle apparecchiature. Attraverso la comprensione delle origini dell’EMI e la selezione accurata dei filtri, è possibile ottimizzare la performance dei dispositivi e garantire la conformità alle normative internazionali, sostenendo l’efficienza e la competitività nell’era industriale 4.0.
I filtri EMI, non solo migliorano la qualità dell’alimentazione eliminando o riducendo le interferenze elettromagnetiche ma contribuiscono anche a prolungare la vita utile dei componenti elettronici sensibili e a garantire il funzionamento affidabile dei sistemi industriali complessi.
