Signalfilter 3-150kHz för inkoppling mot elnätet
Det svenska elnätet är konstruerat för att transportera elenergi med frekvensen på 50 Hz mellan en generator och en last. När olika typer av modern elektronik ansluts till elnätet så bidrar dessa till högfrekventa signaler som adderas till 50 Hz komponenten som brus. Detta brus är ett problem för elnätsbolagen som tar emot elkvalitérelaterade klagomål. Ett ytterligare problem är den låga impedans som skapas på elnätet när laster med låg impedans kopplas in. Detta gör det svårt att kommunicera över elnätet på ett effektivt sätt. En del av bruset återfinns i frekvensområdet mellan 3 och 150 kHz. För att simulera dessa högfrekventa signaler på ett någorlunda kontrollerat sätt i ett labbnät krävs ett filter. Filtret är nödvändigt för att inte förstöra signalgeneratorn som skickar ut dessa frekvenser mot elnätet. Arbetet som ligger till grund för rapporten går ut på att konstruera ett effektivt filter och ta reda på några av dess egenskaper. Fyra olika filter konstruerades, både som simuleringar i PSpice och i praktiken. De egenskaper som därefter mättes upp var filtrens respons både fristående och och med inkoppling mot elnätet. Samtidigt kunde även elnätets impedans vid olika frekvenser uppskattas med hjälp av ström samt spänningsmätning. Den sista mätningen blev en impedansmätning av själva filtret. Det vill säga filtrets impedans sett från elnätet. Det visade sig att tre av filtren hade mycket liknande egenskaper. Det första och det sista är de filter som lagts mest fokus på. Resultatet av de olika mätningarna visar en ganska god överrensstämmelse mellan simulerade och uppmätta värden på filtrens respons när filtret inte var inkopplat mor elnätet. Med filtret inkopplat till elnätet blev resultatet mer komplext. Det beror på de laster som redan finns på elnätet och som påverkar impedansen olika mycket vid olika frekvenser. Nätet som användes vid mätningarna är ett labbnät vid LTU/EMC on site. Vid ett visst frekvensspann gjorde resonans i nätet att responsen blev mycket högre än simulerat. Dessa frekvenser ligger ungefär i mitten av det uppmätta området med en topp vid 60 kHz. Det som bör noteras är att det kan vara olika komponenter i olika anslutningspunkter i nätet som triggar resonans och därför gäller mätningarna bara ett visst nät vid en viss tidpunkt. Impedansen i nätet låg i området 4 ? till 140 ?. Impedansen i filtret uppskattades upp genom att skicka en signal bakvägen genom filtret och med hjälp av ett 50 ? motstånd simulera en inkopplad spänningskälla. Resultatet visar på en impedans som är hög vid låga frekvenser och sjunker snabbt med ökad frekvens. Vid höga frekvenser är impedansen ungefär lika med spänningskällans impedans (50 ?) parallellt med transformatorns höga impedans.