О помехах и не только…X- и Y-конденсаторы
Проблема электромагнитной совместимости и электромагнитных помех становится с каждым годом актуальнее. Связано это в первую очередь с увеличением числа потребителей и изменением схемотехники источников питания. Причем происходит как количественный рост (увеличение уровня помехи), так и качественный (меняется ее спектр). Помехи, как физическое явление присутствовали в электрических сетях всегда. Если раньше основным источником были коллекторные электродвигатели, с неизбежным искрообразованием на щетках, то сегодня – это импульсные источники питания с характерными для них ключевыми каскадами.
Как известно, помехи возникающие при работе устройства бывают двух видов: дифференциальные – когда ток помехи протекает в питающих проводах в разных направлениях и синфазные, когда ток помехи протекает в одну сторону, то есть дифференциальная помеха – это помеха между двумя проводами питания, а синфазная – между проводами питания и землей. Чтобы снизить влияние на электрическую сеть, между источником и потребителем устанавливается фильтр, типовая схема которого показана на рисунке слева.
Дифференциальные помехи в этой схеме подавляются дросселями Ld и конденсатором Сх, а синфазные помехи – дросселем Lc и конденсаторами Cy.
Остановимся подробнее на особенностях этих конденсаторов и попытаемся разобраться в том, зачем они нужны и чем отличаются от «просто конденсаторов».
Начнем с дифференциальной помехи.
Для её подавления используются конденсаторы класса X. Само название X происходит от английского “across-the-line”, буква X похожа на крест (“cross”). На рисунке это конденсатор – Cх.
К конденсаторам данного класса предъявляются повышенные требования – они должны выдерживать максимально допустимые в сети электропитания всплески, не загораться при выходе из строя и не поддерживать горение.
Сейчас используются два основных подкласса X-конденсаторов – X1 и X2:
Основные свойства конденсаторов типа Х
| Подкласс | Пиковое тестовое напряжение (Up), кВ | Область применения |
| Х1 | 2. 5 < Up ≤ 4.0 | Трехфазные сети |
| Х2 | Up ≤ 2.5 | Общее применение |
- X1 – используются в промышленных устройствах, подключаемых к трехфазной сети. Эти конденсаторы гарантированно выдерживают всплеск напряжения не менее 4кВ.
- X2 – самый распространенный подкласс конденсаторов. Используется в бытовых приборах с номинальным напряжением сети до 250В, выдерживают всплеск до 2.5кВ.
Величина ёмкости X-конденсаторов варьируется от 0.1мкФ до 1мкФ. Для каждого конкретного случая она рассчитывается в зависимости от потребляемой мощности нагрузки и уровня помех в линии. Как правило, противофазная составляющая комплексной помехи — это напряжение помехи между фазой и нейтралью.
Для подавления синфазной помехи применяется конденсатор класса Y — CY. Схема их включения напоменает букву Y. Отсюда и название класса таких конденсаторов.
В качестве примера появления синфазной помехи рассмотрим структурную схему AC/DC преобразователя.
Все гальванически развязанные AC/DC преобразователи напряжения имеют в своём составе трансформатор. Ему присущ такой существенный недостаток, как паразитная межобмоточная ёмкость (Спар). Так как силовой ключ преобразователя напряжения гальванически связан с входным напряжением, а частота преобразования составляет порядка нескольких десятков килогерц, то величина сопротивления паразитной ёмкости трансформатора на этой частоте мала и будет являться причиной появления синфазной помехи на выходе, на обоих проводах сразу. В некоторых случаях напряжение помехи может достичь опасных для человека величин. Ток синфазной помехи обязательно отводится в провод заземления.
Для подавления синфазной помехи применяются конденсаторы – СY — конденсаторы класса Y. Ток синфазной помехи, который просочился через паразитную ёмкость трансформатора на выход устройства, стекает по более короткому пути в нейтраль через помехоподавляющие конденсаторы и исключает воздействие на выходные цепи.
Обратим внимание на то, что в данном случае конденсаторы CY связывают один из проводов питающей сети с выходом преобразователя.
Это накладывает дополнительные требования к конденсаторам по его надёжности. Конденсаторы класса Y предназначены для работы в тех местах, где выход их из строя угрожает безопасности людей.
Конденсаторы класса Y – типа делятся на 2 основных подкласса:
Основные свойства конденсаторов типа Y
| Подкласс | Пиковое тестовое напряжение (UP), кВ | Номинальное переменное напряжение (UR), В |
| Y1 | UP ≤ 8.0 | UR ≥ 250 |
| Y2 | UP ≤ 5.0 | 150 ≤ UR ≤ 250 |
- Y1 – Работают при номинальном сетевом напряжении более 250В и выдерживают импульсное напряжение до 8кВ
- Y2 – Самый популярный тип, может быть использован при сетевом напряжении до 250В и выдерживает импульсы до 5кВ.
Подведем итог:
- Конденсаторы класса Y можно использовать вместо конденсаторов класса X, но нельзя использовать конденсаторы класса X вместо конденсаторов класса Y.
- Конденсаторы класса Y имеют обычно намного меньшую ёмкость, чем конденсаторы класса X.
- Если для конденсаторов класса X типа чем больше ёмкости, тем лучше, то ёмкость конденсаторов класса Y нужно выбирать как можно меньшей. Типовое значение обычно не превышает 2.2нФ.
- Если на конденсаторе присутствует обозначение X и Y, то возможно его применение для подавления противофазных и синфазных помех.
На сегодняшний день в группе компаний «Промэлектроника» конденсаторы классов X и Y широко представлены продукцией таких ведущих фирм, как Epcos и Vishay, Murata.
| Примеры расшифровки партнамберов Epcos | Примеры расшифровки партнамберов Vishay | Примеры расшифровки партнамберов Murata |
|---|---|---|
Y-конденсаторы для импульсных блоков питания
Недавно я делал обзор очередной вариации «народного БП» на 24В 5А, и там как обычно оказалось, что конденсатор между первичкой и вторичкой стоит обычный, не Y.
Камрад dens17 подкинул мне ссылку на правильные конденсаторы в правильном магазине.
Я тут хотел пораспинаться и поделать умный вид на тему что такое Y-конденсаторы и для чего они нужны. А потом подумал, и пришел к выводу что всё уже рассказано до меня, а копипастить нет смысла, лучше привести пару ссылок. Если коротко — то в импульсных блоках питания имеет значение паразитная межобмоточная емкость трансформатора. Из-за неё на выход БП пролазят помехи. Для борьбы с этим ставятся конденсаторы, соединяющие первичную и вторичную обмотки блока питания. При этом на выход пролазит заодно и первичное напряжение, из-за чего при прикосновении к контакту казалось бы низковольтного БП может ощутимо «щипать». Так вот для того чтобы никого не убило при пробое такого конденсатора, если он вдруг уйдет не в обрыв а в короткое замыкание — и применяют безопасные Y-конденсаторы. Бывают они двух видов Y2 (рабочее напряжение до 250В и выдерживает импульсы до 5кВ) и Y1 (более 250В и до 8кВ).
А теперь перейдем к героям обзора.
Маркировка
Как видим, заявлено X1/Y1 и 440/250-400В, ну и емкость 2.2нФ. К сожалению, о принадлежности конденсаторов к классам X1 и Y1 я могу поверить только на слово, ибо у меня нет оборудования для проверки, а могу проверить только размеры и емкость, ну и положиться на продавца, точнее поставщика MglclgM, который, повторюсь, неоднократно подтвердил свою благонадежность и качество товара.
Расстояние между ногами 10мм, общая высота порядка 11мм, диаметр 8мм, толщина 5мм. Емкость:
Ну и перепаяем БП.
Было:
Стало:
Я просверлил отверстие 0.8мм, чутка не попал с расстоянием, правда, да и фиг с ним. Можно и просто ноги согнуть акуратно — ничего ему не будет.
Параноики могут срезать немного фольги с платы для увеличения зазора и покрыть сверху паяльной маской, а лучше каким-нить высоковольтным лаком.
Собственно, никакого влияния на работу БП в штатных условиях данный конденсатор не оказывает. Замена — чисто увеличение потенциальной безопасности и стремление хоть чутка «приблизиться к феншую». То есть, сейчас я буду знать что я поставил вместо обычного — Y-конденсатор, который хоть и не проверен на 100%, но имеет маркировку и куплен у правильного продавца, то есть всяко лучше чем было 😉
Можно также купить аналогичные конденсаторы в оффлайне при наличии условного чипа-дипа в условной шаговой доступности, либо выпаять из комповых БП забесплатно, я в курсе, спасибо 😉
Назад к основам: что такое Y-конденсаторы?
Артикул
Электронное оборудование, подключенное к сети переменного тока, может создавать синфазные электрические помехи. Если позволить этому течь обратно в линию электроснабжения, это может нарушить работу другого оборудования, также подключенного к той же линии.
Какое решение?
Производители встраивают в свои системы конденсаторную фильтрацию линий электропередач, чтобы отделить любой такой синфазный шум, создаваемый источником питания оборудования, и предотвратить его попадание на другое оборудование через линию электроснабжения. Надежность этих конденсаторов имеет решающее значение для безопасности пользователей оборудования.
Когда надежность конденсатора становится критической для безопасности?
Конденсаторы сетевого фильтра классифицируются как X-конденсаторы или Y-конденсаторы. X-конденсаторы подключаются между линией и нейтралью для защиты от дифференциальных помех. Их выход из строя не создает условий для опасного поражения электрическим током, хотя и может создать опасность возникновения пожара. Однако Y-конденсаторы предназначены для фильтрации синфазных помех и подключаются между линией и шасси; в случае короткого замыкания они создают риск поражения пользователя электрическим током.
Как Y-конденсаторы спроектированы и используются для обеспечения безопасности?
Y-образные конденсаторы разработаны в соответствии с повышенными стандартами электрической и механической надежности.
Значения емкости также ограничены, чтобы уменьшить ток, проходящий через конденсатор при подаче переменного напряжения, и уменьшить накопленную энергию до безопасного предела при подаче постоянного напряжения. Конденсаторы должны быть протестированы в соответствии с применимыми стандартами, чтобы квалифицировать их для использования в качестве Y-конденсаторов.
Какие европейские стандарты применимы?
Стандарт EN 132400 был выпущен 26 июня 1995 г. и заменил все европейские национальные стандарты, действовавшие на тот момент. Он был идентичен международному стандарту IEC 60384-14, 2-е издание 1993 года. С тех пор, чтобы сделать стандарты CENELEC и IEC идентичными как по названию, так и по спецификации, европейский стандарт EN 132400 был заменен стандартом EN 60384-14, который идентичен Международный стандарт МЭК 60384-14. Любой европейский национальный орган может выдавать разрешения, действительность которых признается органами всех других стран-членов CENELEC без необходимости повторных испытаний.
Как насчет применимых стандартов в других регионах?
США: UL 1414 для сетевых приложений и UL 1283 для фильтров электромагнитных помех Канада: CAN/CSA C22.2N°1 и CAN/CSA 384-14 Китай: GB/T14472
Существуют ли какие-либо подклассы для X — и Y-конденсаторы?
EN 60384-14 определяет подклассы для обоих типов. Конденсаторы X1 используются для высокоимпульсных приложений, а конденсаторы типов X2 и X3 используются для приложений общего назначения с различными пиковыми импульсными рабочими напряжениями и пиковыми значениями импульсных напряжений. Y-конденсаторы, которые используются для шунтирования рабочей изоляции, классифицируются как Y1, Y2, Y3 или Y4 в зависимости от типа шунтированной изоляции, а также номинальных значений переменного и пикового напряжения. Конденсаторы класса Y1 рассчитаны на напряжение до 500 В AC с пиковым испытательным напряжением 8 кВ. Конденсаторы Y2 имеют номиналы от 150 до 300 В переменного тока и пиковое испытательное напряжение 5 кВ.
Конденсаторы Y3 рассчитаны на 250 В переменного тока без указания пикового испытательного напряжения. Конденсаторы Y4 рассчитаны на 150 В переменного тока с пиковым испытательным напряжением 2,5 кВ.
Какие важные испытания относятся к IEC/EN 60384-14?
К ним относятся испытания импульсным напряжением, выносливость и активная воспламеняемость. Применение и параметры этих испытаний зависят от классификации конденсаторов и подклассов.
Какие типы конденсаторов используются в сетевых фильтрах?
Два распространенных типа: металлизированная бумага/пленка и керамика. Для Y-образных конденсаторов керамические типы менее дороги, чем металлизированные пленочные, но нестабильны во времени и температуре и менее механически стабильны. Режим отказа керамики также имеет тенденцию к короткому замыканию, тогда как металлизированная бумага и пленка имеют тенденцию к обрыву цепи.
Как Y-конденсаторы используются с продуктами Vicor?
Продукция Vicor, в том числе FARM, ARM и AC Front End, имеет фильтры с Y-образными конденсаторами.
См. руководство по проектированию FARM и руководство по применению для примера интегрального входного фильтра, состоящего из синфазного дросселя, Y-конденсаторов и X-конденсаторов.
Y Конденсатор — полное руководство Semipedia
16/12/2021, hardwarebee
Когда электронное оборудование подключено к сети переменного тока, могут генерироваться синфазные электрические помехи. Если это разрешено вернуться к линии электропитания, это может вызвать проблемы для другого оборудования, подключенного к той же линии. Конденсаторы Y используются для фильтрации синфазных помех.
Производители включают в свои системы конденсаторную фильтрацию линий электропередач, чтобы изолировать любой синфазный шум, генерируемый источником питания устройства, от попадания в другое оборудование через линию электропередач. Безопасность пользователей оборудования зависит от надежности конденсаторов.
X-конденсаторы и Y-конденсаторы представляют собой два типа конденсаторов сетевого фильтра.
Для защиты от дифференциальных помех между линией и нейтралью подключаются X-конденсаторы. Их выход из строя не приводит к смертельному поражению электрическим током, но представляет опасность возгорания. Y-конденсаторы , с другой стороны, предназначены для фильтрации синфазных помех и связаны между линией и шасси; в случае их короткого замыкания пользователь рискует получить удар током.
Рисунок 1: Размещение предохранительных конденсаторов класса X (CX) и класса Y (CY).
Типы конденсаторов, используемые в линейных фильтрах
Металлизированная бумага/пленка, а керамика — два распространенных типа конденсаторов. Керамические версии Y-конденсаторов менее дороги, чем металлизированные пленочные, однако они менее механически стабильны и нестабильны во времени и температуре. Керамические режимы отказа также с большей вероятностью будут короткозамкнутыми, тогда как режимы отказа металлизированной бумаги и пленки с большей вероятностью будут разомкнутыми.
Рис. 2. Общие типы конденсаторов на основе их пикового напряжения/номинального напряжения, а также пиковое импульсное напряжение, которое они могут безопасно выдержать. Y-конденсаторы имеют подклассы, определенные IEC 60384-14. Y-конденсаторы классифицируются как Y1, Y2, Y3 или Y4 в зависимости от типа шунтирующей изоляции и номинальных значений переменного и пикового напряжения. Конденсаторы класса Y1 рассчитаны на напряжение до 500 В переменного тока и имеют пиковое испытательное напряжение 8 кВ. Конденсаторы Y2 имеют номинальное напряжение от 150 до 300 В переменного тока и пиковое испытательное напряжение 5 кВ. Пиковое испытательное напряжение для конденсаторов Y3 не определено, однако оно составляет 250 В переменного тока. Конденсаторы Y4 имеют номинал 150 В переменного тока и пиковое испытательное напряжение 2,5 кВ. В таблице 1 приведены подклассы конденсаторов класса Y.
Таблица 1. Рейтинги подклассов класса Y*
* Согласно компании Kemet применяются следующие международные стандарты:
- UL 1414: UL 1414 — американский стандарт для перекрестных линий.
- UL 1283: Стандарт для фильтров электромагнитных помех в США.
- CAN/CSA C22.2 № 1: приложения по всей линейке
- CAN/CSA 384-14: приложения по линии
Европейские стандарты для конденсаторов Y-образной формы
Конденсаторы Y-образной формы изготовлены в соответствии со строгими требованиями к электрической и механической надежности. Когда подается переменное напряжение, значения конденсатора регулируются, чтобы снизить ток, проходящий через конденсатор, а когда подается постоянное напряжение, значения конденсатора ограничиваются, чтобы поддерживать накопленную энергию на безопасном уровне. Для использования в качестве Y-конденсаторов конденсаторы должны быть испытаны в соответствии с подходящими стандартами.
Стандарт EN 132400 был опубликован 26 июня 19 г.95, и он заменил все предыдущие европейские национальные стандарты. Это было то же самое, что и международный стандарт IEC 60384-14 2-е издание 1993 года.
С тех пор европейский стандарт EN 132400 был заменен стандартом EN 60384-14, который аналогичен международному стандарту IEC 60384-14, чтобы сохранить идентичные названия и спецификации стандартов CENELEC и IEC. Любой европейский национальный орган может выдавать разрешения, и действительность таких разрешений признается органами всех других стран-членов CENELEC, что устраняет необходимость повторного проведения испытаний.
Применимыми стандартами в других областях являются: UL 1414 для перекрестных соединений и UL 1283 для фильтров электромагнитных помех в США. CAN/CSA C22.2N°1 и CAN/CSA 384-14 в Канаде. ГБ/T14472 Китай.
IEC/EN 60384-14 включает критические испытания, такие как импульсное напряжение, долговечность и активная воспламеняемость. Классификация и подкласс конденсаторов определяют применение и условия этих испытаний.
Применение конденсаторов класса Y
Наиболее часто используемые сертифицированные по безопасности конденсаторы относятся к подклассу Y2.
Как правило, это те, которые вы захотите использовать, в зависимости от вашего приложения и требований. Это основано на том факте, что безопасные конденсаторы Y2 используются в повседневных продуктах, которые подключаются к стандартным бытовым настенным розеткам. Чтобы было ясно, вы должны выбирать конденсаторы класса Y в зависимости от цели и потребностей вашей конструкции, с конденсаторами Y2, подходящими для жилых помещений, и безопасными конденсаторами Y1, подходящими для промышленных приложений. Вы, конечно, можете использовать подкласс Y1 в непромышленных приложениях, но вы будете платить больше, а большие размеры могут быть неудобными.
Конденсатор X2 можно безопасно заменить конденсатором Y2, однако конденсатор Y2 не следует заменять конденсатором X2. Это связано с тем, что хотя конденсатор типа X2 будет функционировать и адекватно фильтровать помехи, он не будет соответствовать критериям безопасности между линией и землей. Защитные конденсаторы серии Y2 более долговечны, могут выдерживать более высокие пиковые импульсные напряжения и рассчитаны на размыкание при отказе, а не на короткое замыкание.
