Um filtro trifásico integrado pode atenuar o problema, embora as limitações de espaço possam ainda obrigar os projetistas a fabricar um filtro personalizado para atingir o tamanho, a potência e a resposta de frequência necessários. A combinação de um design trifásico integrado com a tecnologia de núcleo nanocristalino, que permite poupar espaço nos componentes indutivos, oferece uma maior liberdade para a obtenção de uma solução padronizada.

Fontes e regulamentos de EMI:
Os equipamentos elétricos e eletrónicos estão cada vez mais presentes em todos os aspetos da nossa vida pessoal e profissional, permitindo às pessoas trabalhar, prestar e consumir serviços, gerir infraestruturas essenciais, monitorizar e proteger o ambiente, garantir a nossa segurança e possibilitar a nossa vida social. À medida que o mundo se torna cada vez mais povoado por estes dispositivos, e dada a natureza crítica de muitas das suas funções, garantir a coexistência é essencial. Cada dispositivo pode ser uma fonte de EMI que, se não for tratada, pode causar avarias noutros equipamentos próximos. Minimizar a EMI emitida e garantir a imunidade à EMI externa são aspetos essenciais da engenharia destes dispositivos para a compatibilidade eletromagnética (EMC).
As regulamentações visam garantir que todos os produtos comercializados localmente são capazes de coexistir com outros. A Diretiva EMC da União Europeia (2014/30/UE) refere-se às especificações e normas de ensaio estabelecidas por vários organismos técnicos, como a Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC), o CISPR (Comité Internacional Especial sobre Interferência Rádio) e a Organização Internacional de Normalização (ISO).
Qualquer equipamento elétrico pode gerar vários tipos de EMI. Por exemplo, as emissões de comutação de alta frequência de um conversor de energia ou de energia de sinal de um equipamento que se acopla a outro de forma indesejada são percebidas como EMI (Interferência Eletromagnética).
A EMI pode ser conduzida ao longo de linhas de transmissão ou irradiada pelo ar entre subsistemas ou diferentes equipamentos. Quando os dispositivos eletrónicos são ligados através de uma fonte de alimentação CA desligada, a EMI gerada por cada unidade pode atingir outros equipamentos alimentados pela linha de alimentação.
As emissões conduzidas dividem-se em duas categorias, dependendo do percurso que percorrem. O ruído de modo normal (diferencial) refere-se às emissões assíncronas que ocorrem entre as linhas de energia e de sinal. Neste caso, o sentido da corrente emitida é oposto em cada linha. Por outro lado, o ruído de modo comum ocorre entre as linhas de energia ou de sinal e a terra. Neste caso, denominado emissão síncrona, o sentido da corrente é o mesmo para cada linha.

Filtros EMI/RFI:
Os filtros são aplicados para atenuar estas emissões diferenciais e de modo comum indesejadas. O ruído normal (modo diferencial) é atenuado por uma combinação de indutores em linha e condensadores X ligados em paralelo com as linhas de alimentação, como se pode ver na Figura 1a. A Figura 1b mostra como os condensadores Y são necessários entre as linhas de alimentação e a massa para tratar as emissões de modo comum.

Figuras 1a e 1b. Filtragem EMI de modo normal e de modo comum.
A Figura 2 mostra como ambas se combinam para criar um filtro EMI/RFI completo. Qualquer equipamento alimentado pela rede elétrica que contenha dispositivos de comutação, tais como conversores CA/CC, deve conter este tipo de filtro para cumprir os requisitos mínimos de emissão, imunidade e suscetibilidade, como a Diretiva Europeia de Compatibilidade Eletromagnética (2014/30/UE).

Figura 2. Filtro EMI/RFI composto por filtros de modo diferencial e de modo comum.
No caso de um aparelho como um frigorífico concebido para operar com uma fonte de alimentação CA monofásica, o filtro é inserido entre a tomada e a carga, como se pode observar na Figura 3, dado que muitos aparelhos modernos utilizam dispositivos de comutação. Isto contrasta com o passado, quando existia apenas um compressor e uma fonte de luz.

Figura 3. Filtro EMI-RFI numa aplicação monofásica.

Trifásico – Triplica o Desafio.
Os equipamentos industriais de alta potência que requerem mais energia do que uma fonte CA monofásica pode fornecer são normalmente alimentados por uma fonte trifásica. Exemplos incluem grandes robôs industriais, acionamentos de motores e grandes dispositivos médicos, como aparelhos de ressonância magnética. Os equipamentos trifásicos requerem naturalmente três canais de filtragem EMI/RFI: um em cada linha. Os fornecedores de filtros oferecem frequentemente unidades que integram três filtros de linha individuais num único invólucro como filtro trifásico, proporcionando uma solução que poupa espaço.

Critérios de Selecção de Filtros.
No entanto, alcançar a combinação desejada de resposta em frequência e potência nominal num formato adequado às restrições de tamanho vigentes nem sempre é fácil e pode levar o projeto a optar por um filtro personalizado. Isto pode apresentar diversos problemas. Frequentemente, as equipas de produto descobrem que o fornecedor escolhido não pode ajudar num prazo razoável. Se o volume de produção previsto for baixo, alguns fornecedores podem não estar dispostos a discutir um design de filtro personalizado.
Assumindo que é encontrado um fornecedor disposto, o desenvolvimento do filtro personalizado acrescenta inevitavelmente tempo e custo ao projeto. Os engenheiros precisam primeiro de esperar que as amostras sejam produzidas. Posteriormente, se os testes revelarem que o design do filtro necessita de ser alterado, é provável que ocorram novos atrasos antes que os exemplares de produção possam ser entregues. Além disso, as aplicações devem estar em conformidade com diferentes normas de EMC, dependendo do local de instalação. Em aplicações puramente industriais, os requisitos são menos rigorosos, mas em áreas residenciais, os requisitos são mais rigorosos. Em ambientes médicos, como hospitais, a corrente de terra não é permitida ou deve ser limitada, e os filtros Y sem condensador são a única solução.

Economia de espaço:
Os materiais nanocristalinos permitem que os componentes indutivos, ou indutores, dos filtros EMI/RFI sejam muito mais pequenos do que é possível com os núcleos de ferrite convencionais. Aproveitando esta economia de espaço, é possível obter um filtro com uma resposta de frequência adequada, respeitando as restrições de espaço aplicáveis. Além disso, o material do núcleo nanocristalino permite uma atenuação numa gama de frequências mais elevada devido à capacitância do material, uma vez que são necessárias menos espiras de cobre para atingir a mesma indutância. Os enrolamentos introduzem capacitância parasita, o que reduz a atenuação a altas frequências. Especificamente, com a tecnologia de banda larga moderna a operar a velocidades de comutação mais elevadas, estas gamas de frequência mais elevadas requerem mais atenuação do que no passado.
A KEMET utilizou a sua tecnologia nanocristalina para criar uma família de 24 filtros trifásicos compactos e prontos a usar. Estes filtros podem ser especificados com qualquer um dos seis valores de capacitância Y, de 0 pF a 470.000 pF, oferecendo uma seleção de características de atenuação de modo comum adequadas para diversas topologias de equipamentos. A Figura 4 mostra o efeito na atenuação do modo comum de cada um dos seis valores de capacitância diferentes.

Figura4. Resposta em frequência de filtros trifásicos com diferentes valores de capacitância Y.

Além disso, cada configuração está disponível com uma das quatro classificações de corrente, de 30 A a 60 A. A variedade de classificações de corrente e características de atenuação ajuda a garantir que os engenheiros encontram um modelo disponível que satisfaça os requisitos dos seus projetos, evitando os custos adicionais associados a um projeto personalizado. Além de beneficiarem de um acesso mais rápido a amostras e de pedidos de produção em grande quantidade mais fáceis, o contacto técnico com o fornecedor é mínimo, e os engenheiros podem avaliar de forma rápida e fácil uma ou mais alternativas dentro da família de filtros.
Comparada com um filtro EMI-RFI trifásico semelhante, a série GTX ocupa menos de 30% do volume e consegue uma redução semelhante na massa total do filtro (Figura 5).

Figura 5. A tecnologia de núcleo nanocristalino reduz o tamanho e o peso do filtro trifásico para menos de 30%.

Conclusão:
Os equipamentos elétricos alimentados por corrente alternada (CA) devem possuir um filtro de linha para cada fase de alimentação, de forma a cumprir as normas obrigatórias de compatibilidade eletromagnética (CEM). Em casos de espaço limitado, os engenheiros podem ter de recorrer a um especialista para conceber um filtro personalizado que ofereça a atenuação desejada num filtro de tamanho adequado. Os núcleos indutores nanocristalinos permitem uma elevada atenuação de modo comum numa vasta gama de frequências, numa unidade pequena e leve, possibilitando que os filtros disponíveis comercialmente satisfaçam as exigentes necessidades de automação industrial, energias renováveis ​​e aplicações de scanners médicos que requerem elevada atenuação com elevada capacidade de corrente.

Por Patrik Kalbermatten, Gestor Sénior de Promoção da Distribuição, Gestão de Produtos MSABG - Magnetismo, Sensores e Atuadores da KEMET, parte do Grupo YAGEO