Как работают схемы сетевого фильтра: обзор

Схема

Зачем нужен сетевой фильтр: краткое пояснение

Само название этой электронной схемы объясняет ее назначение. Слово «фильтр» указывает на устранение вредных помех, а «сеть» — определяет их источник.

Другими словами, весь электрический мусор, поступающий от блока питания, отфильтровывается на входе в наш прибор и никак не влияет на качество работы бытового прибора. Сигнал основной сети 220 вольт с частотой 50 герц свободно проходит через фильтр.

Электромагнитные помехи в сети появляются самопроизвольно, предсказать их возникновение невозможно. Даже просто включение лампы накаливания генерирует начальный пусковой ток, который создает переходную зону.

Подключение электродвигателей к холодильнику, стиральной или посудомоечной машине связано с изменением индуктивного сопротивления. Ток такого включения может превышать номинальную нагрузку в десять и более раз.

При этом в сети создается значительный «провал» напряжения. А дальше следует его волна, формирующая высоковольтную помеху.

Эти процессы кратковременны. Во времена использования аналоговой бытовой техники они не причиняли особого вреда, а в аудио- и видеоаппаратуру встраивались простые фильтры, которые отлично выполняли свои функции.

Все эти резкие провалы и всплески напряжения они надежно сглаживали своей конструкцией, не допуская их попадания на чувствительные электронные схемы.

Важно понимать, что фильтр работает исключительно с кратковременными провалами и пиками входного сигнала. Если такой процесс занимает немного больше времени, то здесь нужно другое устройство — стабилизатор напряжения.

Какой ущерб причиняют электромагнитные помехи

  1. Напряжение коротких импульсов накладывается на сигнал основного тока сети 220. При этом в точке амплитуды может возникнуть перенапряжение, способное прожечь рабочий слой изоляции или вывести из строя электронную часть.
  2. Посторонние сигналы, проникающие в слаботочные цепи, искажают работу аудиозаписывающих или воспроизводящих устройств, видеоаппаратуры, телевизионных приемников, дорогостоящей цифровой техники.
  3. Специальное оборудование позволяет получить доступ к конфиденциальной информации через электромагнитные помехи, передаваемые по нулевому проводу, проложенному за пределами квартиры.

Чтобы надежно справляться с помехами, вам необходимо знать особенности вашей домашней сети.

Устройство

Если говорить об устройстве чего-то вроде сетевого фильтра, то следует сказать, что он может относиться к одной из 2-х категорий:

  • стационарный многоканальный;
  • встроенный.

В целом схема обычного сетевого фильтра, рассчитанного на напряжение 220 В, будет стандартной и в зависимости от типа устройства может незначительно отличаться.

Если говорить о встраиваемых моделях, то их функция заключается в том, что контактные платы таких фильтров будут частью внутренней конструкции электронного оборудования.

Такие лотки есть и у другого оборудования, которые относятся к категории сложных. Такие доски обычно состоят из следующих компонентов:

  • дополнительный тип конденсаторов;
  • индукционные катушки;
  • дроссель тороидального типа;
  • варистор;
  • тепловой предохранитель;
  • Конденсатор УКВ.

Варистор – это резистор с переменным сопротивлением. При превышении нормативного порога напряжения в 280 вольт сопротивление снижается. Более того, его можно уменьшить более чем в десяток раз.

Варистор по сути является защитой от перенапряжения. А настольные модели обычно отличаются тем, что у них больше розеток. Благодаря этому появляется возможность подключения нескольких моделей электрооборудования к электрической сети через сетевой фильтр.

Кроме того, все сетевые фильтры оснащены LC-фильтрами. Такие решения используются для аудиоаппаратуры. То есть такой фильтр является фильтром подавления помех, что будет крайне важно для звука и работы с ним.

Кроме того, сетевые фильтры иногда оснащаются термопредохранителями, предотвращающими возникновение поражения электрическим током. Иногда в некоторых моделях используются одноразовые предохранители.

Как сделать?

Чтобы максимально упростить защиту от перенапряжений, необходимо иметь самый обычный держатель на несколько розеток со шнуром питания. Продукт очень прост в изготовлении. Для этого необходимо вскрыть корпус удлинителя и затем впаять резистор на необходимый номинал в зависимости от модели удлинителя и дросселя.

После этого обе ветви необходимо соединить с помощью конденсатора и резистора. А между розетками должен быть установлен специальный конденсатор — сетевой. Кстати, этот пункт необязателен.

Он устанавливается в корпус устройства только тогда, когда для этого достаточно места.

Также можно изготовить модель сетевого фильтра с дросселем из пары обмоток. Такое устройство будет использоваться для оборудования, обладающего высокой чувствительностью. Например, для аудиоаппаратуры, которая достаточно сильно реагирует даже на малейшее нарушение в электрической сети.

В результате динамики выдают звук с искажениями, а также посторонние фоновые шумы. Сетевой фильтр такого типа позволяет решить эту проблему. Устройство лучше было бы смонтировать в удобном корпусе на печатной плате. Это выглядит так:

  • для намотки дросселя следует использовать ферритовое кольцо марки НМ, проницаемость которого находится в пределах 400-3000;
  • теперь жилу следует изолировать тканью, а затем покрыть лаком;
  • для намотки следует использовать кабель ПЭВ, диаметр которого будет зависеть от воздействия нагрузки, для начала подойдет вариант кабеля в пределах 0,25 – 0,35 миллиметров;
  • намотка должна производиться одновременно 2-мя кабелями в разные стороны, каждая катушка будет состоять из 12 витков;
  • при изготовлении такого фильтра следует использовать конденсаторы, рабочее напряжение которых где-то около 400 вольт.

Здесь следует добавить, что обмотки горловины соединены последовательно, что приводит к взаимному поглощению магнитных полей.

Когда ВЧ-ток проходит через дроссель, сопротивление увеличивается, а благодаря конденсаторам нежелательные импульсы поглощаются и замыкаются накоротко. Теперь осталось установить печатную плату в корпус из металла.

Если вы решили использовать корпус из пластика, в него нужно вставить металлические пластины, что позволит избежать лишних помех.

Также можно изготовить специальный сетевой фильтр для питания радиоаппаратуры. Такие модели необходимы для оборудования, имеющего переменные источники питания, которые крайне чувствительны к возникновению разного рода явлений в электросети.

Например, такое оборудование может выйти из строя при попадании молнии в электросеть 0,4 кВ. В этом случае схема будет практически стандартной, только уровень подавления сетевых помех будет выше. Линии электропередач здесь должны быть выполнены из медного провода с изоляцией из ПВХ сечением 1 квадратный миллиметр.

В этом случае можно использовать обычные резисторы МЛТ. Здесь также необходимо использовать специальные конденсаторы.

Один должен быть рассчитан на постоянное напряжение 3 киловольта и иметь емкость примерно 0,01 мкФ, а другой такой же емкости, но рассчитан на 250 В переменного тока. Здесь же будет 2-х обмоточный дроссель, который будет выполнен на ферритовом сердечнике с проницаемостью 600 и диаметром 8 миллиметров и длиной около 7 сантиметров.

Каждая обмотка должна иметь по 12 витков, а остальные дроссели выполнить на бронежилах, в каждом из которых будет по 30 витков кабеля. В качестве разрядника можно использовать варистор на напряжение 910 В.

2 варианта подключения бытовой проводки, влияющие на работу сетевого фильтра

В наших квартирах предусмотрено 2 вида заземления электрической цепи:

  1. двухпроводные, выполненные по системе TN-C с фазной и рабочей нулевой жилами;
  2. деревянная жила (ТН-С, ТН-КС. ТТ), дополненная РЕ-проводником или по-простому с землей.

Под них разрабатывается индивидуальная схема подавления посторонних импульсов, что обеспечивает качество работы фильтра.

В двухпроводной цепи опасность создает дифференциальный сигнал напряжения помех, который проходит только по фазному и нулевому проводам. Другого пути для замкнутой цепи для прохождения постороннего высокочастотного тока просто нет.

Для трехпроводной схемы добавляется дополнительное синфазное шумовое напряжение. Он проходит через заземляющий провод и фазную или нейтральную цепь.

По этим причинам конструкции фильтров для двух- и трехпроводных источников питания различаются. Они должны использоваться по назначению и не рекомендуется их путать или произвольно соединять между собой.

Устройство, которое фильтрует только напряжение дифференциальных помех, не будет работать с синфазными компонентами.

Фильтрация посторонних ВЧ-токов, поступающих от двухпроводной сети устройств с защитой от синфазных сигналов, лучше, но требует настройки.

При подключении удлинителя типа Pilot с заземляющим контактом к двухпроводной сети он объединяет все периферийные устройства (системный блок, монитор, принтер…). В результате происходит постоянное выравнивание потенциалов через мощный грозозащитный провод, снижается их протекание по слаботочным цепям интерфейсного проводника.

Однако здесь не все так просто. Для фильтрации синфазных помех конденсаторы создают искусственную центральную точку, которая подключается по трехпроводной схеме защитного заземления одним проводником к контуру заземления.

По этой цепочке снимается созданный потенциал порядка ста вольт, который образуется на крышках подключенного оборудования. Двухпроводная схема к основной розетке такого потенциала не имеет.

Человек, случайно оказавшийся между таким телом и землей, испытывает неописуемое ощущение проходящего по телу электричества.

Доступ к системному блоку компьютера, подключенному по схеме «Пилот» к двухпроводной сети, должен быть ограничен. Поэтому его размещают под компьютерным столом в хорошо проветриваемом помещении, а в нерабочем положении полностью отключают, кроме функции «спящего» режима.

Читайте также: Устройство электрического конвектора и принцип его работы

Основные эксплуатационные характеристики фильтров, которые важно знать

Борьба с электромагнитными помехами из сети ведется по-разному. Популярны экранизация и использование электронных компонентов.

Какой корпус эффективнее борется с помехами

Отличительной чертой качественной продукции является закрытый металлический экран, исключающий прохождение и сбор посторонних электромагнитных сигналов. Он подключен к контуру заземления.

В советское время он указывал на устройство внутренних соединений и технические характеристики изделия.

Такой корпус можно сделать общим для всего устройства, как это делается с микроволновой печью или системным блоком компьютера.

Многие современные модули, выпускаемые для фильтрации помех от бытовой сети, имеют обычный пластиковый корпус.

Они лишены возможности защиты от внешних помех и постороннего излучения.

Кроме того, распространенные удлинители маркетологи часто называют сетевыми фильтрами, что не совсем правильно. При этом используется их внешнее сходство.

 

Конструктивные особенности и электрические характеристики, улучшающие условия фильтрации

  • Наличие переключателя

Маркетологи обращают на это внимание, показывая небольшие удобства в использовании. Ставится на обычные удлинители.

Однако на этом его роль заканчивается. Он просто позволяет отключать или подавать питание потребителям, не выдергивая вилку из розетки. Эта функция полезна, когда выходной блок закрыт мебелью и труднодоступен.

  • Допустимый ток нагрузки

Рекомендую обратить пристальное внимание на электрические характеристики, заявленные производителем. Их необходимо соблюдать.

Ток нагрузки, например 10 ампер, указанный на крышке, является максимальным потреблением для всех подключенных устройств. Превышать его нельзя, т к произойдет перегрев внутренней цепи, произойдет повреждение изоляции.

Здесь важно учитывать, что в такой закрытой конструкции толщина многожильного медного провода не превышает 1 мм кв.

Дроссели выполнены с одинаковым сечением и выполняют роль индуктивного сопротивления.

При подключении контактов потребительского фильтра необходимо рассчитать общий ток нагрузки. Довольно часто возникает ситуация, что недопустимо включать пылесос или чайник параллельно с работающим компьютером.

В руки отдельных пользователей могут попасть фильтры, произведенные в странах с напряжением 100 или 110 вольт (например, США, Япония). У них разные связи.

Но замена их на наш стандарт не позволит использовать такие устройства в нашей проводке. Всю внутреннюю схему надо переделывать, а это дороже, чем покупать новый блок.

Наиболее важные электронные компоненты внутренней схемы

  • Варисторная защита

Даже в самых дешевых конструкциях используется один варистор. Стоит на входе между фазой и нулевым потенциалом. При нормальном сетевом напряжении он имеет очень высокое электрическое сопротивление и не мешает работе схемы.

При поступлении из сети остаточного импульса перенапряжения, не полностью гасимого УЗИП, внутреннее сопротивление варистора резко падает.

Из-за этого по закону Ома через него начинает протекать большой ток, который преобразуется в тепловую энергию, а в цепь поступает только допустимый уровень напряжения.

Для трехпроводной разводки используются три варистора. Они включены для устранения шума напряжения в дифференциальном и синфазном режимах.

  • Катушки индуктивности и конденсаторы в высокочастотной цепи

В конструкции фильтра V/h используется зависимость емкостного и индуктивного сопротивления от частоты сигнала.

Нормальные 50 герц легко проходят через индуктивность. Для высокочастотных помех здесь создается большое сопротивление. Поэтому обмотки катушки соединены последовательно с проводниками. Их делают с таким же сечением, как и основную линию.

Конденсаторы подключены параллельно с дифференциальным и синфазным шумом. Емкость обратно пропорциональна частоте сигнала. Он шунтирует высокочастотное напряжение.

  • Особенности ферритового кольца

На концах кабеля, в нескольких сантиметрах от разъема, полезно разместить ферритовый фильтр, как это делается на портативном блоке питания.

Такой пассивный элемент в виде цельного или составного цилиндра своим индуктивным сопротивлением подавляет радиопомехи, проходящие по кабелю.

При этом в зависимости от состава материала и марки ферритового кольца происходит следующее:

  • отражение части высокочастотных помех индуктивностью обратно в сеть;
  • или частичное поглощение ВЧ волны ферритовым материалом (более эффективно);
  • или сочетание обеих функций.

Качество подавления феррита может быть улучшено. Достаточно несколько раз провести трос по кольцу. Однако на практике это не всегда возможно.

Следует отметить, что помехопоглощающие ферриты не применяются на многожильных проводах слаботочных цепей передачи цифровых данных или аудио- и видеосигналов. Они действуют как синфазный трансформатор, пропуская аналогичные сигналы.

2 простые схемы для повторения своими руками в двухпроводной сети

Самым большим преимуществом этих конструкций является то, что они занимают мало места. Все компоненты могут быть встроены в корпус обычной заводской надставки.

Сначала покажу более простую схему, дающую вполне приемлемые результаты.

Автоматический выключатель SC обеспечивает защиту подключенных потребителей от токов перегрузки и короткого замыкания.

Высокоомный резистор 1 МОм практически не влияет на прохождение сигнала. Его роль заключается в разрядке конденсатора С при отключении питания для повышения безопасности работы.

Предыдущую конструкцию можно модифицировать, добавив резисторы с низким сопротивлением и изменив характеристики электронных компонентов.

Номиналы конденсаторов указаны на диаграммах. Их изоляция пластин должна выдерживать рабочее напряжение сети, повышенное импульсом помех. Подберите к ним не менее 300 вольт, а лучше — больше.

Обе схемы ослабляют приходящие высокочастотные помехи индуктивными реактивными сопротивлениями дросселей и емкостными конденсаторами. Устранение импульсов высокого напряжения возложено на варистор.

Промышленные и самодельные фильтры для трехпроводной системы питания

Среди серийно выпускаемой продукции есть достаточно полезные технические решения, о которых следует знать домашнему мастеру.

Краткий обзор полезных функций заводских моделей

Одной из популярных разработок, широко представленных в отрасли, является серия пилотных фильтров различного исполнения.

Принципиальная схема сетевого фильтра Pilot представлена ​​на рисунке для облегчения понимания его возможностей.

Остановлюсь на задачах, которые призван решать Pilot XPro, специально созданный для комфортной работы, продления жизни подключенных потребителей и снижения энергопотребления. Этот:

  • защита от перенапряжения с варисторами;
  • предотвращение высокочастотных помех индуктивно-емкостными резисторами;
  • управление питанием за счет введения основной функции управления;
  • защита от перенапряжения, связанного с обрывом нуля;
  • плавное отключение и подключение оборудования под нагрузкой с функцией Zero Start за счет устранения скачков напряжения от встроенной цепи;
  • автоматическое подключение потребителей после устранения аварийных отключений электроэнергии;
  • два уровня защиты от перегрузки по току или короткого замыкания за счет предохранителя и биметаллического расцепителя;
  • индикация подключения к сети и уровня питающего напряжения;
  • контроль температуры и автоматическое отключение в случае перегрева.

Основная функция управления определяет один выход как главный выход (главный выход). К нему подключается основной потребитель мощностью более 50 Вт, например, системный блок компьютера.

При включении автоматика одновременно управляет тремя другими розетками с периферийным оборудованием. Он также выключает их при отключении питания от основного блока.

На корпусе есть розетки, не управляемые микропроцессорной автоматикой. Они используются для освещения, телефонов, другого оборудования

2 самодельные схемы, обеспечивающие качественную работу аудиоустройств

Сразу отмечу, что нашел их в интернете и не проверял. Однако автор этих разработок сержант своими комментариями и пояснениями внушал доверие. Поэтому публикую их для повторения в порядке сложности.

Слева резистор на десять Ом подключен параллельно диодам, расположенным напротив между корпусом аудиоблока и землей. Диоды устраняют токи утечки, которые могут возникнуть в этой цепи. Резистор позволяет им пропускать небольшую величину, что ограничивает вероятность перенапряжения.

Синфазный трансформатор состоит из двух одинаковых индуктивностей по 4,7 мГн, соединенных в противоположных направлениях. Он устраняет синфазный шум, но хорошо пропускает основной сигнал.

Его работу дополняют два конденсатора по 1 нФ, подключенные в средней точке к контуру заземления. По этому пути они отводят ослабленные трансформатором помехи, не позволяя им пройти дальше в рабочую цепь.

В конце сигнального тракта работает резистивно-емкостная цепь Цобеля. Он защищает всю конструкцию от самоиндукционных электронных электромагнитных волн, возникающих при отключении электроэнергии.

Улучшенный дизайн сетевого фильтра для настоящих любителей музыки

Ниже я показываю вторую, более совершенную разработку того же автора.

Кратко объясню принцип работы по маршруту основного сигнала: слева направо. Индекс PGND обозначает защитный PE-проводник, а GND — крышку устройства.

Непосредственно на входе две емкости по 1 нФ уменьшают электромагнитные синфазные помехи. Диоды и сопротивление работают как и в предыдущем случае.

Здесь также добавлен предохранитель на 1 ампер. Этого вполне достаточно для защиты внутренней цепи.

Однако, если ток потребления вашей аудиосистемы большой и предохранитель перегорел от нагрузки, всю схему этого устройства необходимо пересчитать на повышенный ток и перепаять.

Роль варистора R2 уже была описана выше. Здесь добавлен термистор R3, чтобы уменьшить величину скачка напряжения при зажигании. Экономит ресурс оборудования, частично срезает частоту.

Два резистора R4 и R5 автоматически разряжают конденсатор С3 при отключении питания, а их последовательное соединение повышает надежность системы за счет обеспечения запаса по напряжению.

Индуктивность первого синфазного трансформатора увеличена до 25 мГн.

Конденсаторы C4 и C5 также подавляют синфазные помехи относительно земли. А вот в двухпроводной схеме они просто затрудняют работу трансформатора Т1, шунтируя выход. На этот случай на J7 предусмотрена перемычка. Его удаление обеспечивает подключение Т1 в режиме обработки только дифференциальных помех.

Далее идут две катушки индуктивности L1, L2 и емкость С6, которые создают основное препятствие дифференциальным помехам.

Синфазный трансформатор Т2 качественно завершает борьбу с посторонними электромагнитными сигналами.

Дополнительной задачей емкости С7 является уменьшение искрообразования в контактах выключателя. А последние элементы С8 и R6 подавляют образование резонансных явлений переключателя, исключают образование искр.

Закончив статью, хочется еще раз обратить внимание на то, что схемы сетевых фильтров устраняют помехи только в двух случаях, когда они приходят:

  1. с заземляющим проводом;
  2. или через блок питания.

Если помехи наводятся после фильтра на слаботочном кабеле, подключенном к оборудованию или внутренней цепи самого устройства, здесь требуются совсем другие меры.

Меры предосторожности

Если говорить о мерах предосторожности, то в первую очередь следует помнить, что самодельный сетевой фильтр, который вы будете собирать из подручных деталей, представляет собой достаточно сложное техническое устройство. А без знаний в электронике, причем достаточно обширных, сделать это правильно просто невозможно.

Кроме того, любые работы по созданию или модификации существующего устройства должны выполняться исключительно с соблюдением всех мер безопасности. В противном случае велик риск поражения электрическим током, который может быть не только опасным, но и смертельным.

Здесь следует помнить, что конденсаторы, используемые для изготовления сетевых фильтров, рассчитаны на довольно высокое напряжение.

Это позволяет им производить накопление остаточного заряда. По этой причине человек может получить удар током даже после полного отключения устройства от электрической сети. Поэтому во время работы должен быть параллельно подключен резистор.

Еще один важный момент заключается в том, что перед работой с паяльником следует убедиться в исправности всех элементов сетевого фильтра. Для этого используйте тестер, который должен измерить основные свойства и сравнить их с заявленными значениями.

Последний важный момент, о котором будет не лишним сказать, это то, что нельзя допускать пересечения кабелей, особенно в местах, где потенциальный нагрев может быть очень большим. Например, речь идет как раз о контактах, а также о резисторах сетевого фильтра.

Да и перед включением устройства в сеть не лишним будет убедиться в отсутствии коротких замыканий. Это можно сделать, позвонив тестировщику. Как видите, сделать сетевой фильтр своими руками возможно. Но для этого вы должны четко знать, какие действия вы выполняете и иметь некоторые познания в электронике.

Оцените статью
Блог об электричестве
Adblock
detector