Сетевой фильтр с развязкой от фазного провода

Сетевой фильтр с развязкой от фазного провода

Недавно для экспериментов понадобилось напряжение 220 В с развязкой от фазы. Порылся в «тумбочке» – готового решения нет. Есть железо от ТС-180. Можно намотать трансформатор 1:1. И уже было собрался делать, когда на глаза попались валяющиеся без дела источники бесперебойного питания Back-UPS CS-500 (модель BK500EI) (рис.1). А ведь в них стоят достаточно мощные трансформаторы в преобразователе – почему бы не попробовать на одном понизить напряжение, а другим опять повысить? Получится требуемая развязка…

Рис.1

Трансформаторы в преобразователях сделаны достаточно добротно – пластины проварены в двух местах, обмотки залиты чем-то похожим на эпоксидный клей, но более прозрачным. Сетевая обмотка намотана сверху. Толщина провода по изоляции 0,5 мм. Входные проводники (белый и чёрный) делают два витка через ферритовое кольцо (рис.2).

Рис.2

Вторичных обмоток две (рис.3). Одна из них, сильноточная, имеет отвод от средины и намотана проводом диметром 1,6 мм (по изоляции). Это выводы красного, чёрного и белого цветов. Другая вторичная обмотка выполнена проводом диаметром по изоляции 0,5 мм. Её выводы коричневого и синего цвета.

Рис.3

При проверке тока холостого хода трансформаторов оказалось, что они немного разные. У одного ток около 55 мА, у другого – 42 мА. Выходные напряжения тоже отличались, примерно на 0,15-0,2 В.

Сначала была собрана схема по рисунку 4. При подаче на вход напряжения 225 В на выходе получалось напряжение 221 В. При подключении нагрузки (лампы накаливания 220 В/60 Вт) напряжение на выходе проседает до 212 В. При уменьшении нагрузки до 40 Вт поднимается до 215 В. Трансформаторы при длительной работе нагреваются примерно до 50-60 градусов. В общем, всё достаточно хорошо.

Рис.4

Затем решил проверить, как ведёт себя такой преобразователь в качестве фильтра гармоник сетевого напряжения и всевозможного мусора, присутствующего в нём. К входным и выходным цепям были подключены резисторные делители R1R2 и R3R4 (рис.5), сигнал с которых подавался в звуковую карту компьютера и обрабатывался программой SpectraPLUS.

Рис.5

Спектральная характеристика, снятая в полосе частот 10 Гц – 23 кГц, показана на рисунке 6. Здесь и далее по тексту верхний график (левый канал) – входное сетевое напряжение, нижний (правый канал) – выходное. «Палка», стоящая в обоих каналах на частоте 17,7 кГц – это внутренняя проблема компьютера, эта помеха присутствует всегда, меняется только её уровень. Большой уровень и количество гармоник сетевого напряжения обусловлен искажённой формой синусоиды – обрезаны макушки полуволн. Ну, а в целом видно, что особой разницы в АЧХ между входным и выходным сигналом нет. Это говорит о достаточной, в данном случае, даже избыточной, широкополосности трансформаторов в звуковом диапазоне. Более высокочастотные сигналы, наведенные на сетевые провода, наверняка так же проходят со входа на выход, но уже не за счёт трансформации, а через ёмкостную связь между первичной и вторичной обмотками. Ферритовые кольца на выводах первичных обмоток начинают эффективно работать, скорее всего, с частот 5-10 МГц.

Рис.6

Попробовал поставить параллельно низковольтным обмоткам плёночные полипропиленовые конденсаторы С1 и С2 ёмкостью по 150 нФ (рис.7) и оценить их влияние.

Рис.7

На нижнем графике рисунка 8 видны некоторые изменения на частотах выше 10 кГц. Но этого слишком мало для того, чтобы называться «фильтром». Может быть, высокие частоты он и «давит», но все низкочастотные пока пропускает.

Рис.8

Поставил в высоковольтные цепи стандартные компьютерный сетевые LC фильтры, а в низковольтные цепи – дроссели L2 и L3 (рис.9 (резисторы делителей в схеме здесь и далее не показаны, но они всегда стоят на входе и выходе схем)). На нижнем графике рисунка 10 стал заметен более крутой спад на частотах выше 1,5 кГц.

Рис.9

Рис.10

Но также заметно небольшое увеличение уровней гармоник на частотах с 650 Гц по 1550 Гц. Возможно, что это связано с протеканием сильных токов через дроссели L2 и L3, намотанных на ферритовых кольцах, взятых из компьютерных блоков питания (рис.11). Кольца имеют размер 27х14х11 и выкрашены в жёлтый цвет. Обмотка состоит из 20 витков эмалированного провода диаметром 1,5 мм.

Рис.11

Но в целом, характеристики схемы устраивали, она была собрана и благополучно выполнила свою задачу.

А недавно решил собрать такой же развязывающий фильтр, но с акцентом на фильтрацию, и запитать через него старенький проигрыватель компактдисков. Подумал, что раз уже ПКД совсем «дремучий», то фильтр помешать ему не сможет.

Схема подверглась небольшой переделке (рис.12). Оказалось, что весь «акцент на фильтрацию» заключался в том, что было достаточно убрать дроссели, намотанные на компьютерных ферритовых кольцах, а на их место поставить один стандартный Д-165У. Судя по справочнику [1], такой же дроссель, но без буквы «У», намотан на железе ШЛМ25х25, имеет индуктивность 1,2 мГн при токе подмагничивания 18 А. Сопротивление обмотки 0, 0212 Ом. Ёмкости конденсаторов С5 и С6 были набраны из большого количества всевозможных МБГ, К73-11, К73-16 и К77-1. Конденсатор С5 совместно с L2 выполняет функцию фильтрации помех, создаваемых блоком питания нагрузки. Полипропиленовые конденсаторы C4 и C7 серии PPN оставлены в схеме, т.к. имеют малую индуктивность и должны хорошо гасить высокочастотные помехи.

Рис.12

Входные и выходные LC фильтры (рис.13) использовались такие же, как и в схеме на рисунке 9. В случае работы развязывающего фильтра в трёхпроводной сети, точки соединения конденсаторов С1С3 и С8С10 можно подключить к «земле» (к каждому фильтру – отдельный провод).

Рис.13

Надо сказать, что ёмкости конденсаторов С5 и С6 в 30-40 мкФ уже хватает для нормальной фильтрации, но у меня было несколько лишних низковольтных конденсаторов и место для них в корпусе, что позволило не экономить и получить на выходе АЧХ, показанную на рисунке 14. Разница при применением конденсаторов ёмкостью 30 мкФ небольшая – около 2-3 dB на участке частот от 500 Гц до 2 кГц (скриншот, к сожалению, не сохранился).

Рис.14

Все приведённые выше спектры были сняты с подключенной в качестве нагрузки лампой накаливания мощностью 60 Вт. Видно, что на частоте 550 Гц гармоника подавлена почти на 10 dB, на частотах с 1050 Гц до 5 кГц – примерно на 20 dB. Выше по частоте уровни гармоник в сети настолько малы, что их можно не принимать во внимание. Но это не означает, что фильтр там не работает.

Теперь про АЧХ при подключении к фильтру CD проигрывателя «Вега-122С». Судя по информации на задней стенке, потребляемая им мощность равна 15 Вт. Блок питания трансформаторный. Напряжение, выдаваемое фильтром при подключенном ПКД, получается около 214-216 вольт в зависимости от режима работы.

Так как эта проверка проводилась в другой день, сначала посмотрим состояния сети без подключенного фильтра и нагрузки (рис.15). Видны некоторые отличия в сравнении с рисунком 14.

Рис.15

Далее, на рисунке 16, показан график при включенном напрямую в сеть ПКД в режиме «Воспроизведение». При том, что сеть 220 В имеет низкое внутреннее сопротивление, всё равно заметно небольшое увеличение уровней гармоник в районе 2-3 кГц. Откуда они берутся, будет показано ниже.

Рис.16

На рисунке 17 показан скриншот при подключении ПКД через фильтр.

Рис.17

Видно, что уровни гармоник на графике сетевого напряжения приблизились к состоянию сети без подключенного ПКД (рис.15). Появление же в выходном напряжении чётных гармоник и повышение уровня нечётных связано с работой диодных выпрямителей в блоке питания ПКД и увеличением внутреннего сопротивления источника питания для ПКД. Те самые, появившиеся на рисунке 16 гармоники, связаны с моментами подзаряда электролитических конденсаторов во время открывания и закрывания диодов выпрямителя.

Несколько уменьшить некоторые гармоники на выходе фильтра можно изменением ёмкости конденсатора С9 (нумерация по рисунку 12), но, так как он подключен параллельно высоковольтной обмотке Tr2 и первичной обмотке трансформатора нагрузки, то образует совместно с ними контур и на некоторых гармониках может входить в резонанс. При превышении конденсатором С9 ёмкости 5-10 мкФ резонанс возможен даже на основной частоте 50 Гц, что, соответственно, вызовет сильное увеличение выходного напряжения. Поэтому при использовании С9 ёмкостью более 0,1-0,2 мкФ и смене нагрузки фильтра может понадобиться проверка выходного напряжения и корректировка в случае превышения нормы.

Для понимания процессов, проходящих в трансформаторном блоке питания и вызывающих появление помех, была собрана схема по рисунку 18. Трансформатор применялся такой же, что и в вышеописанных фильтрах. Напряжение на конденсаторе С1 и, соответственно, на резисторе нагрузки Rнагр было около 20 В (измерено мультиметром ВР-11А). Сопротивление Rнагр – 100 Ом (резистор марки ПЭВ-10). Получается, что постоянный ток, текущий через него, равен 200 мА. Резистор R1 – это датчик тока подзаряда конденсатора. Падение напряжения с него подавалось в звуковую карту компьютера. Вход карты закрыт по постоянному току, т.е. сигнал проходит через конденсатор, поэтому медленные процессы отображаются с ошибками и оси графиков смещаются относительно нулевой отметки, но в данном случае это не критично.

Рис. 18

После включения блока питания в сеть и установления на конденсаторе С1 напряжения 20 В через датчик тока R1 проходят импульсы, форма которых показана на рисунке 19. Они возникают во время открывания диодов моста. Диоды начинают открываться и пропускать через себя ток только тогда, когда уровень полуволны, идущей с трансформатора Tr1, превысит на 1,5 В (примерно) уровень потенциала, присутствующего на конденсатора С1. Конденсатор начинает подзаряжаться и через R1 начинает течь ток. На рисунке это передний (левый), более пологий фронт импульса. Крутой же спад импульса тока (правый) обусловлен тем, что диоды закрылись (и никакой ток через R1 не течёт) после того, как уровень полуволны, прошедшей точку экстремума, стал менее напряжения, накопленного конденсатором С1 плюс 1,5 В (примерно). Далее по времени, до того момента как опять начнётся подзарядка, конденсатор отдаёт накопленную энергию в нагрузку. Упоминаемые 1,5 В – это напряжение падения на двух диодах, стоящих в противоположных плечах моста. В основном оно зависит от марки диодов и от протекающего через них тока. Потому и пишу «примерно».

Рис.19

Итак, на рисунке 19 видны импульсы амплитудой около 110 мВ. Это говорит о том, что через R1 протекает ток 1,1 А. По первому правилу Кирхгофа получается, что 200 мА приходится на резистор нагрузки Rнагр, а 900 мА – на подзарядку конденсатора.

На рисунке 20 показаны падения напряжения на R1 при Rнагр = 300 Ом. Здесь суммарный ток около 500 мА, т.е. на резистор нагрузки приходится 67 мА и на конденсатор 433 мА.

Рис.20

Приведённые примеры расчёта справедливы в случае, когда между диодным мостом и фильтрующим (накопительным) конденсатором присутствует какая либо цепь с сопротивлением именно 0,1 Ом (например, тонкие провода). Если же это сопротивление меньше, то ток подзарядки конденсатора, соответственно, становится больше. А это значит, что присутствующие мощные и достаточно короткие импульсы тока во всех цепях вплоть до конденсатора С1 включительно (во вторичной обмотке трансформатора, во всех проводах, подходящих к диодам, в самих диодах), имеют широкий спектр продуктов искажений, обновляющихся с периодичностью 100 Гц. Этими продуктами и отличается нижняя АЧХ от верхней на рисунка 17. Также часть мусора, присутствующего в сети 220 В, проходит со вторичной обмотки трансформатора напрямую на конденсатор С1 в те моменты, когда диоды открыты.

Приведу два спектра, сигналы для которых сняты с резистора нагрузки, т.е. вход звуковой карты просто подключен к выводам Rнагр (рис.18). Первый спектр, на рисунке 21 – блок питания собран один в один по схеме, без доработок. Все соединительные провода – из многожильного провода от компьютерных БП с диаметром по меди около 1 мм и длиной от 50 до 150 мм. Резистор нагрузки подключен к С1. Второй, на рисунке 22 – этот же блок питания, но выполненный с соблюдением некоторых правил, т.е. со снабберами и с дополнительными демпфирующими конденсаторами по входу и выходу диодного моста, проводники до моста и после него проходят через ферритовые кольца (4 кольца по 10 витков). Эти проводники имеют максимально возможный диаметр (около 2,5 мм) и минимальную длину. Вместо одного конденсатора С1 «ROE Elko rauh IIA DIN 41250» ёмкостью 68000 мкФ 25 В стоит 10 штук дешёвых китайских «Jamicon» по 6800 мкФ 25 В (соединённых в параллель медными шинами 200х8х0,5 мм) и каждый зашунтирован плёночным К73-11а 1 мкФ и слюдяным КСО 10 нФ с максимально короткими выводами. Резистор нагрузки 100 Ом подключен в самом конце батареи конденсаторов. Датчик тока R1 присутствует в обеих схемах, диодный мост – PBL 405. И, похоже, что он попался с неодинаковыми диодами – судя по рисунку 19, при больших токах одна полуволна получатся меньшей амплитуды. Наверное, при его замене на «быстрые» или «ультрабыстрые» одиночные диоды можно было бы получить лучшие показания. Но всё равно результат во втором варианте, как говорится, виден невооружённым глазом – даже пятидесяти- и стогерцовые пульсации уменьшились. Повышенный общий уровень графика на рисунке 21 говорит о том, что в первом варианте исполнения присутствовал широкополосный шум, скорее всего, связанный с конденсатором «ROE». Он хоть и имеет ESR менее 0,05 Ом и ёмкость более 50000 мкФ (больше прибор не измеряет), но всё же он очень старый и редко использовался.

Рис.21

Рис.22

Внимание! Во время конструирования сетевого фильтра, а, тем более при экспериментах с ним, следует соблюдать осторожность и правила техники безопасности при работе с высокими напряжениями!

Литература:
1. Сидоров И.Н., Мукосеев В.В., Христинин А.А. «Малогабаритные трансформаторы и дроссели», Справочник, Москва, «Радио и связь», 1985г.

Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим, лето 2014.

Как сделать сетевой фильтр своими руками

Схемы для сборки сетевого фильтра в домашних условиях. Узнайте, как можно сделать сетевой фильтр из подручных средств.

Для подключения компьютера и другой аппаратуры на рабочем месте к электросети обычно потребуется 3 и более розетки. При этом работа блока питания компьютера и сама его работа имеет импульсный характер. Такая нагрузка портит качество питающей электросети, насыщая её ненужными гармониками, которые могут мешать работе других устройств, подключенных к ней. Особо чувствительными к помехам в питающей сети являются телевизоры, приемники и вычислительная техника. Кроме помех в сети могут присутствовать всплески напряжения и тока, которые также могут повредить аппаратуру. Для решения всех этих проблем рекомендуется запитываться через сетевой фильтр. Однако стоимость данного устройства порой может достигать одной тысячи рублей, поэтому домашних умельцев интересует вопрос, можно ли собрать его самостоятельно. В этой статье мы как раз и расскажем читателям сайта https://samelectrik.ru, как сделать сетевой фильтр своими руками и какие материалы для этого понадобятся. Содержание:

• Конструкция
• Сетевой фильтр своими руками

Конструкция

Прибор напоминает по своему виду удлинитель с кнопкой выключения, отчасти это так, но кроме колодки с розетками и провода внутри расположены и фильтрующие элементы. Они как раз и нужны для защиты от скачков напряжения и фильтрации помех.

В самом простом сетевом фильтре внутри стоит варистор. Это полупроводниковый прибор, который при превышении определенного напряжения уходит в состояние пробоя. Его применяют в сетевых фильтрах и блоках питания для защиты от всплесков напряжения. В зависимости от типа варистора он может погасить импульсы разной величины.

Такой вариант исполнения на варисторе самый дешевый, поскольку кроме всплесков напряжения он ничего не фильтрует. Помехи продолжают сочиться в сеть и мешать окружающей и запитанной аппаратуре.

Для фильтрации высокочастотных помех широко применяются L, LC и RLC- фильтры, их устанавливают также в сетевых фильтрах и блоках питания.

Кроме таких вариантов встречаются еще и модели, где сетевой шнур проходит через ферритовое кольцо, или делает вокруг него пару витков. По сути это еще один L (индуктивный) элемент, который нужен для фильтрации высокочастотной составляющей спектра.

Сетевой фильтр своими руками

Схема простейшего фильтра состоит из выключателя и варистора, вот как она выглядит:

V1 – это и есть варистор, его маркировка «471», значит, что его напряжение срабатывания 470В, при этом чем больше его диаметр, тем большую энергию он сможет погасить не взорвавшись при этом. Это значит, что чем больший варистор вы поставите, тем лучше, лишь бы он влез по габаритам. Вот пример сетевого фильтра собранного по этой схеме, но в заводском исполнении. Из вышесказанного следует, что это дешевый прибор, который не фильтрует то, что должен, а лишь гасит импульсы.

Чтобы ваш сетевой фильтр еще и действительно был фильтром помех, необходимо добавить фильтрующий элемент – дроссель.

Схемы – это, конечно, хорошо, но как сделать сетевой фильтр из подручных средств? Достаточно просто! Почти всегда у любителя что-нибудь мастерить, можно найти старый ненужный или нерабочий блок питания, в нём есть такой фильтр на входе. Осталось только его выпаять. На фото он стоит в ближнем к нам углу платы.

Это дроссель с двумя обмотками, через одну из них проходит фаза, а через другую ноль, таким образом индуктивность входит в состав сетевого фильтра и снижает уровень помех.

Кстати блок питания может работать и без него, многие китайцы так и делают свои товары, часто это встречается в дешевых БП для компьютера и не только.

Если вы не нашли такого элемента в своих запасах – можно поискать ферритовое колечко с магнитной проницаемостью 400-2000 НМ и обмотать проводом ПЭВ-2 (можно смотать с 50 Гц сетевого трансформатора). Намотать на колечко так, как показано на картинке.

Не допускайте межвиткового замыкания и оставляйте зазоры как здесь изображено, иначе получите фейерверк от перемыкании фазы на ноль. Петельку на конце разрезать, в идеальном случае – сразу мотать двумя проводами. На кольцо перед намоткой наложить изолирующий слой, например из лакоткани.

Хорошая схема, которую легко сделать своими руками выглядит следующим образом:

А вот вариант его реализации «в железе». За основы взята пара фильтров от БП.

Конденсаторы лучше применять керамические или пленочные. Их можно также достать из блока питания, часто там встречаются в прямоугольном корпусе с острыми углами (параллелепипед).

Если есть ненужный БП можно просто отрезать часть платы с фильтром и использовать её. Вот пример на фото с указанием, что нужно отпилить для получения сетевого фильтра за пару минут.

И вот еще один вариант схемы для повторения. Именно она и используется во множестве блоков питания стандарта ATX:

Сетевой фильтр – полезное и простое устройство, которое не сложно сделать самому в домашних условиях. А если учесть все изобилие техники, прошедшей через современных обывателей и то, что у многих есть несколько ненужных и не работоспособных устройств, то запчасти валяются буквально у нас под ногами. Напоследок рекомендуем просмотреть несколько интересных видео инструкций по сборке самодельного сетевого фильтра:

Материалы по теме:

• Как сделать удлинитель своими руками
• Как выбрать стабилизатор напряжения
• Что такое перенапряжение в сети

Сетевые фильтры 220В, что у них внутри

Добрый день, друзья!

Почти у каждого из нас дома есть хотя бы один сетевой фильтр. Судя по тому, что ими завалены полки большинства магазинов, торгующих электротоварами, вещь это ходовая, пользуется популярностью у населения (фото 1):

Есть несколько подобных фильтров и у меня дома. Есть и дешевые, есть и подороже. А началось все с того, что я решил отремонтировать один из перегоревших фильтров, а потом мне стало интересно изучить внутренности и других фильтров, и я разобрал еще несколько. И как оказалось, не зря. Но обо всем по порядку.

Почему люди покупают сетевые фильтры?

Во-первых, они удобны: в большинстве случаев сетевой фильтр выполнен как удлинитель с несколькими розетками, обычно с сетевым выключателем на корпусе. Более продвинутые модели также имеют встроенные разъемы USB для питания и зарядки различных 5-вольтовых гаджетов.

Во-вторых, покупатели рассчитывают, что сетевой фильтр, в отличие от обычного удлинителя, защитит подключенное оборудование от различных неприятностей, случающихся в бытовой электросети — скачков напряжения, различных помех и т.д. Этим активно пользуются ушлые продавцы-консультанты, настойчиво впаривая рекомендуя покупателю бытовой техники (телевизора, холодильника и т.д.) приобрести попутно еще и сетевой фильтр.

Так что же за устройство мы покупаем в коробке с названием “сетевой фильтр”, могут ли имеющиеся в продаже фильтры носить это гордое имя? Как оказалось, ответ не так однозначен.

Чтобы ответить на этот вопрос, в данной записи заглянем внутрь нескольких подобных устройств, типичных представителей наиболее массового сегмента бюджетной ценовой категории около 400-700 российских рублей ($6-$10).

Внимание! Дальше будет много скучного текста и картинок. Кому не нужны подробности, читайте выводы в конце записи.

Перед тем, как перейти к конкретным фильтрам, давайте кратко освежим в памяти, какие помехи встречаются в бытовой однофазной сети переменного тока 220В/50Гц, т.е. в розетках наших квартир и домов.

Напомню, это не лекция по электрике и электронике, а наблюдения и размышления на бытовом уровне, поэтому сильно не придирайтесь к терминологии.

Как известно, по действующим в РФ стандартам, электроснабжающие организации должны обеспечивать в бытовой сети электричество с переменным напряжением 220В (с недавнего времени 230В) частотой 50Гц правильной синусоидальной формы.

По различным природным и техногенным причинам (грозы, электромагнитное излучение, аварии в электросетях, коммутация мощных электроприборов, работа импульсных блоков питания и др.), в сети возникают разнообразные помехи и искажения, которые вносят изменения в стандартную синусоиду. Это могут быть как кратковременные всплески и просадки напряжения, так и долговременные подъемы и понижения напряжения, а также высокочастотные помехи, отклонения от номинальной частоты, и т.д.

Помехи и искажения можно классифицировать до бесконечности, как по видам, так и по источникам их возникновения. Разумеется, простой бытовой фильтр не может и не обязан справляться со всеми из них. Поэтому, для упрощения, чтобы не залезать в излишние детали, сетевые помехи, в теории посильные простому сетевому фильтру, можно условно разделить на две крупные категории:

1. Импульсные помехи — кратковременные высоковольтные импульсы.
2. Высокочастотные (ВЧ) помехи — накладываются на несущую номинальную синусоиду.

Наиболее опасными из этих двух видов помех являются высоковольтные импульсы, они могут вывести бытовую электронику из строя. ВЧ помехи могут мешать работе чувствительных приборов, таких как телевизоры, радиоприемники и др. Пример: многие энергосберегающие и светодиодные лампы (а точнее, их блоки питания) мешают радиоприему, так как генерируют ВЧ помехи в сети и электромагнитные помехи в эфире.

Таким образом, мы должны понимать, что обычный бытовой сетевой фильтр не спасет ни от долговременных повышений и понижений напряжения, ни от изменения номинальной частоты 50Гц, ни от эфирных электромагнитных помех. Все, что он может сделать, это погасить высоковольтные импульсные помехи и, в лучшем случае, часть сетевых ВЧ помех.

Процесс работы простого сетевого фильтра проиллюстрирован на рис. 2:

Но соответствуют ли недорогие сетевые фильтры даже этим невысоким ожиданиям? Прочитаем, что указано на упаковке этих фильтров (фото 3):

Производитель обещает не так уж и много защитных функций, обычно это довольно скудный стандартный набор:
— Защита от импульсных помех;
— Защита от перегрузок и короткого замыкания.

Видим, что помимо защиты от высоковольтных импульсов, все остальные “опции”, как правило, не имеют никакого отношения к фильтрации помех — это наличие выключателя, защитных шторок и т.д.

Таким образом, недорогие сетевые фильтры обеспечивают гашение только импульсных помех, а фильтрация ВЧ помех в них отсутствует. Хочешь получить более качественную фильтрацию? Плати двойную-тройную цену за расширенный функционал.

Итак, перейдем к рассмотрению четырех довольно распространенных моделей сетевых фильтров.

1. Сетевой фильтр Defender DFS-603. Сделан в Китае.

Имеет 6 стандартных розеток с заземлением, сетевой выключатель с подсветкой, светодиодный индикатор наличия напряжения на розетках, многоразовый кнопочный предохранитель.

Результаты изучения конструкции фильтра:
— Фильтрует только импульсные помехи между фазным и нулевым проводами с помощью варистора.
— Фильтра ВЧ помех нет.
— Есть защита от короткого замыкания и перегрузки (многоразовый предохранитель).
— Дублирующий светодиодный индикатор. Видимо, конструктор фильтра не строил иллюзий насчет долгого срока службы неоновой лампы в выключателе. Но при этом светодиод подключен без защитного диода и с резистором недостаточной мощности рассеивания, т.е. конструкция этого индикатора тоже крайне ненадежная.
— Перепутаны местами провода подключения многоразового предохранителя.
— Предохранитель и выключатель подключены не как положено, клеммами (не любят перегрева), а пайкой — упрощение и удешевление в ущерб надежности.
— Сетевой провод не имеет защитной втулки на входе в корпус.

Мой вывод: слабенький функционал, недалеко ушел от обычного удлинителя.

Сетевые фильтры – как они работают, примеры схем

Что такое сетевой фильтр? – это относительно недорогое устройство, предохраняющее достаточно ценные электроаппараты отперегрузок по току, высокочастотных и импульсных помех, аномального напряжения (повышенного или пониженного относительно нормы).

Основная задача фильтра – пропустить через себя переменный ток частотой 50 Гц и напряжением 220 В, а всяким выбросам напрочь закрыть дорогу. Выбросов же в сети великое множество, и возникают они по разным причинам.

Например, включился холодильник, т.е. сработало пусковое реле его компрессора. В момент включения компрессор (электродвигатель) потребляет ток, в десятки раз (в 20. 40 раз) превышающий тот, что указан в паспорте. На этот миг в сети возникает “просадка’’ напряжения с последующим всплеском (рис.1) – вот и помеха!

Даже включение обычных лампочек в люстре приводит к возникновению, вроде бы, незаметных помех такого же характера. Они в момент включения потребляют ток, примерно в 10 раз больший номинального (пока спираль холодная).

Самое неприятное то, что амплитуда напряжения помехи может исчисляться сотнями, а то и тысячами вольт. Этого вполне хватит, чтобы “спалить” какое-либо чувствительное устройство.

Рис. 1. Напряжения с последующим всплеском.

Как же эту ситуацию предотвратить? Вот тут на арене и появляются сетевые фильтры питания! Они способны “проглотить” все вредные выбросы питающего напряжения.

Справедливости ради надо отметить, что медленные провалы напряжения ни один фильтр питания скомпенсировать не способен (для этой цели служат стабилизаторы напряжения).

Но наиболее опасными для аппаратуры являются все же импульсные помехи.

Принципиальная схема

На рис.2 приведена типовая схема сетевого фильтра питания. На ней показана трехпроводная (европейская) сеть питания: “фаза” – “ноль” (“нейтраль”) – “земля”. Сразу на входе фильтра стоит варис-тор VR1.

Его задача – подавить высоковольтные выбросы напряжения сети. При появлении такого выброса электрическое сопротивление варистора резко падает, и он замыкает через себя эту помеху, не позволяя ей пройти дальше. Следом включены дроссель Т1 и конденсаторы С1, С2, C3, образующие LC-фильтр.

Сопротивление дросселя возрастает с увеличением частоты тока, а конденсаторов падает, так что все высокочастотные помехи задерживаются или “стекают” в землю.

Помехи могут возникать не только между сетевыми проводами (“фазой” и “нейтралью”), их отфильтрует конденсатор С3, но и между “фазой” и “землей”, а также возможны помехи “нейтоаль” – “земля”. Для эффективного подавления таких помех служат конденсаторы С1 и С2.

Рис. 2. Типовая схема сетевого фильтра питания.

При отсутствии земли общая точка конденсаторов С1 и С2 “висит” в воздухе, что приводит к созданию ими и дросселем Т1 паразитного колебательного контура, который начинает излучать высокочастотное электромагнитное поле, становясь источником потенциальной опасности для расположенной рядом радиоаппаратуры.

Рис. 3. Схема сетевого фильтра без заземленных конденсаторов и связи с землей.

Поэтому в двухпроводной сети применяются фильтры без этих конденсаторов и связи с “землей” (рис.З). Типовая амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) сетевого фильтра показана на рис.4. Из этого графикавидно, что чем выше частота помех, тем эффективнее они подавляются.

Рис. 4. График зависимости.

Стоит остановиться на одной особенности фильтров питания. Речь пойдет все о той же “земле”. Существует целый класс сетевых фильтров, у которых заземляющий провод не имеет никакой связи с внутренней схемой, кроме соответствующих контактов самих евророзеток и заземляющего контакта евровилки.

Этим достигается важное преимущество: при работе от сети с заземлением все розетки фильтра заземлены, как и положено. Но в случае отсутствия “земли” в сетевой розетке (типичный случай отечественной сети питания) все розетки фильтра объединены между собой по заземляющему контакту (естественно, сам фильтр при этом не заземлен). Почему это важно?

Представим, например, схему подключения различной периферии к компьютеру, показанную на рис. 5а (типичный случай – подключены принтер, сканер, внешний звуковой усилитель И Т.П.).

Это – идеальная схема: все подключено к заземленной сети питания, потенциалы корпусов устройств одинаковы (равны нулю), поскольку соединены с “землей”. В случае возникновения пробоя или повреждения изоляции любого из устройств “лишнее” напряжение уйдет в землю.

Рис. 5. Схемы подключения различной периферии к компьютеру.

Теперь возьмем схему соединений для случая сети без заземления (рис.5б). Как видно, провод заземления отсутствует, и единственной связью корпусов устройств является слаботочный интерфейсный кабель (точнее, его экранирующая оплетка).

При разности потенциалов корпуса компьютера и внешнего устройства (а такое наблюдается сплошь и рядом!) уравнительные токи, текущие от большего потенциала к меньшему, могут легко “выжечь” входные и выходные порты соединенных устройств.

Таких случаев встречается множество. Самый распространенный – выгорание входа или выхода звуковой карты в случае подключения ее к внешнему источнику сигнала или к усилителю звука.

Для решения проблемы нужно подключить эти устройства к “европейскому” удлинителю, даже не соединенному (за неимением) с внешней “землей” (рис,5в). Здесь электрические потенциалы всех устройств выровнены, сквозные токи выберут себе более легкий путь через заземляющие контакты евророзеток, и ничего страшного не произойдет.

Основные параметры сетевых фильтров

Сечение подводящих проводов. Чаще всего сетевой фильтр (рис.6) выпускается с сечением жил порядка 0,75 или 1 мм2. Такое сечение считается достаточным, поскольку максимальный ток нагрузки, на который рассчитывается фильтр, обычно не превышает 10 А.

На такой ток устанавливается и предохранитель. При необходимости можно найти сетевой фильтр повышенной мощности, сечение жил проводов которого достигает 1,5 мм2. Предохранитель у такого устройства – на номинальный ток 16 А.

Рис. 6. Типичный сетевой фильтр-розетка.

Длина подводящего провода сети. Стандартизованная длина сетевого провода фильтра-180 см. У отдельных моделей она может равняться 190 см, 300, а то и 500 см. Количество розеток. Обычно их 4. 6 штук (рис.7).

Как правило, все розетки-с заземляющими “ушками” (типа “евро”). Встречаются фильтры с розетками разного типа (1 -универсальная и 4, 5 – “евро”, рис.8).

Рис. 7. Набор розеток.

Число и типы предохранителей. Предохранители включаются в сетевой фильтр для защиты от перегорания варисторов при больших импульсных помехах и отключения потребителей при коротком замыкании или длительной перегрузке нагрузочных цепей.

Для большей надежности отдельные изготовители, помимо термопредохранителей, устанавливают еще и самовосстанавливающиеся быстродействующие предохранители (на базе полупроводниковой металлоорганики).

Фильтры

Предназначены для подавления помех. Встречаются чисто емкостные и индуктивно-емкостные на основе LC-цепочек. Катушки сетевого фильтра бывают без сердечников или с ферритовыми сердечниками (лучше всего на ферритовых кольцах).

Добавочные устройства. Индикаторы включения и исправного состояния защиты на светодиодах или на неоновых лампочках светятся при включенном фильтре (или его отдельном канале) и гаснут, когда срабатывают предохранители. Разрядники (газовые) подстраховывают варисторы при больших амплитудах импульсных помех.

Любые электроприборы требуют правильной эксплуатации. В отношении сетевых фильтров тоже есть ряд правил безопасности. Фильтры противопоказано подключать друг к другу.

Рис. 8. Пример фильтра с евро-розетками.

Это может неоправданно увеличить ток в “земляном” проводе. Кроме того, к сетевым фильтрам нельзя подключать устройства с большими пусковыми токами (пылесосы, кондиционеры, холодильники и пр.). Не рекомендуется подключать сетевые фильтры к источникам бесперебойного питания, поскольку это может привести к повреждению схем защиты.

Самодельные сетевые фильтры

Нередко имеющиеся в продаже дешевые фильтры на самом деле фильтрами не являются. Например, фильтр-удлинитель (рис.9). Там внутри находится лишь варистор, ограничивающий кратковременные высоковольтные импульсы, которые иногда возникают в сети, и токовый размыкатель, срабатывающий при протекании большого тока (рис 10).

Рис. 9. Фильтр-удлинитель.

Рис. 10. Что внутри фильтра-удлиннителя.

На корпусе есть кнопка, которую нужно нажать, чтобы снова замкнуть размыкатель, если он сработал. Для превращения этого удлинителя в полноценный фильтр внутрь нужно встроить фильтрующие цепи.

На исходной схеме (рис.11а) S1 -токовый размыкатель, VR1 – варистор типа 471 (числом кодируется максимальное напряжение, а от диаметра зависит максимальная энергия подавляемого импульса).

Рис. 11. Схема фильтрующих цепей для встраивания в удлиннитель-розетку.

В доработанном варианте (рис. 11 б) добавляется RLC-фильтр. Катушки L1 и 12 вместе с конденсаторами С1 и С2 образуют LC-фильтр.

Индуктивное сопротивление катушек растет на высоких частотах. Чтобы ослабить и низкочастотные помехи, последовательно с катушками включены резисторы R1 и R2. Резистор R3 разряжает конденсаторы при отключении фильтра от сети. При сборке фильтра (рис. 12) варистор оставляется штатный (типа 471, диаметром 6. 10 мм).

Чем больше сопротивление резисторов R1 и R2, тем лучше фильтрация, но больше их нагрев и потери напряжения в фильтре. Поэтому сопротивление резисторов выбирается в зависимости от суммарной мощности, потребляемой всеми теми устройствами, которые будут подключаться к фильтру (при указанных номиналах РНагр.макс=250 Вт).

Дроссели L1 и L2 – промышленные высокочастотные, типа ДМ-1 индуктивностью 50. 100 мкГн. Конденсаторы – пленочные, типа К73-17 или аналогичные (импортные меньше по габаритам) емкостью не менее 0,22 мкФ (больше 1 мкФ тоже не нужно). Сопротивление резистора РЗ – не критично (от 510 кОм до 1,5 МОм).

Дополнительно на сетевой провод возле самого удлинителя желательно одеть ферритовую шайбу (удобнее всего разрезную на защелках – рис.13).

Рис. 12Сборка фильтра.

Рис. 13. Ферритовая шайба.

Другой вариант схемы помехоподавляющего сетевого фильтра приведен на рис. 14. Для большей эффективности он состоит из двух соединенных последовательно звеньев.

Первое (конденсаторы С1, С4, С5, С8, С9 и двухобмоточный дроссель 12) отвечает за подавление помех частотой выше 200 кГц.

Второе звено (двухобмоточный дроссель И с остальными конденсаторами) подавляет помехи, спектр которых простирается ниже указанной частоты (вплоть до единиц килогерц).

Рис. 14. Схема помехоподавляющего сетевого фильтра.

Благодаря магнитной связи между обмотками дросселей происходит подавление синфазных помех (тех, что наводятся одновременно на оба сетевых провода или излучаются ими).

Поэтому обмотки каждого дросселя должны быть одинаковыми и симметрично намотанными на магнитопроводы. Важно обеспечить правильную фазировку обмоток.

Их начала обозначены на схеме точками. Дроссель L1 намотан на ферритовом магнитопроводе Ш12×14 с самодельным каркасом из злектрокартона сложенным вдвое проводом ПЭЛШО 00,63 мм. Обмотка содержит 87 витков. Марка феррита, к сожалению, неизвестна. Измеренная прибором 1.Р235 индуктивность каждой обмотки – около 20 мГн.

Для дросселя 1.2 использован броневой магнито-провод Б22 из феррита 2000НМ1. Его обмотки содержат по 25 витков и намотаны тем же проводом и таким же образом, что и обмотки дросселя L1. Индуктивность каждой обмотки дросселя L2 – 120 мкГн.

Конденсаторы первого звена фильтра – слюдяные. Поскольку малогабаритных конденсаторов такого типа требующейся для фильтра емкости на нужное напряжение не существует, пришлось соединить попарно-параллельно конденсаторы КСО-5 меньшей емкости.

Аналогичное решение, но с попарно-последовательным соединением конденсаторов С2, С3 и С6, С7 (пленочных зарубежного производства), принято и во втором звене фильтра для обеспечения нужного рабочего напряжения.

Подключенные параллельно конденсаторам резисторы R1. R4 выравнивают приложенные к ним напряжения и обеспечивают быструю разрядку всех конденсаторов после отключения фильтра от сети. Конденсатор С9 – типа К78-2. Плата фильтра помещена в заземленную металлическую коробку.

Материал подготовил В. Новиков. РМ-07-12, 08-12.

1. electroclub.info
2. corumtrage.ru
3. potrebitel.ru

• PCBWay – всего $5 за 10 печатных плат, первый заказ для новых клиентов БЕСПЛАТЕН.
• Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет.
• Проекты с открытым исходным кодом – доступ к тысячам открытых проектов в сообществе PCBWay!

• Развязывающий сетевой трансформатор на 230В для питания передатчиков и связной аппаратуры
• Схема и конструкция простого сетевого фильтра для радиоаппаратуры
• Защита питания микроконтроллера от помех
• Простой самодельный магнитофон на транзисторах, схема и описание

Цитата:
«При отсутствии земли общая точка конденсаторов С1 и С2 “висит” в воздухе, что приводит к созданию ими и дросселем Т1 паразитного колебательного контура, который начинает излучать высокочастотное электромагнитное поле, становясь источником потенциальной опасности для расположенной рядом радиоаппаратуры.»
Можно поподробнее? Что-то я плохо не понимаю физику процесса.

Универсальный сетевой фильтр с защитой от перенапряжений

Широкое распространение в быту различных мощных электрических и электронных устройств с большим потреблением энергии способствует появлению в питающей сети высокочастотных и импульсных помех.

Существует немало и внешних источников, например, основная энергия молнии находится в спектре частот до 100 кГц. Чтобы защитить аппаратуру от проникновения этих помех по питающей сети, необходимо подключить ее через соответствующий фильтр, а для защиты от скачков напряжения – , о чем и поговорим в данной статье.

В настоящее время получили распространение в быту различные сетевые фильтры типа: Pilot, Vektor, SVEN и другие, которые препятствуют прохождению помех и защищают от выбросов питающего напряжения (последнее выполняют не все модели).

Необходимость применения фильтра вызвана тем, что в современной радиоаппаратуре довольно часто используются импульсные источники питания (они есть в любом телевизоре, видеомагнитофоне, компьютере и многих других устройствах), которые не только сами являются источником сетевых помех, но и значительно быстрее реагируют на внешнюю кратковременную перегрузку, чем выполненные на низкочастотном сетевом трансформаторе.

Чтобы знать, на что следует ориентироваться при самостоятельном изготовлении такого устройства, рассмотрим технические параметры промышленных образцов сетевых фильтров-ограничителей напряжения, которые имеются в продаже (табл. 1).

Таблица 1. Параметры промышленных сетевых фильтров.

Pilot GL

Pilot PRO

SVEN Silver

SVEN Gold

SVEN Platinum

SVEN

Plati

num

Pro

Хорошие фильтры промышленного изготовления выполняются в виде удлинителя, имеющего много розеток с общим выключателем (еще удобнее, когда дополнительно каждая розетка имеет свой выключатель, как это сделано в моделях SVEN Platinum и SVEN Platinum Pro.

Такие изделия довольно дорогие, а дешевыѳ (импортные) имитаторы, продающиеся под видом фильтров, но смогут ни от чего защитить.

Электрический фильтр обычно состоит из конденсаторов и катушек индуктивности, соединенных по специальной схеме. Параметры фильтра подбираются так, чтобы он ограничивал полосу частот, поступающих на вход питаемого устройства, по создавая при этом никаких препятствий для прохождения основной частоты (50 Гц). Если на сетевое напряжение накладываются высокочастотные помехи, задача фильтра их существенно ослабить..

В хорошем сетевом фильтре бывает предусмотрена еще и защита от перенапряжений. Только в этом случае при возникновении в питающей сети опасного импульса его энергия но дойдет до потребителя энергии.

Автора не удовлетворило качество широко известных промышленных фильтров, выпускаемых под торговой маркой PILOT. После проверки ослабления проходящего сигнала на частоте 10 кГц в фильтре Pilot GL выяснилось, что его практически нет.

Все стало понятным после вскрытия корпуса — там оказался однокаскадный фильтр, собранный по типовой схеме (рис. 2, а — катушки содержат всего по 10 витков на кольцевом магнитопроводе), и три дисковых на рабочее напряжение 430 В.

Все это размещено на печатной плате без экрана, т. е. такое изделие может еще являться и излучателем помех (в чем не сложно убедиться, положив рядом сигнальный кабель от принтера, когда он печатает).

Это лишний раз говорит, что реклама способна творить чудеса — так получается значительно дешевле, чем выпускать качественные товары. А судя по тем справочным данным, что приводятся и для других фильтров из указанных в табл. 1, есть подозрение что они ничем не лучше “Пилота” в части выполнения своей основной задачи.

Кроме законченных конструкций, отечественная промышленность производит модули двухкаскадных сетевых фильтров, например, из серии Д19 (рис. 1), но они рассчитаны на небольшие токи (2-5 А), так как предназначены для установки внутри радиоаппаратуры и позволяют бороться с помехами в самом их источнике.

Рис. 1. Вид конструкции промышленного модуля двухкаскадного сетевого фильтра из серии Д16.

Для бытовой электроники обычно большего тока и не требуется — если вам удастся раздобыть такой фильтр, то остается его вставить в корпус с розетками и подключить, добавив элементы защиты от перенапряжений.

Показанный на рисунке модуль фильтра имеет габариты 110x65x25 мм (для типа Д19-4 на ток 2 А общая индуктивность дросселей в каждой цепи — 6,2 мГн, конденсаторы между каждой линией и заземлением 0,1 мкФ, входные емкости по 1 мкФ). При этом данный фильтр обеспечивает ослабление сигнала уже на частоте 10 кГц — в 5,3 раза (14,5 дБ).

Можно встретить в продаже аналогичного назначения импортные узлы, например, из серий FIL, FEN, рис. 2 (пунктиром на схеме нарисованы элементы, которые могут устанавливаться в некоторых моделях из серии), но такие фильтры однокаскадные, а как показывает практика, это явно недостаточно.

Рис. 2. Внешний вид и схема встраиваемых в радиоаппаратуру сетевых фильтров.

Выпускаются также и другие серии фильтров, в том числе и двухкаскадные, с большим перечнем которых можно познакомиться в Интернете [Л 18].

Чтобы не платить больших денег за промышленные изделия сомнительного качества, хороший сетевой фильтр универсального применения вполне можно изготовить и самостоятельно. Это вам по силам — схемотехника таких узлов давно не является секретом.

Принципиальная схема фильтра

Рассмотрим сначала схему фильтра, приведенную на рис. 3. Для большей эффективности он сделан двухкаскадным и от классического отличается только тем, что катушки дросселей L1 – L2 и L3 – L4 выполнены на магнитопроводе и благодаря магнитной связи между обмотками обеспечивают более эффективное подавление низкочастотной, наведенной одновременно на обоих проводах линии (синфазной) помехи.

Для этого надо соблюдать фазировку подключения выводов, как это показано на схеме, а также обеспечить симметричность намотки катушек — в этом случае подмагничивания магнитопровода сердечника не будет. Катушки L1 – L2 и конденсаторы С1 – С2 обеспечивают подавление самых высокочастотных помех, a L3 – L4 и остальные конденсаторы – частот ниже 200 кГц.

Рис. 3. Схема двухкаскадного сетевого фильтра на 220В для самостоятельного изготовления.

Обмотки L1 и L2 содержат по 12 витков и намотаны нихромо-вым проводом (00,8. 0,9 мм) на кольцевом ферритовом сердечнике М2000НМ типоразмера КЗ 1x19x7,5 с небольшим шагом (для уменьшения межвитковой емкости).

Обмотки располагаются раздельно на противоположных частях сердечника, с зазором между выводами обмоток (2. 4 мм). Благодаря использованию нихрома (его нужно два отрезка длиной по примерно 450 мм) эти катушки будут являться одновременно и ограничивающими ток резисторами (с сопротивлением около 0,8 Ом), что потребуется в дальнейшем, если мы будем вводить в схему элементы защиты от импульсных помех. Их индуктивность получается примерно 0,16 мГн.

До намотки катушек острые ребра магнитопровода надо закруглить наждачной бумагой или напильником, после чего сердечник обматывается фторопластовой лентой в два слоя.

Обмотки катушек L3 и L4 имеют индуктивность по 0,7 мГн — в этом желательно убедиться по прибору и добиться их симметричности, т. е. одинаковых значений индуктивности. В качестве сердечника подойдет любое железо от сетевого трансформатора, но получить минимальные габариты конструкции удастся только при использовании кольцевого магнитопровода из феррита марки М1000. М4000НМ (К40х25х7,5 — 2 штуки) или, что еще лучше, аль-сиферового сплава МП 140 типоразмера КП36х25х7,5 (2 части).

Так, например, для сердечника марки МП140, чтобы получить указанную индуктивность, потребуется намотать каждую обмотку по 70 витков проводом ПЭВ диаметром 0,85 мм (намотка виток к витку).

Но так как вся обмотка не поместится в одном слое, ее остаток доматывается после изоляции первого слоя (на противоположных сторонах катушек оставить свободным зазор между обмотками 2. 3 мм). Внешний вид намотки и расположение обмоток для Т2 показано на рис. 4. В качестве изоляционного материала лучше взять узкую (5 мм) фторопластовую ленту.

Сами катушки фиксируются на плате длинным винтом, как это показано на рис.4, 6.

При монтаже катушек на плату надо под Т1 подложить асбестовую или слюдяную прокладку — в этом случае при перегрузке нагрев обмотки не повредит плату. А так как нихром плохо паяется, выводы катушек L1 и L2 крепятся к печатной плате винтами М2,5×6.

Для того чтобы обеспечить эффективную работу фильтра и на высоких частотах, при изготовлении в первом каскаде все конденсаторы необходимо применять высокочастотные из серий, допускающих работу на переменном токе при напряжении не менее 500 В, например К15-5-1,6 кВ (номиналы допустимо использовать и большие, чем это указано на схеме, если габариты деталей позволяют их разместить на приведенной ниже печатной плате).

Рис. 4. Конструкция и вид намотки катушек на магнитопроводе МП 140.

Так как такие конденсаторы не выпускаются на большие номиналы, приходится увеличивать индуктивность катушек и использовать дополнительно низкочастотные конденсаторы С5-С7 — они позволяют эффективно подавлять низкочастотные помехи бытового и промышленного происхождения, проникающие из сети. В качестве конденсаторов С5-С7 из отечественных можно использовать К73-16В, К73-15, К73-11, К42У-2 на 630 В или аналогичные.

Казалось бы, что для лучшей фильтрации надо значительно увеличивать емкость входных конденсаторов, но при этом увеличивается и реактивная составляющая мощности в цепи, что плохо. По этой причине обычно входную емкость не используют больше 1 мкФ, но и такие конденсаторы конструктивно не удобны из-за своих больших габаритов.

Если кого-то заинтересует полный инженерный расчет сетевого фильтра, то его можно найти в книге [Л 19]. Здесь же будет приведена только минимально необходимая информация, которая может сейчас пригодиться.

Диаметр провода для намотки катушек L3-L4 зависит от максимального тока (суммы токов) всех потребителей, который вы хотите получить на выходе фильтра следующим образом:

• d — диаметр провода, мм;
• I — максимальный действующий ток в цепи, А;
• j — допустимая максимальная плотность тока, А/мм2 (в данном случае ее можно принять любую из интервала 6. 10 А/мм2).

При максимальной плотности тока 8 А/мм2 диаметр провода для тока 10 А составит 1,26 мм (Рнагр = 2,2 кВт — такая мощность вряд ли когда потребуется); для 8 А — 1,13 мм (Рнагр = 1,76 кВт); для 4,54 А — 0,85 мм (Рнагр = 1 кВт).

Так как удобнее иметь два фильтра по 1 кВт, чем один на 2,2 кВт, мы остановимся на меньшей мощности (1 кВт) и выбираем для намотки провод диаметром 0,85 мм.

Конструктивное выполнение фильтра тоже имеет большое значение. Надо исключить проникновение помехи со входа на выход через паразитные емкости монтажа и электромагнитную связь, для чего необходимо рбеспечить экранирование каскадов, выделенных на схеме пунктиром.

Для индикации наличия напряжения на контактах выходных розеток служит светодиод HL1 (подойдет любой из серии КИПД). В качестве соединительного кабеля можно использовать гибкий многожильный провод, имеющий 3 жилы с сечением каждой не менее 0,75 мм2.

Схема ограничителя напряжения

Теперь о том, как сделать ограничитель напряжения. рассмотрим схему ограничителя, как показано на рис. 5.

Варисторы RU1-RU2 могут быть применены любого типа (с рассеиваемой энергией 60. 150 Дж), но имеющие дисковую конструкцию корпуса, что удобно для монтажа, например TVR14431 (115 Дж, 430 В), S14К420 (90 Дж, 420 В) и другие.

В этом случае печатная плата изменений не потребует, так как на ней уже было предусмотрено место для установки защитны* варисторов и диодов. Диоды VD2, VD3 (1.5КЕ440А или Р4КЕ440А) могут быть заменены одним сдвоенным, типа 1.5КЕ440СА. Работа варистора и защитных диодов подробно описана ранее, поэтому здесь повторяться не буду.

Рис. 5. Фильтр с ограничителем уровня выходного напряжения.

Рис. 6. Топология печатной платы и расположение элементов.

Монтаж элементов выполняется на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5. 2,5 мм, рис. 6. Для увеличения плотности монтажа диоды VD2, VD3 находятся под конденсатором Сб. Конденсатор С5 можно составить из двух расположенных по высоте. А для удобства подключения внешних цепей на плате могут быть установлены контактные винтовые зажимы.

Внешний вид собранной платы показан на рис. 7. Для обеспечения хорошей высокочастотной фильтрации элементы схемы надо располагать в двух экранированных секциях (экран можно сделать из тонкой медной фольги) и в качестве корпуса использовать коробку подходящих размеров.

Рис. 7. Внешний вид собранной платы фильтра (без экрана).

Внешний вид пластмассового корпуса, где это может все разместиться, показан на рис. 8, его размеры 200x110x45 мм. Выходные розетки (XS1-XS4) использованы разных типов — это зависит от конкретных подключаемых устройств (не все имеют вилку с заземлением и ставить везде розетки с заземлением нет необходимости, к тому же они занимают больше места).

Установка дополнительных выключателей SA2-SA4, кроме общего (SA1), позволяет из четырех розеток три независимо отключать (вспомогательные устройства, например модем, сканер, звуковой усилитель и др.), что бывает удобно.

Рис. 8. Внешний вид законченной конструкции корпуса универсального фильтра.

При выбросе напряжения в сети амплитудой более чем 440 В сначала срабатывают защитные диоды, а потом варисторы, ограничивая напряжение.

Если в подключенной аппаратуре произошло короткое замыкание, предохранители (FU1, FU2) отключают нагрузку от сети. Срабатывание плавкого предохранителя может произойти и в том случае, если энергия импульса перенапряжения значительно больше энергии, рассеиваемой варисторами (от чего они разрушаются, защищая подключенную аппаратуру).

Обычно в промышленных сетевых защитных устройствах устанавливают не только плавкие предохранители, но и токовые выключатели (чаще оба вида одновременно). Если у вас в квартире на сетевом вводе уже стоит такого вида защита, то в приставке их можно не ставить.

Технические параметры у такого фильтра следующие:

• входное и выходное напряжение частотой 50 Гц до 240 В;
• допустимая мощность нагрузки не более 1000 Вт;
• максимальный ток нагрузки 4,54 А;
• ослабление высокочастотных помех на частоте:10 кГц — 2,2 раза (вносимое затухание — 6,8 дБ); 50 кГц — 86,2 раза (38,7 дБ).

На частотах 100 кГц и выше затухание не измерялось, но и так очевидно, что оно будет значительно больше, чем у массовых промышленных аналогов.

Литература: Радиолюбителям полезные схемы, Книга 5. Шелестов И.П.

Как устроен сетевой фильтр и что у него внутри?

Содержание

Содержание

Наверняка в каждом доме найдется сетевой фильтр, а может даже не один. При этом мало кто серьезно задумывается, зачем он нужен и какие функции выполняет. В данном материале рассмотрим устройство «безмолвного» защитника и назначение его компонентов.

Зачем нужен сетевой фильтр

Прежде чем начать препарировать сетевой фильтр, нужно определиться с проблематикой. Так ли он нужен и может можно без него обойтись?

Современная квартира полна разной электронной техники, которая подключается к обычной электрической розетке. В розетке как раз и кроется основная угроза для «здоровья» техники. Дело в том, что форма питающего напряжения далека от идеала, известного из учебников физики. Помимо основной, «правильной» синусоиды, в ней присутствует огромное количество различных помех, наводок и возмущений, оказывающих негативное влияние на работу электронных компонентов устройств. Природа этих помех многогранна, но, если коротко, то основные причины кроются в следующем:

• работа импульсных преобразователей и блоков питания, дающих часть «шума» в общую сеть;
• неравномерность нагрузки общей системы электроснабжения, в которой то и дело включают мощных потребителей (электродвигатели; сварочные трансформаторы, микроволновки и т. д.);
• природные явления, в частности грозы, вызывающие в проводниках электросети импульсы высокого напряжения;
• нелинейность нагрузки, что приводит к некоторой разбалансировке питающих сетей, в результате чего между фазным и нейтральным проводом возникают токи высоких гармоник, существенно искажающих эталонную синусоиду как по форме, так и по величине.

Если подойти к решению вопроса по созданию комфортных условий для работы техники кардинально, то наилучшим решением будет установка на ввод электропитания в жилище стабилизатора и фильтров помех. Но такое решение громоздко и достаточно дорого. Компромиссом являются сетевые фильтры для бытовой техники. В них удачно сочетаются невысокая стоимость и необходимый уровень защиты.

Устройство сетевого фильтра

В зависимости от комплектации и ценовой категории сетевого фильтра, в нем могут быть установлены различные компоненты, являющиеся элементами тех или иных видов защиты. На данном этапе познакомимся с максимальной комплектацией сетевого фильтра.

Итак, «правильный» сетевой фильтр должен содержать в своем составе следующие элементы.

Кнопка включения

Подает питающее напряжение на группу розеток. Функционал достаточно простой — банальное включение и отключение напряжения для всех устройств, подключенных к фильтру. Может совмещать в себе функции предохранителя, вызывая обесточивание розеток при необходимости.

Если нужна более гибкая конфигурация фильтра — есть модели с индивидуальными кнопками для каждой розетки.

С точки зрения безопасности наиболее правильными считаются широкие кнопки, одновременно размыкающие линейный и нейтральный проводники. Так фаза никогда не появится на контактах при отключенной кнопке.

Предохранитель

Основная задача предохранителя — защита питающей сети от коротких замыканий в цепях потребителей, а также отключение устройств при превышении расчетной мощности, на которую спроектирован сетевой фильтр. Значения мощности и допустимого тока указываются на информационной табличке, нанесенной на корпус устройства.

Предохранитель состоит из биметаллической пластинки, разрывающей цепь питания при превышении заданной температуры, обусловленной протеканием по цепям токов больших величин. Восстановить цепь можно спустя некоторое время, необходимое для отключения неисправного устройства и остывания биметаллической пластины, просто нажав на кнопку предохранителя.

Варистор

Варистор выполняет в устройстве функцию защиты от импульсного (кратковременного) перенапряжения, вызванного помехами или грозовыми разрядами.

Физически он представляет собой переменный резистор, сопротивление которого резко меняется при достижении определенного порогового значения напряжения. Причем чем выше напряжение порогового значения, тем меньше сопротивление элемента. Таким образом, при прохождении импульса высокого напряжения, варистор шунтирует цепь и вызывает срабатывание предохранителя. При этом, как правило, элемент приходит в негодность.

Конденсатор

Основная задача конденсатора — отсечь от нагрузки высокочастотную помеху, возникающую между фазным и нейтральным проводниками, и вернуть ее обратно в сеть, поскольку он является прекрасным проводником сигналов высокой частоты.

Как правило, для защиты используются конденсаторы, рассчитанные на работу с напряжением питающей сети до 250 В и способные «пережить» кратковременный его всплеск до 2,5 кВ. Обычно емкость используемых конденсаторов находится в диапазоне от 0,1 мкФ до 1 мкФ.

Дроссель

Из курса электротехники известно, что с ростом частоты растет и реактивное сопротивление катушки индуктивности. Она просто не способна пропустить через себя высокочастотные помехи, поскольку они в ней, что называется, «вязнут» и преобразовываются в тепло. Если катушка намотана на ферритовый сердечник, то ее способность противостоять высокочастотным помехам только усиливается.

Свойства дросселя и конденсатора нашли широкое применение в борьбе с помехами высокой частоты, а именно в LC-фильтрах, являющихся недорогим и достаточно эффективным способом противостояния паразитным возмущениям.

Катушка за счет своего индуктивного сопротивления не пропускает к розеткам фильтра высокочастотные помехи, зато их хорошо проводит конденсатор, возвращая их обратно в сеть.

Как работает сетевой фильтр

Работа сетевого фильтра в плане «очистки» от помех и импульсов высокого напряжения наглядно показана на схеме.

В итоге, «грязное» напряжение, пройдя последовательно через функциональные блоки сетевого фильтра, очищается от помех и попадает на сетевые розетки устройства с пригодными для работы подключенных потребителей параметрами.

Сертификаты соответствия на продукцию ООО Гагаринский бетонный завод

Сертификат соответствия на бетоны по ГОСТ 7473-2010 и растворы по ГОСТ 28013-98

Сертификат соответствия на арматуру композитную АКП – ГОСТ 31938-2012.

Сертификат соответствия на арматуру композитную АКП – ТУ 23.99.19.190-001-92512647-2021

Сертификат на конструкции бетонные и железобетонные для колодцев канализационных, водопроводных, газопроводных сетей типов КС, ПН, ПП.

Сертификат на бетоны на бетоны по ГОСТ 7473-2010 и растворы по ГОСТ 28013-98.

Декларция о соответствии.

Свидетельство о поверке весов для взвешивания инерционных материалов.

Мы рады Вам предложить товары в наших интернет – магазинах.

МЫ ПРОИЗВОДИМ
ДОСТАВЛЯЕМ
КАЧЕСТВЕННЫЙ БЕТОН .

г. Гагарин

Промышленный проезд, дом 3

Гагаринский бетонный завод

ВНИМАНИЕ, НЕ ПУТАЙТЕ АДРЕС!

Отдел продаж:

ООО “Гагаринский бетонный завод”
Тел.: +7 (900) 220-11-22

+7 (926)900-09-69
Факс: +7 (495) 778-31-88
Моб.: 8-926-779-96-96
E-mail:betonbeton67.ru

Мы принимаем карты:

Во второе воскресенье августа отмечают свой профессиональный праздник строители.

Компания Гагаринский Бетонный Завод поздравляет с ДНЕМ СТРОИТЕЛЯ.

здесь может быть:

ВАША РЕКЛАМА

• ГЛАВНАЯ
• |
• Партнёры
• |
• Вакансии
• |
• НАПИСАТЬ НАМ
• |
• КОНТАКТЫ
• |
• Схема проезда
• |
• Документы
• |
• прайс листы
• |
• Сертификаты
• |
• Дилерам
• |

ООО “Гагаринский бетонный завод”

Тел. : +7 (926) 900 09 69

+7 (900) 220 11 22

+7 (926) 779 96 96

Факс: +7 (495) 778 31 88

E-mail: betonbeton67.ru

ПРОИЗВОДСТВО: бетон, раствор, арматура, стеклопластиковая арматура, арматура базальтовая, керамзитобетон, тротуарная плитка, брусчатка, бордюр, пеноблок, цемент в мешках, арматура, щебень, песок, пгс, гравий
ДОСТАВКА:Гагаринский район, г.Гагарин, город Гагарин, Гагарин, Темкино, Вязьма, Сычевка, Можайский район, Уваровка, Бородино, Можайск, Руза, Верея, Дорохово, Тучково, Кубинка, Москва, Смоленск, Яузское водохранилище, Вазузское водохранилище, Можайское водохранилище, Новорижское шоссе, Можайское шоссе, Минское шоссе.