Come sono organizzati e funzionano i filtri di rete

Interferenze di rete non appena si presentano. Dispositivo filtro di rete, lo scopo dei suoi elementi. Funzionalità dei filtri di rete.

Teoria delle domande

La corrente alternata in una rete domestica è sinusoidale. Ciò significa che i cambiamenti di tensione e, di conseguenza, di corrente, si verificano lungo una sinusoide, cioè lungo un arco liscio che oscilla simmetricamente attorno all'asse temporale. In un secondo, la tensione nella presa cambia il suo valore da +310 a -310 volt cinquanta volte. Quindi, in teoria, funziona una rete CA di 220 volt 50 hertz.

Tuttavia, se osserviamo la forma d'onda della tensione nella nostra presa, vedremo che è tutt'altro che ideale. Cosa c'è una sinusoide !? Picchi, impulsi, distorsioni di forma, variazioni di ampiezza, lanci e salti continui: questo è ciò che vedremo. Tutto ciò rovina il quadro ed è in grado di disabilitare gli elettrodomestici. Quest'ultimo, prima di tutto, riguarda centri musicali, televisori, alimentatori per radiotelefoni e altri dispositivi.

Ci sono molte ragioni per la distorsione della sinusoide della tensione di rete. Questi includono l'accensione e lo spegnimento di potenti ricevitori elettrici, sovratensioni atmosferiche, cortocircuiti sul lato superiore di una sottostazione del trasformatore, nonché vari transitori complessi.

Da un corso di matematica è noto che qualsiasi funzione complessa può essere rappresentata sotto forma di una serie trigonometrica convergente di Fourier. Ciò significa che la nostra sinusoide distorta è semplicemente la somma di altre sinusoidi molto diverse, ognuna delle quali ha la propria frequenza e ampiezza. E per noi, per il funzionamento sicuro e affidabile dei nostri elettrodomestici, dobbiamo lasciare solo una sinusoide - con un'ampiezza di 310 volt e una frequenza di 50 hertz. Tutti gli altri sinusoidi o, come è consuetudine dire, armoniche, abbiamo bisogno di sopprimere, scaricare e non passare al ricevitore di potenza.

Inoltre, esiste anche un tipo speciale di interferenza aperiodica, che non può essere prevista o descritta usando funzioni matematiche. Questi sono impulsi di impulso - aumenti molto a breve termine, ma significativi. Possono verificarsi assolutamente in qualsiasi momento e, ovviamente, anche non apportare benefici agli elettrodomestici. Pertanto, anche il rumore degli impulsi deve essere soppresso.

Per risolvere questi due problemi e vengono utilizzati protezioni contro le sovratensioni. Proteggono le apparecchiature da alta frequenza, bassa frequenza e rumore di impulso nella rete. Ma come funzionano?

Protezione da sovratensioni

Se la resistenza dei resistori non dipende dal tipo di corrente che li attraversa, la reattanza di tali elementi circuitali come capacità e induttanza dipende direttamente dalla frequenza della corrente. Ad esempio, la resistenza di un induttore aumenta bruscamente per le correnti ad alta frequenza.

Questa proprietà di induttanza viene utilizzata solo nei limitatori di sovratensione per sopprimere il rumore ad alta frequenza - onde sinusoidali con piccoli periodi. È sufficiente posizionare due bobine in serie con il carico - nel neutro e nel conduttore di fase. L'induttanza di ciascuno può essere di circa 60-200 μH.

Le interferenze a bassa frequenza possono essere soppresse dalla resistenza attiva degli induttori o dai singoli resistori, anch'essi disposti in serie con il carico. La resistenza di tali resistori non dovrebbe essere grande, altrimenti avranno una caduta di tensione significativa. Pertanto, i resistori per la soppressione delle interferenze a bassa frequenza devono avere una resistenza massima di 1 ohm.

Tuttavia, i filtri che portano il nome in codice LC sono più efficaci contro le interferenze di rete. Non si limitano a induttorie include un condensatore con una capacità di 0,22 - 1,0 μF, collegato in parallelo con il carico.La tensione nominale del condensatore deve essere selezionata con almeno due margini rispetto alla tensione di rete per tenere conto delle differenze di tale tensione.

L'effetto dei filtri LC è direttamente correlato a due leggi di commutazione: una bobina L elimina improvvisi cambiamenti di corrente e un condensatore C smorza le fluttuazioni di tensione ad alta frequenza.

Ma abbiamo ancora pulsato interferenze a breve termine. Possono essere trattati usando uno speciale elemento a semiconduttore avente una caratteristica di tensione di corrente non lineare - un varistore. A bassa tensione, il varistore si comporta come un resistore di altissima resistenza e praticamente non passa corrente. Ma se la tensione sale al livello nominale per il varistore, la sua resistenza diminuisce drasticamente - passa un impulso di corrente attraverso se stesso.

Pertanto, se il varistore è incluso nel carico parallelo, allora "subentra" agli impulsi ad alta tensione, deviando il carico per la durata della loro esposizione. La tensione nominale del varistore dovrebbe essere di circa 470 volt.

Così, il filtro di linea per un funzionamento più o meno efficace deve contenere: due induttori 60-200 μH collegati in serie al carico protetto, nonché un varistore da 470 volt e un condensatore da 0,22 - 1,0 μF collegati in parallelo. Se necessario, è possibile includere nel circuito resistori per sopprimere l'interferenza a bassa frequenza di massimo 1 Ohm. La corrente nominale degli elementi del circuito deve essere selezionata in base alla potenza del carico.

pratica

La stragrande maggioranza dei filtri di rete economici che conosciamo nella vita di tutti i giorni, infatti, non sono filtri di rete. Contengono solo un varistore e un contatto bimatallico per la massima protezione della corrente.

Ma tali filtri sono facilmente raffinati se braccio con un saldatore e raccogliere tutti gli elementi elencati necessari per assemblare il circuito LC.

La potenza della maggior parte dei limitatori di sovratensione è bassa. Ciò è dovuto al fatto che gli induttori e altri elementi filtranti per un grande carico saranno troppo ingombranti e costosi. Spesso, per i ricevitori di potenza ad alta potenza in generale, è possibile utilizzare solo filtri che sono convertitori di semiconduttori. E il prezzo di tali filtri sarà molto più alto, così come la complessità del loro dispositivo.

Fortunatamente, i potenti elettrodomestici non devono essere protetti dalle interferenze di rete. E la stufa, il ferro e il bollitore non si preoccupano assolutamente della qualità dell'elettricità che ricevono. Pertanto, non hanno bisogno di protezioni contro le sovratensioni.

E i computer, i televisori e i centri musicali consumano pochissima energia e un filtro di linea separato con una corrente nominale di pochi ampere è sufficiente per proteggerli.

Alexander Molokov

Comments

[#1]

60-200 μg - quanti giri e che diametro è il giro?

[#2]

In effetti, i moderni tipi di apparecchiature elettroniche come la televisione e il computer sono già dotati della propria protezione. Questo filtro di linea incorporato (LC) e una tensione di alimentazione di 100-260 V. (Tensione automatica secondo me), ecc. In generale, sono progettati per energia elettrica instabile e di scarsa qualità, o sbaglio? E ha senso usare filtri aggiuntivi?

Eugene,
Puoi usare quelli già pronti da vecchie schede, ad esempio da una TV. Dicono direttamente quanti ICG.

[#3 s]

hmm, perché da -310 a 310 volt?

[#4]

Perché 220 volt è il valore di tensione effettivo. Il massimo, cioè l'ampiezza è di circa 310 volt.

[#5]

Voglio prestare particolare attenzione al fatto che esistono filtri di rete in cui i varistori sono collegati non solo tra fase e zero, ma anche tra fase e terra e zero e terra! Pertanto, non tutte le protezioni contro le sovratensioni possono essere utilizzate senza messa a terra nella presa di corrente! Quando la tensione supera i 231 volt, il varistore di solito "scatta" tra fase e zero e oltre 250-300 volt, il ripristino avviene sul conduttore di terra. Se non c'è messa a terra, la corrente percorrerà il percorso di minor resistenza, ad es. attraverso gli elettrodomestici fino al luogo di "guasto".

Nella foto nell'articolo vediamo il magnifico limitatore di sovratensione APC SurgeArrest® Home / Office PH6T3, è severamente vietato utilizzarlo senza messa a terra.

Quando ho collegato un filtro di questo tipo senza messa a terra, ho notato che l'indicatore di messa a terra si illumina in verde, mostrando la massima funzionalità! Dopo aver spento il computer, la luce si è spenta; dopo aver spento il telefono, si è spenta.

Per lo stesso motivo, consiglio vivamente di non installare prese con un contatto di messa a terra in un appartamento senza messa a terra! Utilizzare normali cavi di prolunga con un pulsante di spegnimento, con un contatto di messa a terra e provare a collegare l'apparecchiatura collegata tramite cavi di data a uno di tali cavi di prolunga.

Ciò è necessario per equalizzare i potenziali tra i dispositivi. (Esempio 1: unità di sistema, monitor, stampante, altoparlanti. Esempio 2: TV, lettore DVD.)

UZO, Difavtomat, i relè di tensione e i fusibili di tali FILTRI DI RETE non salveranno, le tue apparecchiature, salveranno solo da un incendio per colpa dei venditori che non ti dicono informazioni complete e per colpa dei produttori che non scrivono della necessità di messa a terra per il loro "dispositivo miracoloso" .

Non è facile riconoscere tali filtri di linea: se dopo aver letto il manuale dell'utente non è chiaro se la messa a terra sia necessaria o presunta, passare a un'ispezione visiva. In genere, tali dispositivi di protezione da sovratensione hanno una lampadina Protect o un simbolo di messa a terra, oltre a questi filtri costano più di $ 20.

Se hai tutte le prese messe a terra, ma hai eliminato un RCD o una macchina differenziale, presta attenzione ai filtri di linea. Le protezioni da sovratensione sono certamente utili, ma non tutti i filtri possono essere attivati ​​in sequenza (l'uno verso l'altro), e il punto qui non è il carico totale, ma fenomeni di risonanza e correnti aumentate sul terreno!

Se non si dispone di una connessione di terra e si è già acquistato un dispositivo di protezione da sovratensione con protezione variostatica a terra (e sono trascorsi 14 giorni dalla data di acquisto), non tentare di restituire questo filtro al negozio. Non tentare di aggiornare il circuito tagliando il filo di terra, rimuovendo tale filtro "fino a tempi migliori".

(Puoi, ovviamente, tagliare tutto il cazzo e metterlo insieme, direttamente, ma è un peccato.)

[#6]

1. In realtà, abbastanza stranamente, anche gli impulsi singoli sono disposti nella serie di Fourier. Ad esempio, un impulso di fulmine è una corrente continua, ma durante la decomposizione è chiaro che si tratta di oscillazioni ad alta frequenza. In effetti, l'impulso elettromagnetico di tale corrente continua si estende a chilometri dal luogo di un fulmine e brucia amplificatori televisivi in ​​onda, e 10 m di un filo ordinario (come l'induttanza senza senso) rappresentano una resistenza significativa alla corrente di fulmine.
2. Per una migliore comprensione del problema, si deve dire che le tensioni di sovracorrente possono andare lungo entrambi i conduttori di fase e neutro, quindi, secondo le regole, si suppone che protegga (limitatori) su entrambi i fili. Ciò è più evidente quando la protezione viene applicata all'intero appartamento usando la messa a terra (non la messa a terra!), Ben spiegato nel catalogo IEK. Ci deve essere una vera messa a terra (se non c'è TN-S, lo prendo dal rinforzo di edifici in cemento armato)!
3. Si può dire che esiste una classificazione dei filtri (soppressori di sovratensione) in base alla potenza e alla tensione di interferenza, i filtri portatili finali sono i più deboli, ma limitano l'interferenza alla minima tensione.
4.Per un collegamento in serie di filtri, il knockout degli interruttori differenziali è probabilmente spiegato meglio non dalla risonanza, ma da un aumento della dispersione verso terra attraverso i condensatori del filtro: più filtri ci sono, più perdite ci sono.
5. A proposito, all'ingresso di una potente lavatrice c'è anche un proprio filtro dai condensatori per proteggere la propria elettronica. Penso che i moderni piani cottura e forni con elettronica abbiano i loro filtri. Forse alcuni teieri e ferri competenti ne hanno già alcuni. Quindi non rilassarti, devi confrontare il costo degli elettrodomestici e la protezione dalle interferenze.

[#7 Dmitry]

Il mio filtro di rete svolge la funzione di automa. Alla moglie piace accendere contemporaneamente TV, asciugatrice, riscaldamento, ferro da stiro e un paio di potenti consumatori :-)

[#8 Alexander]

Sì, è impossibile fare a meno della messa a terra - è pericoloso non solo per la tecnologia ma anche per la vita ...

[#9]

Per quanto riguarda i singoli impulsi potenti:
Appaiono non solo dai fulmini, ma anche dai dispositivi di commutazione e potenti e non molto potenti. Gli impulsi di nano e picosecondi singoli sono quasi impossibili da rilevare, a meno che, per fortuna, con un oscilloscopio a memoria.
La protezione contro di essi è complicata e costosa - condensatori ad alta tensione di piccola capacità e induttanze toroidali su ferrite a bassa permeabilità con un avvolgimento molto rarefatto - per ridurre la capacità di inter-giro. Tutto questo è in uno speciale design in sezione, con una superficie interna argentata.
Funziona davvero, proteggendo la tecnologia informatica dal congelamento.
Post scriptum Il modo più semplice per intasare la tua rete elettrica e infastidire i tuoi vicini è usare i dimmer :)

[#10]

Molte novità dalla sezione dell'ingegneria elettrica, ad esempio il know-how.

[#11 massima]

Andrew,
Potete raccomandare un limitatore di sovratensione che può essere utilizzato in una presa senza messa a terra?

[#12 kapcheny]

Ho 3 connettori nel filtro: 1 connessione diretta, 2 protezione della batteria in modo che abbiano smesso di funzionare, qual è il problema?

[#13 Igor]

Apparentemente non hai un filtro, ma uno senza interruzioni. E nelle batterie ininterrotte, le batterie si guastano nel tempo, molto probabilmente questo è il motivo del fallimento della protezione della batteria, ma può essere solo un guasto (improbabile).