Сетевой фильтр с генератором

Схемы сетевого фильтра 220 вольт для потребителей двухпроводной и трехпроводной сети

Домашнему мастеру важно понимать, как работают схемы сетевого фильтра и на основе этих знаний выбрать оптимальную конструкцию под свои задачи. Актуальность этого вопроса возникла буквально в последнее десятилетие.

За это время в наших квартирах появилось множество бытовых приборов с импульсными блоками питания. Это не только компьютерные устройства, но и микроволновки, светодиодные и энергосберегающие лампы, другая техника с электронным управлением.

Все это генерирует высокочастотные импульсы помех в сеть, хотя производители стараются их ограничить. У бюджетных моделей такая функция осуществляется не полностью и представляет опасность для всех потребителей.

Зачем нужен сетевой фильтр: краткое пояснение

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

Другими словами, весь электрический мусор, поступающий из сети питания, отсеивается на входе нашего устройства и не влияет на качество работы бытового прибора. Основной же сигнал сети 220 вольт с частотой 50 герц беспрепятственно проходит через фильтр.

Электромагнитные помехи в сети появляются спонтанно, предугадать их появление невозможно. Даже простое включение лампы накаливания формирует начальный бросок тока, создающий зону переходных процессов.

Подключение электродвигателей холодильника, стиральной или посудомоечной машины связано с изменением индуктивного сопротивления. Ток такого включения может превышать в десятки и более раз номинальную величину нагрузки.

При этом в сети создается значительная «просадка» напряжения. А далее следует его всплеск, формирующий высоковольтные помехи.

Эти процессы протекают кратковременно. Во времена пользования аналоговой бытовой техникой они особого вреда не причиняли, а в аудио и видео аппаратуру встраивали простейшие фильтры, отлично выполняющие свои функции.

Они надежно сглаживали все эти быстрые провалы и пики напряжения своей конструкцией, предотвращая их попадание к чувствительной электронной схеме.

Какой вред наносят электромагнитные помехи

1. Напряжение кратковременных импульсов накладывается на основной сигнал питания сети 220. При этом в точке амплитуды может возникнуть перенапряжение, способное прожечь рабочий слой изоляции или повредить электронный компонент.
2. Проникающие внутрь слаботочных цепей посторонние сигналы искажают работу звукозаписывающих или звуковоспроизводящих устройств, видеотехники, телеприемников, дорогой цифровой аппаратуры.
3. Специальная техника позволяет через электромагнитные шумы, передающиеся по нулевому проводнику, проложенному вне квартиры, получать доступ к конфиденциальной информации.

Чтобы надежно бороться с помехами необходимо знать особенности своей бытовой сети.

2 варианта подключения бытовой проводки, влияющие на работу сетевого фильтра

В наших квартирах существует 2 типа заземления электрической схемы:

1. двухпроводная, выполненная по системе TN-C с проводниками фазы и рабочего нуля;
2. трехпроводная (TN-S, TN-C-S. TT), дополненная РЕ-проводником или по-простому — землей.

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

В двухпроводной схеме опасность создает дифференциальный сигнал напряжения помехи, который идет только через провода фазы и нуля. Другого пути замкнутой цепи для прохождения постороннего тока высокой частоты здесь просто нет.

Для трехпроводной схемы добавляется еще синфазное напряжение помех. Оно проникает через земляной проводник и цепочку фазы либо нуля.

По этим причинам конструкции фильтров для двухпроводной и трехпроводной сети питания отличаются. Использовать их необходимо по назначению, а путать или произвольно подключать не рекомендуется.

Устройство, фильтрующее только дифференциальное напряжение помехи, не станет бороться с синфазными составляющими.

Фильтрация же посторонних в/ч токов, поступающих из двухпроводной сети, устройствами с защитой от синфазных сигналов происходит лучше, но требует их корректировки.

Когда удлинитель типа «Пилот» с контактом земли подключают в двухпроводную сеть, то он объединяет все корпуса периферии (системный блок, монитор, принтер…). В итоге через мощный земляной провод постоянно выравниваются потенциалы, уменьшается их переток по слаботочным цепям интерфейсного проводника.

Однако здесь не все так просто. Для фильтрации синфазных помех конденсаторами создается искусственная средняя точка, которая подключена в трехпроводной схеме РЕ проводником на контур земли.

По этой цепочке снимается создаваемый потенциал порядка ста вольт, образующийся на корпусах подключенного оборудования. У двухпроводной схемы магистрали отвода этого потенциала нет.

Человек, оказавшийся случайно между таким корпусом и землей, получает непередаваемые ощущения прохождения тока сквозь свое тело.

Основные эксплуатационные характеристики фильтров, которые важно знать

Борьба с электромагнитными помехами из сети выполняется разными способами. Популярными являются экранизация и использование электронных компонентов.

Какой корпус эффективнее борется с помехами

Отличительной чертой качественных изделий является закрытый металлический экран, исключающий прохождение и наводку посторонних электромагнитных сигналов. Его подключают на контур заземления.

В советское время на нем указывали схему внутренних соединений и технические характеристики изделия.

Такой корпус может изготавливаться общим для всего устройства, как делается у микроволновки или системного блока компьютера.

Многочисленные современные модули, выпускаемые для фильтрации помех из бытовой сети, имеют обычный пластиковый кожух.

Они лишены возможности защиты от внешних наводок и посторонних излучений.

К тому же часто маркетологи называют обычные удлинители сетевым фильтром, что не совсем правильно. При этом используется их внешнее сходство.

Конструктивные особенности и электрические характеристики, улучшающие условия фильтрации

Наличие выключателя

Маркетологи обращают на него внимание, показывая небольшие удобства в пользовании. Его же ставят на обычных удлинителях.

Однако на этом его роль и заканчивается. Он просто позволяет отключать или подавать питание потребителям без выдергивания вилки из розетки. Эта функция бывает полезна, когда розеточный блок закрыт мебелью, а доступ к нему затруднен.

Допустимый ток нагрузки

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

Ток нагрузки, например, 10 ампер, приведенный на корпусе, составляет максимальное потребление всех подключенных устройств. Превышать его нельзя, ибо внутренняя схема перегреется, возникнут повреждения изоляции.

Здесь важно учитывать, что в такой закрытой конструкции толщина многожильного провода из меди не превышает 1 мм квадратный.

Таким же сечением выполнены дроссели, выполняющие роль индуктивного сопротивления.

В руки отдельных пользователей могут попасть фильтры, выпущенные в странах с напряжением 100 или 110 вольт (например, США, Япония). У них другие контактные разъемы.

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

Основные электронные компоненты внутренней схемы

Защита варисторами

Уже в самых дешевых конструкциях используется один варистор. Он стоит на входе между потенциалами фазы и нуля. При нормальном напряжении сети он имеет очень высокое электрическое сопротивление и ничем не мешает работе схеме.

Когда же из сети приходит остаточный импульс перенапряжения, не до конца погашенный устройствами УЗИП, то внутреннее сопротивление варистора резко снижается.

За счет этого через него по закону Ома начинает протекать большой ток, преобразующийся в тепловую энергию, а в схему поступает только допустимый уровень напряжения.

Для трехпроводной проводки используются три варистора. Они включаются для устранения дифференциальных и синфазных помех напряжения.

Индуктивности и конденсаторы в высокочастотной схеме

В конструкции в/ч фильтра используется зависимость емкостного и индуктивного сопротивления от частоты сигнала.

Обычные 50 герц легко проходят через индуктивность. Для помехи же высокой частоты здесь создается большое сопротивление. Поэтому обмотки катушек включают последовательно с проводниками. Их делают таким же сечением, как основной провод.

Конденсаторы же подключают параллельно дифференциальным и синфазным помехам. Емкостное сопротивление имеет обратную зависимость от частоты сигнала. Оно шунтирует высокочастотное напряжение.

Особенности работы ферритового кольца

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

Такой пассивный элемент в виде цельного или составного цилиндрика подавляет проходящие по кабелю в/ч помехи своим индуктивным сопротивлением.

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

• отражение части высокочастотной помехи индуктивностью обратно в сеть;
• или частичное поглощение в/ч волны материалом феррита (более эффективно);
• либо совмещение обеих функций.

Качество подавления помех ферритом можно увеличить. Достаточно пропустить кабель несколько раз вокруг его кольца. Однако не всегда это удается выполнить на практике.

2 простые схемы для повторения своими руками в двухпроводной сети

Основное преимущество этих конструкций состоит в том, что они занимают мало места. Все компоненты можно встроить внутрь корпуса обычного заводского удлинителя.

Схема LC-фильтра

Вначале показываю схему попроще, обеспечивающую вполне приемлемые результаты.

Токовый ключ SC обеспечивает защиту подключенных потребителей от перегрузок и токов коротких замыканий.

Высокоомный резистор на 1 мегаом практически никак не влияет на прохождение сигналов. Его роль — разряд конденсатора C при выключении питания для повышения безопасной эксплуатации.

Схема RLC-фильтра

Предыдущую конструкцию можно доработать добавкой низкоомных резисторов и изменением характеристик электронных компонентов.

Номиналы конденсаторов показаны на схемах. Их изоляция обкладок должна выдерживать рабочее напряжение сети, увеличенное импульсом помехи. Подбирайте их минимум на 300 вольт, а лучше — больше.

Промышленные и самодельные фильтры для трехпроводной системы питания

Среди серийно выпускаемых изделий имеются довольно полезные технические решения, на которые домашнему мастеру стоит обратить внимание.

Краткий обзор полезных функций заводских моделей

Одной из популярных разработок, широко представленной в торговле, считается серия фильтров Pilot разных конструкций.

Принципиальная электрическая схема сетевого фильтра Пилот показана на картинке для облегчения понимания его возможностей.

Остановлюсь на задачах, которые призван решать Pilot XPro, специально созданный для комфортной работы, продления ресурса подключенных потребителей и снижения расхода электричества. Это:

• защита варисторами от импульсных перенапряжений;
• предотвращение действия высокочастотных помех индуктивно-емкостными сопротивлениями;
• управление электропитанием за счет введения функции Master Control;
• защита от перенапряжений, связанных с обрывом нуля;
• плавное отключение и включение оборудования под нагрузку функцией Zero Start за счет исключения бросков тока встроенной схемой;
• автоматика включения потребителей после устранения аварийного пропадания питания;
• два уровня защиты от токовых перегрузок или коротких замыканий за счет плавкого предохранителя и биметаллического расцепителя;
• индикация подключения к сети и уровня напряжения питания;
• контроль температуры и автоматическое отключение при перегреве.

Функция Master Control определяет одну розетку основной (как master-розетка). На нее подключают основной потребитель мощностью более 50ватт, например, системный блок компьютера.

При его включении автоматика одновременно запитывает три других розетки с периферийным оборудованием. Она же отключает их при снятии питания с основного блока.

На корпусе имеются розетки, не управляемые микропроцессорной автоматикой. Их используют для освещения, телефона, другого оборудования

Более подробные сведения об этом оборудовании можете узнать в коротком видеоролике владельца ZIS Company.

2 самодельные схемы, обеспечивающие качественную работу аудиоустройств

Сразу замечу, что нашел их я на просторах интернета и не проверял. Однако автор этих разработок sergeon вызвал доверие своими комментариями и объяснениями. Поэтому публикую их для повторения в порядке сложности.

Простой сетевой фильтр для аудио

Слева показан десятиомный резистор, подключенный параллельно с диодами, расположенными встречно между корпусом аудиоприбора и землей. Диоды устраняют токи утечек, которые могут возникнуть в этой цепочке. Резистор же пропускает их небольшую величину, ограничивая вероятность образования перенапряжение.

Синфазный трансформатор собран из двух одинаковых индуктивностей 4,7 mH, подключенных встречно. Он устраняет синфазные помехи, но хорошо пропускает основной сигнал.

Его работу дополняют два конденсатора по 1nF, соединенные средней точкой с контуром земли. По этому пути они отводят ослабленные трансформатором помехи, не пропускают их дальше в рабочую схему.

На конечном участке пути сигнала работает резистивно-емкостная цепочка Цобеля. Она предохраняет всю конструкцию от бросков ЭДС самоиндукции, которые появляются при отключениях питания.

Улучшенная конструкция сетевого фильтра для истинных меломанов

Ниже показываю вторую, более доработанную разработку этого же автора.

Принцип ее работы кратко поясню по маршруту прохождения основного сигнала: слева на право. Индексом PGND помечен защитный РЕ-проводник, а GND — это корпус устройства.

Сразу на входе две емкости по 1nF снижают электромагнитные синфазные шумы. Диоды и резистор работают, как и в предыдущем случае.

Сюда же добавлен предохранитель с плавкой вставкой на 1 ампер. Его вполне достаточно для защиты внутренней схемы.

Но, если ток потребления у вашей аудио системы большой и предохранитель выбивается от нагрузки, то всю схему этого девайса необходимо пересчитать под повышенную мощность и заново выполнить ее перемонтаж.

Роль варистора R2 уже описана выше. Терморезистор же R3 здесь добавлен для снижения величины бросков тока во время включения. Он сберегает ресурс оборудования, частично срезает частоту.

Два резистора R4 и R5 автоматически разряжают конденсатор C3 при отключении питания, а их последовательное включение повышает надежность системы за счет обеспечения запаса по величине напряжения.

Индуктивность первого синфазного трансформатора повышена до 25 миллигенри.

Емкости C4 и C5 дополнительно погашают синфазные шумы на землю. Но в двухпроводной схеме питания они просто затруднят работу трансформатора Т1, шунтируя его выход. Для такого случая предусмотрена перемычка на J7. Ее снятие обеспечивает подключение T1 в режим борьбы только с дифференциальными помехами.

Далее идут две индуктивности L1, L2 и емкость C6, создающие главное препятствие для диф помех.

Синфазный трансформатор T2 качественно завершает борьбу с посторонними электромагнитными сигналами.

Дополнительной задачей емкости С7 является снижения искрения в контактах выключателя. А последние элементы C8 и R6 подавляют образование резонансных явлений выключателем, исключают искрение.

Заканчивая статью хочется еще раз обратить внимание, что схемы сетевого фильтра устраняют помехи только в двух случаях, когда они приходят:

1. по земляному проводу;
2. или по сети питания.

Если у вас есть что добавить к изложенному мной материалу, то воспользуйтесь разделом комментариев.

Источник