Как устроены и работают сетевые фильтры?
 Не сильно углубляясь в теорию переменного тока, можно лишь отметить, что правильной формой тока стандартной бытовой электросети является синусоида. За счет этого свойства изменение в напряжении осуществляется по дуге, которая симметрична временной оси. Переходя от теории к практике и привязывая ее к реальности на примере все той же бытовой электросети, стоит отметить, что за секунду времени напряжение сети изменяется от +310В до -310В 50 раз, что в свою очередь соответствует характеристикам:
- напряжение электросети: 220 Вольт;
- частота тока электросети: 50Гц.
Однако в реальности эти значения все-таки стоит принимать в качестве идеальных, так как на самом деле изменения напряжения в электрических розетках большинства жилых помещений происходит по дуге, которая по своей форме, мягко говоря, не совсем похожа на правильную синусоиду. То есть имеют место резкие всплески и существенные искажения формы, а также скачки и импульсы, которые зачастую становятся причиной преждевременного выхода из строя бытового электрооборудования.
Причин, которые приводят к заметным искажениям синусоиды изменений напряжения, существует немало, наиболее существенными из которых являются:
- включение/отключение электрооборудования большой мощности;
- короткое замыкание с высокой стороны ТП;
- различные процессы, происходящие внутри электросети.
В чем природа этих искажений? Оказывается, влияние на нужную нам синусоиду оказывают другие синусоиды, каждая из которых имеет свои характеристики. Чтобы обеспечить надежную работу электрооборудования необходимо выделить среди всей этой гаммы синусоид (гармоник) только одну, которая имеет характеристики: величина амплитуды 310 Вольт, частота – 50Гц.
Также очень важно учитывать, что в сети могут возникать незакономерные помехи, так называемые апериодические помехи, появление которых невозможно предугадать или же математически рассчитать. К таким помехам принято относить импульсные скачки напряжения, характеризующиеся кратковременностью и в то же время высокой амплитудой. Такие помехи могут возникнуть в любой момент, и, конечно же, ничего хорошего для бытового электрооборудования они в себе не несут.
Эффективно бороться как с гармониками, так и с апериодическими помехами, способны такие устройства, как сетевые фильтры, главной функцией которых является защита электрооборудования от различных видов помех в электросети.
Принцип работы сетевого фильтра
 Если на сопротивление резистора не оказывает ни малейшего влияния вид тока, который через него проходит, то на индуктивность и емкость данного устройства имеет самое прямое влияние частота электротока. К примеру, сопротивление катушки индуктивности будет увеличиваться с ростом частоты.
Именно на этом свойстве (получившем название индуктивность) и построена работа сетевого фильтра, которая наделяет его такой важной характеристикой, как возможность подавления высокочастотных помех, которыми в случае с электросетями являются синусоиды с малым периодом. Чтобы такое подавление стало возможным необходимо разместить две катушки, расположенные последовательно к нагрузке, и подсоединенные как к нулевому, так и к фазному проводу. Каждая из катушек должна иметь индуктивность в пределах 50-200 мкГн.
Для подавления низкочастотных помех хорошо себя зарекомендовали катушки индуктивности с активным сопротивлением, а также резисторы, установленные последовательным способом по отношению к нагрузке. Такие резисторы должны иметь невысокое сопротивление, чтобы не создавать существенное влияние на напряжение. Оптимальным выбором будут резисторы, имеющие сопротивление не более 1Ом.
Максимальной эффективностью в подавлении сетевых помех обладают фильтры, получившие название LC. В их составе присутствует не только катушки индуктивности, но и конденсаторы, емкость которых может быть от 0,2 до 1 мкФ.
Работа фильтра LC полностью основана на 2 законах коммутации:
- L катушка эффективно борется с резкими скачками тока;
- С конденсатор подавляет всевозможные колебания напряжения высокой частоты.
Что касается импульсных помех, коротких по времени своего действия, то их одолеть можно с помощью такого полупроводникового элемента, как варистор.
Исходя из всего вышесказанного, качественный и эффективный сетевой фильтр должен в себя включать:
- 2 катушки с индуктивностью в пределах 50-200 мкГн;
- варистор с напряжением в пределах 470В;
- конденсатор с емкостью 0,2-1 мкФ
|
