Jak są ustawione i działają filtry sieciowe?

Zakłócenia sieci w miarę ich powstawania. Sieciowe urządzenie filtrujące, cel jego elementów. Funkcje filtrów sieciowych.

Teoria pytań

Prąd przemienny w sieci domowej jest sinusoidalny. Oznacza to, że zmiany napięcia, a tym samym prądu, następują wzdłuż sinusoidy, to znaczy wzdłuż gładkiego łuku, który oscyluje symetrycznie wokół osi czasu. W ciągu jednej sekundy napięcie na wyjściu zmienia się z +310 na -310 woltów pięćdziesiąt razy. Teoretycznie działa sieć prądu przemiennego o napięciu 220 woltów i 50 hercach.

Jeśli jednak spojrzymy na przebieg napięcia w naszym gniazdku, zobaczymy, że nie jest on idealny. Co to jest sinusoida!? Ciągłe szczyty, impulsy, zniekształcenia kształtu, zmiany amplitudy, rzuty i skoki - oto, co zobaczymy. Wszystko to bardzo psuje obraz i jest w stanie wyłączyć urządzenia gospodarstwa domowego. Ten ostatni dotyczy przede wszystkim centrów muzycznych, telewizorów, zasilaczy radiotelefonów i innych urządzeń.

Istnieje wiele przyczyn zniekształceń sinusoidy napięcia sieciowego. Obejmują one włączanie i wyłączanie silnych odbiorników elektrycznych, przepięcia atmosferyczne, zwarcia po wysokiej stronie podstacji transformatorowej, a także różne złożone stany nieustalone.

Z kursu matematycznego wiadomo, że każdą złożoną funkcję można przedstawić w postaci zbieżnej trygonometrycznej serii Fouriera. Oznacza to, że nasza zniekształcona sinusoida jest po prostu sumą innych, bardzo różnych sinusoid, z których każda ma swoją częstotliwość i amplitudę. A dla nas, dla bezpiecznego i niezawodnego działania naszych urządzeń gospodarstwa domowego, musimy zostawić tylko jedną sinusoidę - o amplitudzie 310 woltów i częstotliwości 50 herców. Wszystkie inne sinusoidy lub, jak to zwykle się mówi, harmoniczne, musimy tłumić, rozładowywać i nie przekazywać do odbiornika mocy.

Ponadto istnieje również specjalny rodzaj nieperiodycznej interferencji, której nie można przewidzieć ani opisać za pomocą funkcji matematycznych. Są to impulsy - bardzo krótkoterminowe, ale znaczące wzrosty. Mogą wystąpić absolutnie w dowolnym momencie i, oczywiście, również nie przynoszą korzyści sprzętowi gospodarstwa domowego. Dlatego hałas impulsowy również musi być tłumiony.

Aby rozwiązać te dwa problemy i są używane zabezpieczenia przeciwprzepięciowe. Chronią sprzęt przed wysoką częstotliwością, niską częstotliwością i szumem impulsowym w sieci. Ale jak one działają?

Ochrona przeciwprzepięciowa

Jeśli rezystancja rezystorów nie zależy od rodzaju przepływającego przez nie prądu, wówczas reaktancja takich elementów obwodu, jak pojemność i indukcyjność, zależy bezpośrednio od częstotliwości prądu. Na przykład rezystancja cewki indukcyjnej gwałtownie wzrasta dla prądów o wysokiej częstotliwości.

Ta właściwość indukcyjności jest właśnie stosowana w ochronnikach przeciwprzepięciowych w celu tłumienia szumów o wysokiej częstotliwości - fal sinusoidalnych o małych okresach. Wystarczy umieścić dwie cewki szeregowo z obciążeniem - w neutralnym i w przewodzie fazowym. Indukcyjność każdego z nich może wynosić około 60-200 μH.

Zakłócenia niskiej częstotliwości mogą być tłumione przez czynny opór cewek lub przez indywidualne rezystory, które są również ustawione szeregowo z obciążeniem. Rezystancja takich rezystorów nie powinna być duża, w przeciwnym razie będą miały znaczny spadek napięcia. Dlatego rezystory do tłumienia zakłóceń niskiej częstotliwości muszą mieć maksymalną rezystancję 1 omów.

Jednak filtry, które noszą nazwę kodową LC, są najbardziej skuteczne w przypadku zakłóceń sieciowych. Nie są ograniczone do cewki indukcyjnei obejmują kondensator o pojemności 0,22 - 1,0 μF, połączony równolegle z obciążeniem.Napięcie znamionowe kondensatora należy wybrać z co najmniej dwoma marginesami w stosunku do napięcia sieciowego, aby uwzględnić różnice w tym napięciu.

Działanie filtrów LC jest bezpośrednio związane z dwoma prawami przełączania: cewka L tłumi nagłe zmiany prądu, a kondensator C tłumi wahania napięcia o wysokiej częstotliwości.

Ale nadal pulsujemy krótkoterminowe zakłócenia. Można sobie z tym poradzić stosując specjalny element półprzewodnikowy o nieliniowej charakterystyce prąd-napięcie - warystor. Przy niskim napięciu warystor zachowuje się jak rezystor o bardzo wysokiej rezystancji i praktycznie nie przepuszcza prądu. Ale jeśli napięcie wzrośnie do poziomu nominalnego warystora, wówczas jego rezystancja gwałtownie spada - przepuszcza przez siebie impuls prądowy.

Zatem, jeśli warystor jest włączony do obciążenia równoległego, wówczas „przejmuje” impulsy wysokiego napięcia, przetaczając obciążenie przez czas ich ekspozycji. Napięcie znamionowe warystora powinno wynosić około 470 woltów.

Więc filtr liniowy do mniej lub bardziej udanej pracy powinien zawierać: dwa cewki indukcyjne 60-200 μH połączone szeregowo z chronionym obciążeniem, a także warystor 470 woltów i kondensator 0,22 - 1,0 μF połączone równolegle. W razie potrzeby w obwodzie można włączyć rezystory, aby tłumić zakłócenia niskiej częstotliwości o maksymalnie 1 Ohm. Prąd znamionowy elementów obwodu należy dobrać w zależności od mocy obciążenia.

Ćwicz

Zdecydowana większość tanich filtrów sieciowych, które znamy na co dzień, w rzeczywistości nie są filtrami sieciowymi. Zawierają tylko warystor i bimatyczny styk dla maksymalnej ochrony prądu.

Ale takie filtry można łatwo udoskonalić, jeśli ramię z lutownicą i zbierz wszystkie niezbędne elementy do złożenia obwodu LC.

Moc większości urządzeń przeciwprzepięciowych jest niska. Wynika to z faktu, że induktory i inne elementy filtrujące do dużych obciążeń będą zbyt duże i drogie. Często w przypadku odbiorników o dużej mocy ogólnie można stosować tylko filtry, które są przetwornikami półprzewodnikowymi. A cena takich filtrów będzie znacznie wyższa, a także złożoność ich urządzenia.

Na szczęście potężne domowe urządzenia elektryczne nie muszą być chronione przed zakłóceniami sieciowymi. A piec, żelazko i czajnik absolutnie nie dbają o jakość otrzymywanej energii elektrycznej. Dlatego nie potrzebują ochronników przeciwprzepięciowych.

Komputery, telewizory i centra muzyczne zużywają bardzo mało energii, a oddzielny filtr liniowy o prądzie znamionowym wynoszącym zaledwie kilka amperów wystarcza do ich ochrony.

Alexander Molokov

Comments

[#1]

60-200 μg - ile zwojów i jaką średnicę jest zwojem?

[#2]

W rzeczywistości nowoczesne typy sprzętu elektronicznego, takie jak telewizja i komputer, są już wyposażone we własne zabezpieczenia. To jest wbudowany filtr liniowy (LC) i napięcie zasilania 100-260 V. (Moim zdaniem napięcie automatyczne) itp. Czy są one generalnie zaprojektowane dla niestabilnej i złej jakości energii elektrycznej, czy się mylę? I czy warto stosować dodatkowe filtry?

eugen,
Możesz użyć gotowych ze starych desek, na przykład z telewizora. Mówią bezpośrednio, ile ICG.

[#3 s]

hmm, dlaczego od -310 do 310 woltów?

[#4]

Ponieważ 220 woltów to efektywna wartość napięcia. Maksymalna, to znaczy amplituda wynosi około 310 woltów.

[#5]

Chcę zwrócić szczególną uwagę na to, że istnieją filtry sieciowe, w których warystory są podłączone nie tylko między fazą a zerem, ale także między fazą a masą oraz zerem i masą! Dlatego nie wszystkie ochrony przeciwprzepięciowe mogą być używane bez uziemienia w gniazdku! Kiedy napięcie wzrośnie powyżej 231 wolt, warystor zwykle „wyzwala” fazę od zera, a powyżej 250-300 woltów, reset następuje w przewodzie uziemiającym. Jeśli nie ma uziemienia, prąd pójdzie ścieżką najmniejszego oporu, tj. przez sprzęt gospodarstwa domowego do miejsca „awarii”.

Na zdjęciu w artykule widzimy wspaniały ochronnik przeciwprzepięciowy APC SurgeArrest® Home / Office PH6T3, surowo zabrania się go bez uziemienia.

Podłączając taki filtr bez uziemienia, zauważyłem, że wskaźnik uziemienia świeci na zielono, pokazując pełną sprawność! Po wyłączeniu komputera światło zgasło, a po wyłączeniu telefonu zgasło.

Z tego samego powodu zdecydowanie nie polecam instalowania gniazd bez uziemienia w mieszkaniu! Używaj zwykłych przedłużaczy z przyciskiem wyłączania, ze stykiem uziemiającym, i spróbuj podłączyć urządzenia, które są połączone kablami danych do jednego takiego przedłużacza.

Jest to konieczne, aby wyrównać potencjały między urządzeniami. (Przykład 1: jednostka systemowa, monitor, drukarka, głośniki. Przykład 2: telewizor, odtwarzacz DVD.)

UZO, Difavtomat, przekaźniki napięcia i bezpieczniki z takich FILTRÓW SIECIOWYCH nie uratują, twój sprzęt, uratują tylko od pożaru z winy sprzedawców, którzy nie przekazują ci pełnych informacji oraz z winy producentów, którzy nie piszą o potrzebie uziemienia dla swoich „cudownych urządzeń” .

Rozpoznanie takich filtrów liniowych nie jest łatwe: jeśli po przeczytaniu instrukcji użytkownika nie jest jasne, czy konieczne jest uziemienie, czy jest ono zakładane, przejdź do kontroli wzrokowej. Zazwyczaj takie zabezpieczenia przeciwprzepięciowe mają żarówkę Protect lub symbol uziemienia, a filtry te kosztują ponad 20 USD.

Jeśli masz wszystkie gniazda uziemione, ale wybiłeś RCD lub maszynę różnicową, zwróć uwagę na filtry liniowe. Ochronniki przeciwprzepięciowe są z pewnością pożyteczne, ale nie wszystkie filtry można włączać sekwencyjnie (jeden do drugiego), a tutaj nie chodzi o całkowite obciążenie, ale zjawiska rezonansowe i zwiększone prądy na ziemi!

Jeśli nie masz uziemienia i kupiłeś już zabezpieczenie przeciwprzepięciowe z ochroną wariostatyczną do uziemienia (a upłynęło 14 dni od daty zakupu), nie próbuj zwracać tego filtra do sklepu. Nie próbuj ulepszać obwodu przez odcięcie przewodu uziemiającego, odłóż taki filtr „do lepszych czasów”.

(Oczywiście możesz wyciąć z tego wszystkie pieprzone rzeczy i złożyć je bezpośrednio, ale szkoda.)

[#6]

1. Właściwie, co dziwne, pojedyncze impulsy są również rozmieszczone w szeregach Fouriera. Na przykład impuls pioruna jest prądem stałym, ale podczas rozkładu jasne jest, że są to oscylacje o wysokiej częstotliwości. Rzeczywiście, impuls elektromagnetyczny z takiego prądu stałego rozciąga się na kilometry od miejsca uderzenia pioruna i pali wzmacniacze telewizji na antenie, a 10 metrów zwykłego drutu (pozornie bezsensowna indukcyjność) reprezentuje znaczną oporność na prąd pioruna.
2. Aby lepiej zrozumieć problem, należy powiedzieć, że przepięcia mogą iść zarówno wzdłuż przewodów fazowych, jak i neutralnych, dlatego zgodnie z regułami ma nałożyć ochronę (ograniczniki) na oba przewody. Jest to najlepiej widoczne, gdy ochrona jest stosowana do całego mieszkania za pomocą uziemienia (nie uziemienia!), Dobrze wyjaśnione w katalogu IEK. Musi istnieć prawdziwe uziemienie (jeśli nie ma TN-S, biorę to ze zbrojenia budynków żelbetowych)!
3. Można wspomnieć, że istnieje klasyfikacja filtrów (tłumików przepięć) według mocy i napięcia zakłóceń, końcowe przenośne filtry są najsłabsze, ale ograniczają zakłócenia do minimalnego napięcia.
4W przypadku szeregowego połączenia filtrów nokaut wyłączników RCD można prawdopodobnie lepiej wytłumaczyć nie rezonansem, ale wzrostem wycieku do ziemi przez kondensatory filtrów - im więcej filtrów, tym więcej przecieków.
5. Nawiasem mówiąc, przy wejściu do potężnej pralki znajduje się również własny filtr z kondensatorów, aby chronić własną elektronikę. Myślę, że nowoczesne płyty grzejne i piekarniki z elektroniką mają własne filtry. Może niektóre kompetentne czajniki i żelazka już je mają. Więc nie relaksuj się, musisz porównać koszt sprzętu AGD i ochronę przed zakłóceniami.

[#7 Dmitry]

Mój filtr sieciowy pełni funkcję automatu. Żona lubi jednocześnie włączać telewizor, suszarkę, grzejnik, żelazko i kilku potężnych konsumentów :-)

[#8 Alexander]

Tak, nie można obejść się bez uziemienia - jest to niebezpieczne nie tylko dla technologii, ale także dla życia ...

[#9]

Odnośnie potężnych pojedynczych impulsów:
Pojawiają się one nie tylko od błyskawicy, ale także od przełączania i potężnego sprzętu, i niezbyt potężnego. Pojedyncze impulsy nano- i pikosekundowe są prawie niemożliwe do wykrycia, chyba że przy odrobinie szczęścia oscyloskopem magazynowym.
Ochrona przed nimi jest skomplikowana i droga - kondensatory wysokiego napięcia o małej pojemności i indukcyjności toroidalne na ferrycie o niskiej przepuszczalności z bardzo rzadkim uzwojeniem - w celu zmniejszenia pojemności międzyzwojowej. Wszystko to ma specjalną przekrój z posrebrzaną powierzchnią wewnętrzną.
To naprawdę działa, chroniąc technologię komputerową przed zamarzaniem.
P.S. Najłatwiejszym sposobem na zatkanie sieci energetycznej i zirytowanie sąsiadów jest użycie ściemniaczy :)

[#10]

Wiele nowości z sekcji elektrotechniki, tj. Know-how.

[#11 Maxim]

Andrey,
Czy możesz polecić ochronę przeciwprzepięciową, której można używać w gniazdku bez uziemienia?

[#12 wędzone]

Mam 3 złącza w filtrze: 1 bezpośrednie połączenie, 2 zabezpieczenia akumulatora, więc przestały działać, w czym problem?

[#13 Igor]

Najwyraźniej nie masz filtra, ale nieprzerwany. W przypadku akumulatorów bezprzerwowych baterie ulegają awarii w miarę upływu czasu, najprawdopodobniej jest to przyczyną awarii ochrony baterii, ale może to być po prostu awaria (mało prawdopodobne).