Сетевой фильтр: для чего он предназначен, и как работает

Сетевой фильтр – что это

Сохранить технику в исправном состоянии поможет фильтр сетевого напряжения. Это устройство, защищающее технику от помех и перепадов напряжения в сети. Внешне он может походить на обычный удлинитель, но отличие в том, что сетевой удлинитель снабжен специальным блоком, смягчающим последствия от резких скачков электроэнергии.

Для чего нужен

На паспорте каждого бытового прибора указывается частота входного напряжения по ГОСТу (50 Гц), но показатели в сети далеки от идеала. Вокруг нас множество потребителей электричества: кто-то делает ремонт и включил болгарку или делает сварку, на ближайшей фабрике одновременно включили производственные мощности, произошел сбой на подстанции. Все это сделает напряжение в сети нестабильным, и это скажется на работе чувствительной компьютерной техники, телевизоров.

Рассмотрите, для чего нужен сетевой фильтр и каков принцип его работы на примере математических функций. Изменение частоты напряжения переменного тока в сети происходит по синусоиде (плавная дуга, колеблющаяся многократно за единицу времени). В дополнение к этому происходят высокочастотные (100 Гц до 100 МГц), и низкочастотные импульсы, пики напряжения, изменения амплитуды, искажения формы, скачки. Это мало похоже на плавную синусоиду (гармонику), а больше схоже с показателями кардиографа, и к тому же таких кривых одновременно фиксируется множество.

Для нормальной работы бытовых приборов необходимо, чтобы была одна плавная синусоида, поэтому все остальные гармоники и импульсные помехи необходимо разрядить и не допустить к приемнику электрического тока. Всю эту работу выполняет фильтр-удлинитель, оборудованный встроенной схемой, которая поглощает все частотные погрешности. Для больших перепадов предусмотрен предохранитель, который перегорая при перегрузке, обесточивает приборы. Фильтр-розетку лучше использовать совместно со стабилизатором напряжения.

Устройство

Если род тока, проходящий через резисторы, не влияет на их сопротивление, то емкостное и индуктивное сопротивления непосредственно зависят от частоты тока. Чем больше частота тока, тем больше сопротивляемость индукционной катушки. Такое свойство индуктивности применяется в устройстве, чтобы сглаживать высокочастотные помехи (синусоиды с маленькими периодами). Для этого последовательно нагрузке размещают в нулевой и фазный проводники две катушки индуктивностью от 60 до 200 мкГн каждая.

Помехи низкой частоты гасятся сопротивлением индукционных катушек или резистором с сопротивлением не более 1 Ом, расположенными последовательно. Эффективнее всего фильтровать помехи могут LC-фильтры, которые состоят не только из индукционных катушек, но и дополнены конденсатором (емкость 0,22-1,0мкФ), подсоединенным параллельно нагрузке. Напряжение данного конденсатора подбирается таким, чтобы оно превышало напряжение сети хотя бы вдвое, учитывая возможные перепады.

Справиться с импульсными кратковременными помехами поможет полупроводниковый элемент – варистор. Если напряжение в сети низкое, то варистор выступает в качестве резистора большого сопротивления и не пропускает ток. При возрастании напряжения до номинального показателя варистора (470 вольт), сопротивление полупроводника снижается, и импульсы тока проходят через него. Значит, если варистор включить параллельно нагрузке, то импульсы высокого напряжения будут им поглощаться, временно сглаживая их воздействие.

Настоящая розетка-фильтр должна состоять из:

• двух катушек с индуктивностью от 60 до 200 мкГн, последовательно нагрузке;
• варистора 470 вольт, включенного параллельно нагрузке;
• конденсатора 0,22-0,1 мкФ, включенного параллельно нагрузке;
• резистора на 1 Ом, чтобы подавлять помехи низкой частоты (при необходимости).

Большинство дешевых вариантов на практике ими не являются. Они состоят только из варистора и биметаллического контакта для максимальной защиты. Однако легко собрать LC-контур собственными руками и работать он будет не хуже заводского. Хотя если в доме есть только обычные мощные бытовые приборы, то они не нуждаются в фильтрах, поскольку качество электроэнергии на них не влияет, а электроника (компьютер, телевизор, музыкальный центр) потребляют малое количество энергии и для них вполне подойдет фильтр-удлинитель с номинальной величиной тока в несколько ампер.

Сколько мощности потребляет ПК или ноутбук

Определить данный показатель можно, если обратиться к характеристикам компьютера. На блоке питания ноутбука присутствует наклейка с техническими характеристиками. Для расчета мощности потребления необходимо значение выходного напряжения.

Здесь приведены два параметра, между которыми располагается двойной знак «=». Перемножив эти показатели, можно получить значение мощности, которую потребляет ноутбук (выражается в киловаттах).

У настольного компьютера данный параметр определяется производительностью или характеристиками встроенных компонентов (процессора, видеокарты и других). Также показатель зависит от настроек, сделанных пользователем. По умолчанию, BIOS уменьшает частоту работы процессора и видеокарты, тем самым экономя электроэнергию. Но, при необходимости, эти показатели можно увеличить, тем самым повысив потребление мощности.

Кроме того, указанный параметр зависит от характера проводимых операций. Так, если компьютер используется для серфинга интернета и запуска игр с плохой графикой, то, в среднем, устройство потребляет 180 ватт. К этому следует прибавить 40 ватт, которые идут на питание монитора. Следует учесть, что компьютер расходует электроэнергию, находясь в спящем режиме (при указанных условиях данный параметр составляет 4 ватта в час).

Принцип работы фильтра

Сетевое напряжение 220 вольт является переменным и имеет синусоидальную форму. Однако синусоида представлена не в чистом виде, а с помехами электромагнитного характера. В идеале синусоида выглядит в виде волнообразной линии, но в реальности напряжение имеет всплески, перекосы фаз и т.п.

Сетевые помехи влияют на работоспособность чувствительных электроприборов. Поэтому возникает необходимость фильтровать ток от ненужных помех. Для этих целей используется сетевой фильтр, который подключается между электрической сетью и потребителем. Фильтрующий прибор выполнен по своеобразной схеме из конденсаторов и дросселей. Основная функция фильтра – не пропускать высокочастотные помехи и паразитные импульсы. С первыми справляются индуктивности, со вторыми – емкости.

Немного теории

Из школьного курса физики известно, что ток переменного типа в сети дома является синусоидальным. То есть, сила тока и его напряжение меняются по синусоиде, где центральная ось, вокруг которой происходят колебания, это время. Эти колебания симметричные. Так вот за 1 секунду разница значений напряжения попадает в предел от +310 В до -310 В. И этих колебания за секунду происходит 50 раз, что и является напряжением 220 В. 50 колебаний измеряются герцами. Кстати, в зарубежных сетях этот показатель равен 60 герцам.

Конечно, симметрия колебаний – это идеал, до которого нашим сетям далеко. Скачки, импульсы, искажение синусоиды по длине и высоте – это всего лишь малая часть того, что творится в наших сетях переменного тока. Конечный результат такой чехарды – выход из строя бытовой техники. Чаще всего от этого страдают телевизоры, компьютеры, музыкальные центры, радиотелефоны и прочие.

Искажение синусоиды в сети переменного тока

Что же является причинами искажения синусоиды?

• Атмосферное перенапряжение.
• Пуск или остановка мощных электропотребителей. К примеру, водяного насоса, которым производят полив сада или огорода.
• Короткое замыкание в подстанции на высокой ее стороне.
• Всевозможные переходные процессы, связанные с переключением трансформатора.

То есть, получается так, что любое искажение синусоиды – это, по сути, комплекс других синусоид, которые имеют свою амплитуду и размеры. Оптимальный же вариант – это одна синусоида с определенной частотой волны и ее амплитудой. В данном случае частота должна быть 50 герц, а амплитуда 310 вольт. Все остальные амплитуды необходимо просто погасить.

Импульсные помехи

Все помехи, о которых было описано выше, поддаются математическим объяснениям. Поэтому с ними легко справиться. Но есть и другие, которые не поддаются прогнозированию. Это так называемые импульсные помехи, а точнее сказать, броски напряжения, которые могут возникнуть в любой момент. Во-первых, они краткосрочные. Во-вторых, при их появлении резко вырастает напряжения до высоких величин, что негативно сказывается на техническом состоянии бытовой техники.

Броски напряжения

Импульсные помехи необходимо подавить. Именно для этого и используются сетевые фильтры.

Сетевой фильтр: типовая схема

При правильной сборке любого сетевого фильтра качество сигнала заметно возрастет. Устройство сетевого удлинителя — подавителя помех мех 4, закрытый крышкой из изоляционного материала.
Плавное изменение коэффициента затухания в соответствии с 14 показывает, что в полосе задерживания фильтр не является идеальным

Например, фильтр-удлинитель рис.
Оно также снижает уровень сетевых помех, создаваемых холодильными агрегатами при включении и выключении.
Важно обеспечить правильную фазировку обмоток. Но другие, не столь значительные скачки сигнала могут немного уменьшаться за счет падения напряжения на резисторах

При этом работа блока питания компьютера, монитора, аудиосистемы и других устройств имеет импульсный характер. Из ЛАЧХ хорошо видно как подавляется сигнал на высоких частотах.
Самое неприятное то, что амплитуда напряжения помехи может исчисляться сотнями, а то и тысячами вольт. Схема фильтрующих цепей для встраивания в удлиннитель-розетку.

Сетевой фильтр своими руками

На рис. Варистор лучше всего смонтировать так, чтобы его при необходимости можно было заменить, не вынимая монтажную плату из корпуса. Эти фильтры, обычно в одноступенчатой конфигурации, помещаются в компактный корпус, и их максимальная мощность ограничена. Поэтому изготовление устройства, которое может продлить или даже спасти жизнь дорогостоящей аппаратуре, является очень выгодным занятием. Выбросов же в сети великое множество, и возникают они по разным причинам.

Схема простейшего режекторного фильтра и качественные зависимости для него приведены на рис. Оси катушек расположены под углом 90 градусов. АЧХ полосового фильтра имеет две частоты среза, которые располагаются слева и справа от резонансной частоты f0, и также определяются на уровне — 3 дБ относительно максимального значения коэффициента усиления.

Их немного, в пример можно привести молниевый разряд. Поверх нее намотана обмотка, содержащая 7 витков провода. То есть, при постоянном токе, оно имеет одно значение, а при токах высокой частоты — совсем другое, отличающееся во много раз. Для эффективного подавления таких помех служат конденсаторы С1 и С2. Подпишись на Twitter!
Электрические фильтры. Емкостной сглаживающий фильтр

Сетевой фильтр с 2-х обмоточным дросселем

СФ на основе дросселя с двумя обмотками применяют для чувствительной аудиотехники. Звуковые колонки чутко реагируют на помехи сетевого питания. Если таковые возникают, то динамики искажают звук и испускают посторонний фоновый шум. Радиоаппаратура, подключённая к сети через СФ с 2-х обмоточной катушкой, защищена от таких помех.

Схему собирают на отдельной печатной плате. Потребуются несколько конденсаторов и самодельный дроссель. Его изготавливают следующим образом:

1. Кольцо из феррита марки НМ с показателем магнитной проницаемости от 400 до 3000 можно взять из старой электротехники.
2. Магнитопровод оборачивают тканью и покрывают лаком.
3. Для обмотки применяют провод марки ПЭВ. Его площадь сечения зависит от величины нагрузки. Мощные потребители требуют существенного увеличения этого параметра.
4. Намотку ведут двумя проводами в разных направлениях.
5. Делают 10, 12 оборотов каждого проводника.
6. Конденсаторы устанавливают в начале и конце схемы. Они должны выдерживать напряжение до 400 в.

СФ с 2-х обмоточным дросселем

Обмотки катушки индуктивности включаются в последовательном порядке. Поэтому магнитные поля катушки взаимно поглощаются. При прохождении тока высокой частоты резко возрастает сопротивление дросселя. Ёмкости поглощают и закорачивают помехи.

Печатную плату помещают в отдельный металлический корпус. В крайнем случае схему отгораживают металлическими бортиками. Это делается с целью исключения дополнительных помех от блуждающих электромагнитных полей.

С каждым новым поколением электронного оборудования предъявляются повышенные требования к качественным характеристикам сетевого тока. Чтобы не заниматься ремонтом чувствительной электроники, нужно обязательно подключать её через сетевые фильтры. Если фильтровать ток нужно для небольшого количества потребителей, то можно пойти по экономному пути и изготовить сетевой фильтр своими руками.

Как сделать сетевой фильтр напрямую, без кнопки

Если старая кнопка окончательно вышла из строя, а новой под рукой нет, можно подключить сетевой фильтр напрямую, превратив его в обычный удлинитель.

Для этого нужно сделать следующее:

1. Вскрыть корпус фильтра сетевого напряжения, открутив монтажные винты отверткой;
2. Отпаять от кнопки провода и спаять их по цвету, минуя кнопку;
3. Заизолировать место соединения изоляционной лентой или при помощи термоусадки;
4. Собрать удлинитель, протестировать его работоспособность.

Чтобы избежать описанных в данной статье проблем с выключателем сетевого фильтра, при выборе устройства следует учитывать максимально допустимую мощность подключенной нагрузки и максимальный ток нагрузки.

ВИДЕО ОБЗОР

Паразитные токи на входе импульсного источника питания

Паразитные токи создают падение напряжения радиопомех на компонентах электрической цепи. На рисунке 1 показано, как протекают эти токи в импульсном источнике питания.

Рис. 1. Паразитные токи на входе импульсного источника питания Активная составляющая высокочастотного тока iDM протекает через первичную цепь источника питания. Частота этого тока равна рабочей частоте импульсного регулятора, что приводит к появлению дифференциальной помехи. Из-за быстрых коммутационных процессов в полупроводниковых компонентах (как правило, в MOSFET), возникают высокочастотные колебания и паразитные эффекты. Дифференциальный ток протекает со стороны сети электропитания L через выпрямительный мост и по первичной обмотке изолирующего трансформатора, MOSFET и нейтральному проводнику возвращается в сеть. Ключ установлен на охлаждающий его радиатор, подключенный к защитному земляному проводнику РЕ.

Возникшая емкостная связь между радиатором и стоком ключа приводит к появлению синфазной помехи. Синфазный ток iCM возвращается по заземляющей линии РЕ на вход импульсного источника питания, где снова через паразитную емкость создает помехи в линии L и нейтральной линии N. Ток iCM протекает по обеим линиям сетевого питания и выпрямительный мост, где снова наводит помеху на заземляющую линию РЕ из-за паразитной связи с радиатором.

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.

Пути улучшения схемы фильтра

Существует множество вариантов улучшения схемы сетевого фильтра. Один из них отличается остроумием и позволяет существенно экономить потребляемую электроэнергию. Суть метода заключается в следующем:

1. Вскрывают корпус многоразъёмного СФ удлинителя.
2. Одну из токоведущих шин разрезают.
3. Отрезки соединяют с 5 вольтовым реле, рассчитанным на коммутацию тока 3А, 250 в.
4. Два других контакта реле соединяют проводами с USB разъёмом на конце.
5. Разъём подключают к USB входу телевизора.

В результате получается управляемая система питания, состоящая из ТВ, цифровой приставки и блока питания спутниковой антенны. Если ранее при выключении телевизора все части системы оставались в режиме ожидания, то с модернизированным фильтром они полностью отключаются. Стоит с пульта включить телеприёмник, как все коммутированные приборы тоже приводятся в действие и наоборот.

В другом случае идут по пути добавления в СФ LC-фильтра, который, помимо гашения помех от сети, понижает взаимно возникающие электрические помехи от подключённых потребителей.

Штатный варистор (470 в) часто не вызывает срабатывание автоматического предохранителя. Его меняют на аналогичное устройство, рассчитанное на напряжение 620 в. Это позволяет подавлять помехи от работающей стиральной машины, пылесоса и другой мощной электротехники.

Домашние мастера оснащают сетевые фильтры-удлинители звуковой сигнализацией. При превышении в сети уровня напряжения 280 в фильтр оповещает об этом сигналом.

Конструкция

Поэтому обмотки каждого дросселя должны быть одинаковыми и симметрично намотанными на магнитопроводы. Дополнительно на сетевой провод возле самого удлинителя желательно одеть ферритовую шайбу удобнее всего разрезную на защелках — рис.

Как бы он ни выглядел, в какой бы корпус его ни запихал производитель, какой бы прочей эргономичности не придумали, главное, чтобы все это внешнее изящество не затмило основных задач.

Как же эту ситуацию предотвратить? К сетевому фильтру подключен шнур электросети 7.

При всем этом показатель цены, что якобы, чем дороже, тем лучше и качественней, в данной ситуации значения не имеет. Подходящие провода надо сделать как можно более короткими. Фильтр верхних частот без изменения передает сигнал верхних частот, а на низких частотах обеспечивает затухание сигналов.

Интернет магазин

Его обмотки содержат по 25 витков и намотаны тем же проводом и таким же образом, что и обмотки дросселя L1. Одни из них фильтры, готовые к установке на печатной плате.

Из этого графикавидно, что чем выше частота помех, тем эффективнее они подавляются. Как бы он ни выглядел, в какой бы корпус его ни запихал производитель, какой бы прочей эргономичности не придумали, главное, чтобы все это внешнее изящество не затмило основных задач. Вторая схема более эффективная, от этого и соответствующее название сетевого фильтра производителем — Pilot Pro, максимальный ток которого также 10 ампер; но по существу тоже примитивная. 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. Кроме таких вариантов встречаются еще и модели, где сетевой шнур проходит через ферритовое кольцо, или делает вокруг него пару витков.

Самодельные сетевые фильтры Нередко имеющиеся в продаже дешевые фильтры на самом деле фильтрами не являются. Tweets by qrzru Схема простого сетевого фильтра для бытовой техники Сетевые фильтры стали неотъемлемым обязательным аксессуаром оргтехники и некоторой бытовой техники и приборов. Подключенные параллельно конденсаторам резисторы R Петельку на конце нужно разрезать, в идеале — сразу мотать двумя параллельными проводами. А если учесть, что у многих есть несколько ненужных, неработоспособных приборов, то выходит, что запчасти буквально валяются у нас под ногами.

К сетевому фильтру подключен шнур электросети 7. Сетевой фильтр Uniel S GSP4 Принцип работы сетевого фильтра В качестве питающего в сети служит напряжение переменного тока, изменяющегося по синусоидальному закону. Эта деталь представляет собой ферритовый сердечник и медную лакированную проволоку, намотанную вокруг него. Как правильно подключить УЗО? Схемы подключения.

Как устроен сетевой фильтр

Рассматриваемые устройства бывают:

• встроенные;
• стационарные.

Первый вариант является частью какого-либо электроприбора и устанавливается непосредственно в его корпусе или блоке питания. Конструктивно изделие выполнено из конденсаторов, емкостей, катушек, термопредохранителя и варистора. Последний предназначен для защиты устройства от скачков напряжения.

Стационарные выполнены в виде отдельного прибора с несколькими розетками. Это позволяет одновременно подключить к электросети несколько единиц электротехники, задействовав всего одну розетку. Очистка ВЧ помех обеспечивается при помощи LC-фильтра. Скачки напряжение предотвращаются несгораемыми предохранителями.

Что находится внутри фильтра

В корпусе сетевого фильтра располагаются:

• фильтрующие элементы;
• варистор;
• выключатель;
• розеточные элементы.

Для подключения фильтра к сети используется сетевой кабель. Подобный конструктив применяется в качественных фильтрах.

Дешевые изделия как таковых фильтрующих деталей не имеют и выполняют лишь функцию удлинителя.

Сетевые фильтры для бытовой техники

Для безопасного подключения современной быттехники рекомендуется использовать сетевые фильтры. Они предназначены не только для подавления помех, но и сглаживания скачков напряжения. Для питания старых холодильников, в которых из электрических компонентов использовались лишь двигатель компрессора и лампочка подсветки, перепады сетевого напряжения нестрашны. Однако современные холодильники оснащены сложными электронно-вычислительными системами, и применение сетевого фильтра является крайне необходимым.

Аналогичная ситуация со стиральной машинкой. При наличии сетевого фильтра, в случае кратковременных скачков напряжения, техника сохранит свою работоспособность благодаря накопленной энергии в конденсаторах. В стиралках, оснащенных сенсорным управлением, еще с завода должны устанавливаться фильтрующие устройства. В противном случае сенсор при скачках напряжения практически сразу выходит из строя.

Все это указывает на то, что для питания техники в квартире следует устанавливать фильтрующие приборы. К тому же сегодня есть широкий выбор таких устройств, рассчитанных на потребление как в 1 кВт, так и на 4 кВт.

Пути улучшения схемы фильтра

Существует множество вариантов улучшения схемы сетевого фильтра. Один из них отличается остроумием и позволяет существенно экономить потребляемую электроэнергию. Суть метода заключается в следующем:

1. Вскрывают корпус многоразъёмного СФ удлинителя.
2. Одну из токоведущих шин разрезают.
3. Отрезки соединяют с 5 вольтовым реле, рассчитанным на коммутацию тока 3А, 250 в.
4. Два других контакта реле соединяют проводами с USB разъёмом на конце.
5. Разъём подключают к USB входу телевизора.

В результате получается управляемая система питания, состоящая из ТВ, цифровой приставки и блока питания спутниковой антенны. Если ранее при выключении телевизора все части системы оставались в режиме ожидания, то с модернизированным фильтром они полностью отключаются. Стоит с пульта включить телеприёмник, как все коммутированные приборы тоже приводятся в действие и наоборот.

В другом случае идут по пути добавления в СФ LC-фильтра, который, помимо гашения помех от сети, понижает взаимно возникающие электрические помехи от подключённых потребителей.

Штатный варистор (470 в) часто не вызывает срабатывание автоматического предохранителя. Его меняют на аналогичное устройство, рассчитанное на напряжение 620 в. Это позволяет подавлять помехи от работающей стиральной машины, пылесоса и другой мощной электротехники.

Домашние мастера оснащают сетевые фильтры-удлинители звуковой сигнализацией. При превышении в сети уровня напряжения 280 в фильтр оповещает об этом сигналом.