Схема сетевого фильтра подавления электромагнитных помех

Отсеиваем электрический мусор из сети от электроаппаратуры

Сетевой фильтр – это устройство, предназначенное для защиты электроаппаратуры от импульсных и высокочастотных помех, норовящих проникнуть в цепь источника первичного электропитания, а также от кратковременных превышений (относительно нормы) напряжения сети.

Ошибочно думать, что классический сетевой трансформатор (ввиду своей низкочастотности) не будет пропускать на вторичную обмотку высокочастотные и импульсные помехи. Будет, причём довольно охотно, особенно когда дело касается синфазных помех. Поэтому, относится ли оборудование к высокочувствительной приёмной технике, или качественной звуковой аппаратуре, сетевой фильтр – это штука весьма полезная и зачастую позволяющая в значительной степени повысить характеристики электронных устройств.
К тому же не следует забывать, что пассивные сетевые фильтры обладают достаточной степенью симметрии, т. е. импульсные и ВЧ помехи, создаваемые радиоэлектронным устройством, обратно в сеть они также не пропускают.

На предыдущей странице мы рассмотрели описание узлов «правильного» подавителя синфазных и дифференциальных помех, осталось лишь скомпоновать всё это дело в конструкцию «правильного» сетевого фильтра.

Рис.1 Схема сетевого фильтра для подавления электромагнитных помех.
L2–L4 можно выбрать номиналом от 75 до 200 мкГн (чем больше, тем лучше)

Предохранитель F1 и варистор U1 – это защита от высоковольтных перенапряжений в сети. Такие перенапряжения случайны и результат их воздействия непредсказуем. И если штатно варистор отлично рассеивает высоковольтные импульсные помехи, то в случае длительного аварийного превышения напряжения в розетке (например, появление 380В при обрыве нуля), он не выдерживает мощности и сгорает. Сгорает с переходом в проводящее состояние. По этой причине обязательна дополнительная защита плавким предохранителем, рассчитанным на работу с максимальным током нагрузки.

Цепочка R1, R2, C1, C2 представляет собой простейшую ёмкостную схему фильтрации противофазных (дифференциальных) ВЧ помех, наведённых в линии питания. Подавляемые частоты – от 100кГц и выше.

Синфазный дроссель L1, как следует из названия, осуществляет ослабление НЧ синфазных помех, находящихся в диапазоне частот: от десятка до сотен килогерц. Помогают ему в этом деле конденсаторы С3, С4, расширяя полосу шунтирования помех (в том числе и асимметричных) вплоть до десятков мегагерц.

Дроссели L3 L4 с конденсаторным обвесом уменьшают дифференциальные помехи с частотами – от десятков килогерц до десятков мегагерц.

Дроссель L2 – нечастый гость в сетевых фильтрах, однако его отсутствие в трёхпроводной сети открывает прямую дорогу для проникновения синфазных помех из сети на корпус устройства.

Несмотря на кажущуюся простоту, сетевой фильтр, приведённый на Рис.1, обладает высокой надёжностью и эффективностью подавления всех видов импульсных и высокочастотных помех. Однако для обеспечения этой надёжности и эффективности необходимо скрупулёзно позаботиться о выборе требуемых комплектующих.

1. Варистор. На практике для сетевого напряжения 220В лучше использовать варисторы на 390В или 430В постоянного (классификационного) напряжения срабатывания. Эти напряжения соответствуют 277 или 305 вольтам действующего значения переменного тока. Вполне оптимальным значением энергии варистора является значение от 80 Дж и выше.

2. Конденсаторы желательно выбрать из числа специализированных, то есть предназначенных для подавления ЭМП. С1, С2, С5, С6 должны быть класса Y2. С3, С4, С7 могут быть класса: как Y2, так и X2.
Если же использовать обычные высоковольтные конденсаторы, то они должны быть рассчитаны на рабочее напряжение – не менее 630 В.
3. Дроссели – это главные элементы, отвечающие за уровень подавления помех, поэтому их крайне важно выполнить «по уму»!
Значения индуктивностей дросселей приведены на схеме, а выбор размеров сердечников и диаметра провода следует производить исходя из максимального тока (мощности) нагрузки.
Необходимое число витков рассчитывается на любом калькуляторе, исходя из индуктивности, размеров магнитопровода и его магнитной проницаемости.

L1 – это синфазный дроссель, состоящий из двух катушек, намотанных на общий кольцевой ферритовый сердечник с высокой магнитной проницаемостью (2000...10000). Его индуктивность может находиться в пределах 1,8...5 мГн. Направление намотки обмоток дросселя – противоположное.
У любого сердечника есть такой параметр, как габаритная мощность, и эта габаритная мощность не должна быть меньше максимальной мощности, потребляемой нагрузкой. Приблизительно (с 10...15% запасом) оценить необходимые размеры сердечника, исходя из его габаритной мощности, можно из таблицы, приведённой на странице – ссылка на страницу. И хотя во многих случаях производители в целях экономии игнорируют этот параметр, необходимых характеристик подавления можно достичь только при использовании "правильных" габаритов моточного изделия, даже, несмотря на его зачастую внебюджетную стоимость. В этой же таблице можно оценить необходимый диаметр обмоточного провода, который при практическом отсутствии скин-эффекта на 50Гц можно выбрать ~2 раза ниже приведённого.

Дроссель подавления помех Дроссели L3, L4 (в отличие от синфазного дросселя) не содержат противофазных обмоток, компенсирующих разностный магнитный поток, поэтому для них необходимы сердечники с высокой индукцией насыщения! Это могут быть: либо танцы с бубнами в виде немагнитных воздушных зазоров в кольцах с высокой магнитной проницаемостью, либо дроссели, намотанные на обрезках от ферритовых магнитных антенн для радиоприёмников, либо (оптимальный вариант) – дроссели на тороидальных сердечниках из распыленного железа.

В качестве таких сердечников следует использовать смеси, предназначенные для эксплуатации при значительных постоянных токах подмагничивания, в первую очередь смеси: –8, –14, –18, –19, –30, –34,–35, –52, на худой конец, расхожую – 26.
Тут важно понимать, что токи насыщения у всех этих материалов отличаются, однако, в первом приближении – однослойная обмотка, выполненная проводом необходимого для конкретного тока сечения, скорее всего, не приведёт к насыщению магнитопровода.
Диаметр провода намотки аналогичен диаметру провода в синфазном дросселе, а габаритные размеры сердечника, хочешь не хочешь, но также приближаются к размерам магнитопровода в синфазном дросселе.
Рассчитать количество витков для катушек на кольцах Amidon и Micrometals из порошкового железа (в зависимости от номера смеси и необходимой индуктивности) можно странице – ссылка на страницу

Дроссель подавления помех Индуктивность дросселя L2 некритична.
Поскольку постоянных токов через дроссель не течёт, то его вполне можно выполнить на низкочастотном ферритовом кольце с высокой магнитной проницаемостью, либо на ферритовой фильтрующей трубке (защёлке) для кабеля.
На кольце следует разместить 10...15 витков провода с диаметром, как минимум вдвое превышающим диаметр фазовых обмоток. На защёлке вполне достаточной окажется обмотка из 3...4 витков. Если необходимого по диаметру провода не находится, то не возбраняется выполнить обмотку двойным проводом.

Всю земляную разводку внутри устройства необходимо выполнить как можно более короткими и "толстыми" проводниками.

Назад

Схема сетевого фильтра подавления электромагнитных помех

Отсеиваем электрический мусор из сети от электроаппаратуры

Сетевой фильтр – это устройство, предназначенное для защиты электроаппаратуры от импульсных и высокочастотных помех, норовящих проникнуть в цепь источника первичного электропитания, а также от кратковременных превышений (относительно нормы) напряжения сети.

Ошибочно думать, что классический сетевой трансформатор (ввиду своей низкочастотности) не будет пропускать на вторичную обмотку высокочастотные и импульсные помехи. Будет, причём довольно охотно, особенно когда дело касается синфазных помех. Поэтому, относится ли оборудование к высокочувствительной приёмной технике, или качественной звуковой аппаратуре, сетевой фильтр – это штука весьма полезная и зачастую позволяющая в значительной степени повысить характеристики электронных устройств.
К тому же не следует забывать, что пассивные сетевые фильтры обладают достаточной степенью симметрии, т. е. импульсные и ВЧ помехи, создаваемые радиоэлектронным устройством, обратно в сеть они также не пропускают.

На предыдущей странице мы рассмотрели описание узлов «правильного» подавителя синфазных и дифференциальных помех, осталось лишь скомпоновать всё это дело в конструкцию «правильного» сетевого фильтра.

Рис.1 Схема сетевого фильтра для подавления электромагнитных помех

Предохранитель F1 и варистор U1 – это защита от высоковольтных перенапряжений в сети. Такие перенапряжения случайны и результат их воздействия непредсказуем. И если штатно варистор отлично рассеивает высоковольтные импульсные помехи, то в случае длительного аварийного превышения напряжения в розетке (например, появление 380В при обрыве нуля), он не выдерживает мощности и сгорает. Сгорает с переходом в проводящее состояние. По этой причине обязательна дополнительная защита плавким предохранителем, рассчитанным на работу с максимальным током нагрузки.

Цепочка R1, R2, C1, C2 представляет собой простейшую ёмкостную схему фильтрации противофазных (дифференциальных) ВЧ помех, наведённых в линии питания. Подавляемые частоты – от 100кГц и выше.

Синфазный дроссель L1, как следует из названия, осуществляет ослабление НЧ синфазных помех, находящихся в диапазоне частот: от десятка до сотен килогерц. Помогают ему в этом деле конденсаторы С3, С4, расширяя полосу шунтирования помех (в том числе и асимметричных) вплоть до десятков мегагерц.

Дроссели L3 L4 с конденсаторным обвесом уменьшают дифференциальные помехи с частотами – от десятков килогерц до десятков мегагерц.

Дроссель L2 – нечастый гость в сетевых фильтрах, однако его отсутствие в трёхпроводной сети открывает прямую дорогу для проникновения синфазных помех из сети на корпус устройства.

Несмотря на кажущуюся простоту, сетевой фильтр, приведённый на Рис.1, обладает высокой надёжностью и эффективностью подавления всех видов импульсных и высокочастотных помех. Однако для обеспечения этой надёжности и эффективности необходимо скрупулёзно позаботиться о выборе требуемых комплектующих.

1. Варистор. На практике для сетевого напряжения 220В лучше использовать варисторы на 390В или 430В постоянного (классификационного) напряжения срабатывания. Эти напряжения соответствуют 277 или 305 вольтам действующего значения переменного тока. Вполне оптимальным значением энергии варистора является значение от 80 Дж и выше.

2. Конденсаторы желательно выбрать из числа специализированных, то есть предназначенных для подавления ЭМП. С1, С2, С5, С6 должны быть класса Y2. С3, С4, С7 могут быть класса: как Y2, так и X2.
Если же использовать обычные высоковольтные конденсаторы, то они должны быть рассчитаны на рабочее напряжение – не менее 630 В.
3. Дроссели – это главные элементы, отвечающие за уровень подавления помех, поэтому их крайне важно выполнить «по уму»!
Значения индуктивностей дросселей приведены на схеме, а выбор размеров сердечников и диаметра провода следует производить исходя из максимального тока (мощности) нагрузки.
Необходимое число витков рассчитывается на любом калькуляторе, исходя из индуктивности, размеров магнитопровода и его магнитной проницаемости.

L1 – это синфазный дроссель, состоящий из двух катушек, намотанных на общий кольцевой ферритовый сердечник с высокой магнитной проницаемостью (2000...10000). Его индуктивность может находиться в пределах 1,8...5 мГн. Направление намотки обмоток дросселя – противоположное.
У любого сердечника есть такой параметр, как габаритная мощность, и эта габаритная мощность не должна быть меньше максимальной мощности, потребляемой нагрузкой. Приблизительно (с 10...15% запасом) оценить необходимые размеры сердечника, исходя из его габаритной мощности, можно из таблицы, приведённой на странице – ссылка на страницу. И хотя во многих случаях производители в целях экономии игнорируют этот параметр, необходимых характеристик подавления можно достичь только при использовании "правильных" габаритов моточного изделия, даже, несмотря на его зачастую внебюджетную стоимость. В этой же таблице можно оценить необходимый диаметр обмоточного провода, который при практическом отсутствии скин-эффекта на 50Гц можно выбрать ~2 раза ниже приведённого.

Дроссель подавления помех Дроссели L3, L4 (в отличие от синфазного дросселя) не содержат противофазных обмоток, компенсирующих разностный магнитный поток, поэтому для них необходимы сердечники с высокой индукцией насыщения! Это могут быть: либо танцы с бубнами в виде немагнитных воздушных зазоров в кольцах с высокой магнитной проницаемостью, либо дроссели, намотанные на обрезках от ферритовых магнитных антенн для радиоприёмников, либо (оптимальный вариант) – дроссели на тороидальных сердечниках из распыленного железа.

В качестве таких сердечников следует использовать смеси, предназначенные для эксплуатации при значительных постоянных токах подмагничивания, в первую очередь смеси: –8, –14, –18, –19, –30, –34,–35, –52, на худой конец, расхожую – 26.
Тут важно понимать, что токи насыщения у всех этих материалов отличаются, однако, в первом приближении – однослойная обмотка, выполненная проводом необходимого для конкретного тока сечения, скорее всего, не приведёт к насыщению магнитопровода.
Диаметр провода намотки аналогичен диаметру провода в синфазном дросселе, а габаритные размеры сердечника, хочешь не хочешь, но также приближаются к размерам магнитопровода в синфазном дросселе.
Рассчитать количество витков для катушек на кольцах Amidon и Micrometals из порошкового железа (в зависимости от номера смеси и необходимой индуктивности) можно странице – ссылка на страницу

Дроссель подавления помех Индуктивность дросселя L2 некритична.
Поскольку постоянных токов через дроссель не течёт, то его вполне можно выполнить на низкочастотном ферритовом кольце с высокой магнитной проницаемостью, либо на ферритовой фильтрующей трубке (защёлке) для кабеля.
На кольце следует разместить 10...15 витков провода с диаметром, как минимум вдвое превышающим диаметр фазовых обмоток. На защёлке вполне достаточной окажется обмотка из 3...4 витков. Если необходимого по диаметру провода не находится, то не возбраняется выполнить обмотку двойным проводом.

Всю земляную разводку внутри устройства необходимо выполнить как можно более короткими и "толстыми" проводниками.

Назад

==================================================================