ПРОТИВОПОМЕХОВЫЕ ФИЛЬТРЫ

РАДИОСХЕМЫ



СХЕМЫ И СТАТЬИ


РАДИОБЛОГИ
Транзисторный самодельный усилитель мощности НЧ

Аналоговый стрелочный Омметр

Измерение напряжения и тока по I2C

Гальваническая изоляция и буферизация шины I2C

Удлинитель шины I2C

Датчик заряда батареи электровелосипеда или самоката

Сборник даташитов к деталям на русском языке

Определение углового положения вращения двигателя



ПРОТИВОПОМЕХОВЫЕ ФИЛЬТРЫ


Электрическое устройство является электромагнитно совместимым, если оно не создает помех, которые могут помешать работе других устройств находящихся поблизости, и в то же время невосприимчиво к помехам само, исходящим от соседних приборов. Помехи делятся на кондуктивные с частотами в диапазоне от 150 кГц до 30 МГц и излучаемые - выше 30 МГц. Одним из способов проникновения их в устройство и выхода из него является электросеть.

Дифференциальные возмущения в однофазной сети

По своей природе и способу распространения сбои в электросети делятся на дифференциальные и общие. Между любыми двумя линиями схемы возникает шум в дифференциальном режиме. В случае однофазных сетей это фазовый провод L и нейтральный N. В свою очередь, в трехфазных сетях это два фазных проводника, например L1 и L2.

С другой стороны, обычные асимметричные (синфазный шум) помехи распространяются в одном и том же направлении по всем линиям схемы, приходя на землю. Например в однофазных сетях они текут от фазового проводника L и нейтрального N к земле. Помехи с частотами менее 500 кГц обычно вызываются остаточными токами. В свою очередь помехи выше 500 кГц являются результатом обычных токов.

Общие помехи в однофазной сети

Например в преобразовательных системах симметричные помехи могут иметь значительный уровень уже в диапазоне очень низких частот, порядка нескольких кГц. Это случается когда они вызваны нелинейностью процесса преобразования электроэнергии (пиковые выпрямители).

В диапазоне более высоких частот эти помехи являются результатом процесса переключения полупроводникового ключа. В связи с тем что параметры схемы дифференциальных помех слабо зависят от специфики данной установки, их достаточно легко фильтровать.

Асимметричные помехи распространяются в преобразовательных схемах, например в результате емкостной связи. Другие причины включают соединения через общее сопротивление, соединения между платой и корпусом, а также между полупроводниковыми элементами и их радиаторами.

Поскольку они распространяются в цепи, частью которой является защитное заземление, это может привести к возникновению помех для других устройств через полное сопротивление заземления. Проникновение обычных помех также связано с магнитной составляющей электромагнитного поля. Электросхемы часто образуют петли с большими площадями.

Сетевые фильтры

Полностью устранить кондуктивные помехи распространяющиеся по сети невозможно. Но они должны быть ограничены допустимыми значениями при которых данное устройство может нормально функционировать не мешая работе других. Предельные значения указаны в соответствующих нормах.

Общая структура сетевого фильтра

Примером такого стандарта является документ, в котором перечислены допустимые уровни помех для устройств для связи, использующих сеть низкого напряжения. В Европе это стандарт PN-EN 50561. В нем также представлены характеристики радиоэлектрических помех и методы их измерения.

Поток тока асимметричных и симметричных компонентов в сетевом фильтре

Для уменьшения дифференциальных и общих кондуктивных помех, протекающих от устройства к устройству или от сети, используются сетевые фильтры (фильтры для защиты от помех). Их устанавливают между электросетью и нагрузкой. Они состоят из правильно подключенных пассивных элементов: катушек и конденсаторов.

Необходимые компоненты сетевого фильтра (дроссель, конденсаторы Cx и Cy) показаны на рисунке. Далее показан ток асимметричной и симметричной составляющей помех в типичном противо-интерференционном фильтре.

Из каких элементов состоит сетевой фильтр

В состав фильтров для защиты от помех входит дроссель с компенсацией тока. Он изготавливается путем наматывания двух одинаковых обмоток на тороидальный сердечник, который отличается высокой проницаемостью.

Поскольку обмотки намотаны в противоположных направлениях, дифференциальные помехи нейтрализуют друг друга. В результате только индуктивность рассеяния подавляет остаточные токи. В случае несимметричных, токи в двух обмотках расходятся в одном направлении.

Поток, наведенный в сердечнике дросселя, представляет собой сумму потоков наведенных в обеих обмотках. Таким образом индуктивность каждой обмотки подавляет общие токи. Это позволяет подключать конденсаторы малой емкости между фазными проводниками, нейтралью и землей.

Конденсаторы Cy подавляют общие помехи, но не влияют на дифференциальные помехи. Значения емкости Cy подбираются так, чтобы их ток утечки, протекающий через защитный проводник, не превышал допустимых значений указанных в нормах. Но конденсаторы Cx подавляют только дифференциальные помехи.

Противо-интерференционные фильтры также оснащены разрядным резистором. Он включается параллельно конденсаторам фильтра, чтобы разрядить их после отключения устройства от сети.

Сетевые фильтры можно разделить на однофазные и трехфазные. Трехфазные противо-интерференционные фильтры доступны в версиях без нейтрального провода (L1, L2, L3 + PE) или с нейтральным проводом (L1, L2, L3, N + PE).

Как определяется затухание в фильтре

Другой метод классификации - разделение сетевых фильтров на одноступенчатую и многокаскадную конфигурации. Фильтры подбираются по допустимому току и номинальному напряжению устройства, в котором они будут использоваться.

Примеры сетевых фильтров: а) одноступенчатый, b) двухступенчатый, c) трехступенчатый и d) многоступенчатый

Одним из наиболее важных параметров помехозащитных фильтров также являются вносимые потери. Это характеризует их эффективность в подавлении электрических нарушений. Потеря нежелательного сигнала определяется путем соотнесения значения сигнала в цепи с сетчатым фильтром (U2) со значением сигнала в той же цепи, но без фильтра (U1). Следовательно, вносимые потери описываются такой формулой:

Характеристики вносимых потерь представлены в документации помехоподавляющих фильтров. Они определяются в соответствии с руководящими принципами соответствующих стандартов. Другими важными параметрами, которые следует учитывать в технической документации сетевых фильтров, являются: ток утечки и допустимая нагрузка по току при различных температурах окружающей среды.

Параметры сетевого фильтра

Ток утечки вызван наличием паразитных емкостей и емкости Cy между проводниками сети и корпусом (заземляющий провод PE). На практике сумма Сy является решающей. Ток утечки приблизительно описывается следующим соотношением:

  • где: Un - номинальное напряжение, F - номинальная частота, а С - суммарная емкость.

Ток утечки не должен превышать уровней, указанных в соответствующих стандартах. Значения тока утечки определяются при самых неблагоприятных условиях (например при большом допуске номинального напряжения, большом допуске емкости конденсаторов и обрыве фазных проводов).

Ток нагрузки, протекающий через фильтр, зависит от температуры окружающей среды. После превышения этого предельного значения ток протекающий через фильтр должен быть меньше номинального тока, а при максимальной температуре, при которой фильтр может использоваться, он должен упасть до нуля. Эта связь описывается следующей формулой:

где: I - допустимый ток при определенной температуре, In - номинальный ток, Tmax - максимальная температура, при которой может работать сетевой фильтр, To - температура окружающей среды, Tz - максимальная температура при которой ток может протекать через фильтр (обычно + 40°С).

Сетевые фильтры - примеры

Сетевые фильтры доступны в различных исполнениях. Один из них - фильтры для печатных плат. Они сконструированы таким образом, что занимают как можно меньше места. Эти фильтры обычно в одноступенчатой конфигурации, размещены в компактном корпусе, и их максимальная мощность ограничена.

Вид фильтра FN406

Схема фильтра FN406

Другой пример - фильтры помех встроенные в разъем IEC. Важным преимуществом сетевых фильтров, интегрированных с сетевым гнездом, является возможность размещения дополнительных выключателей и предохранителей в одном корпусе. Также есть это фильтры для внутренней установки, закрытые металлической крышкой.

Характеристики вносимых потерь фильтра FN406

На рисунке показан фильтр FN406. Это однофазный фильтр для монтажа на печатной плате, заключенный в компактный низкопрофильный алюминиевый корпус. В зависимости от модели диапазон тока составляет от 0,5 до 8 А при температуре не выше + 40°С, а ток утечки при нормальных условиях эксплуатации от 2 до 370 мкА (при обрыве нулевого провода утечка ток может достигать удвоенного значения). Выше показаны характеристики вносимых потерь этого фильтра.

Проектирование сетевых фильтров

А это схема фильтра FN9222 со штекером IEC. Он доступен в различных версиях, включая медицинские (тип B), защелкивающийся корпус (тип S и S1), защита от перенапряжения (тип Z) и вариант разъема Hot Inlet (тип H1). Номинальный ток в зависимости от модели составляет от 1 до 20 А при максимальной температуре + 50°C, а ток утечки при нормальных условиях эксплуатации от 2 до 370 мкА. Вот характеристики вносимых потерь этого фильтра.

Схема фильтра FN9222

Вообще разработка эффективных фильтров подавления - непростая задача. Одним из ключевых моментов является выбор материала сердечника дросселя. Его следует выбирать так, чтобы полное сопротивление связанных катушек в заданном частотном диапазоне общих помех было как можно более высоким.

Характеристики вносимых потерь фильтра FN9222

Для этого используются сердечники с высокой магнитной проницаемостью, в основном ферритовые. Это также позволяет снизить паразитные емкости связанных катушек. Данной цели можно достичь соответствующим методом намотки обмоток. Например однослойные катушки имеют меньшую паразитную емкость.

В случае конденсаторов цель состоит в том, чтобы уменьшить паразитную индуктивность. Это касается внутренней и внешней индуктивностей. В последнем случае это достигается за счет использования коротких проводов. Что касается паразитной внутренней индуктивности, важен тип конденсатора - например керамические конденсаторы характеризуются более меньшим значением этого параметра, чем металлизированные.

Как правильно установить сетевой фильтр

Будет ли фильтр противопомеховой защиты эффективно подавлять помехи, также определяется тем как он правильно спроектирован, а затем выбран для конкретного устройства. Уже на этом этапе можно совершить много ошибок, которые приведут к проникновению помех в сеть и из сети.

Например нельзя размещать другие устройства между фильтром помех и устройством, которое является источником помех или которое должно быть защищено от них. Кроме того, важен способ прокладки входных и выходных кабелей фильтра - они должны располагаться в противоположных направлениях и не образовывать рамочную антенну. При сборке этих элементов необходимо убедиться, что соединение с землей имеет низкое сопротивление.

   Форум

   Форум по обсуждению материала ПРОТИВОПОМЕХОВЫЕ ФИЛЬТРЫ



ОДНОКНОПОЧНЫЙ КОДОВЫЙ ЗАМОК

Кодовая кнопка для ограничения доступа к объектам, простая схема с реле на МК Attiny13.


ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ РАЗВЯЗКА ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ

Принципиальная схема гальванической развязки для 8-канального логического анализатора. Скорость передачи данных до 10 Мбит.


УСИЛИТЕЛЬ ИЗ ЭЛЕКТРОФОНА

Подключение и испытание усилительного модуля на транзисторах КТ835 от электрофона "Россия 321 Стерео".


LM2596 КАК СТАБИЛИЗАТОР ТОКА

Источник постоянного тока (CC) из понижающего регулятора напряжения (CV). Доработка готового модуля.



   Радиосхемы » Теория электроники



© 2010-2022 "Радиосхемы". All Rights Reserved  Почта  PDA