Como os filtros de rede são organizados e funcionam

Interferência na rede à medida que surgem. Dispositivo de filtro de rede, o objetivo de seus elementos. Recursos de filtros de rede.

Teoria das perguntas

A corrente alternada em uma rede doméstica é sinusoidal. Isso significa que mudanças de tensão e, consequentemente, de corrente ocorrem ao longo de um sinusóide, isto é, ao longo de um arco suave que oscila simetricamente em torno do eixo do tempo. Em um segundo, a tensão na tomada altera seu valor de +310 para -310 volts cinquenta vezes. Então, em teoria, uma rede AC de 220 volts e 50 hertz funciona.

No entanto, se observarmos a forma de onda de tensão em nossa tomada, veremos que ela está longe de ser ideal. O que há um sinusóide!? Picos contínuos, impulsos, distorções de forma, mudanças de amplitude, arremessos e saltos - é isso que veremos. Tudo isso estraga a imagem e é capaz de desativar os eletrodomésticos. Este último, em primeiro lugar, refere-se a centros de música, televisores, fontes de alimentação para radiotelefones e outros dispositivos.

Existem muitas razões para distorção do sinusóide da tensão da rede. Isso inclui ligar e desligar poderosos receptores elétricos, sobretensões atmosféricas, curtos-circuitos no lado mais alto de uma subestação de transformador, bem como vários transitórios complexos.

De um curso de matemática, sabe-se que qualquer função complexa pode ser representada na forma de uma série de Fourier trigonométrica convergente. Isso significa que nosso sinusóide distorcido é simplesmente a soma de outros sinusóides muito diferentes, cada um com sua própria frequência e amplitude. E para nós, para a operação segura e confiável de nossos eletrodomésticos, precisamos deixar apenas um sinusóide - com uma amplitude de 310 volts e uma frequência de 50 hertz. Todos os outros sinusóides ou, como é costume dizer, harmônicos, precisamos suprimir, descarregar e não passar para o receptor de energia.

Além disso, há também um tipo especial de interferência aperiódica que não pode ser prevista ou descrita usando funções matemáticas. São picos de impulso - muito a curto prazo, mas aumentos significativos. Eles podem ocorrer absolutamente a qualquer momento e, é claro, também não beneficiam eletrodomésticos. Portanto, o ruído de impulso também deve ser suprimido.

Para resolver esses dois problemas e são usados protetores contra surtos. Eles protegem o equipamento contra alta frequência, baixa frequência e ruído de impulso na rede. Mas como eles funcionam?

Protetor contra surtos

Se a resistência dos resistores não depende do tipo de corrente que passa através deles, a reatância de elementos do circuito como capacitância e indutância depende diretamente da frequência da corrente. Por exemplo, a resistência de um indutor aumenta acentuadamente para correntes de alta frequência.

Essa propriedade de indutância é usada apenas em protetores contra surtos para suprimir ruídos de alta frequência - ondas senoidais com pequenos períodos. Basta colocar duas bobinas em série com a carga - no neutro e no condutor de fase. A indutância de cada um pode ser de aproximadamente 60-200 μH.

A interferência de baixa frequência pode ser suprimida pela resistência ativa dos indutores ou por resistores individuais, que também são dispostos em série com a carga. A resistência desses resistores não deve ser grande, caso contrário, eles terão uma queda de tensão significativa. Portanto, os resistores para suprimir interferências de baixa frequência devem ter uma resistência máxima de 1 ohm.

No entanto, os filtros que levam o nome de código LC são mais eficazes contra interferências na rede. Eles não estão limitados a indutorese inclua um capacitor com capacidade de 0,22 - 1,0 μF, conectado em paralelo à carga.A tensão nominal do capacitor deve ser selecionada com pelo menos duas margens em relação à tensão da rede elétrica, a fim de levar em consideração as diferenças nessa tensão.

O efeito dos filtros LC está diretamente relacionado a duas leis de comutação: uma bobina L suprime mudanças repentinas na corrente e um capacitor C amortece as flutuações de tensão de alta frequência.

Mas ainda temos interferência de curto prazo. Eles podem ser tratados com um elemento semicondutor especial com uma característica de tensão de corrente não linear - um varistor. Em baixa tensão, o varistor se comporta como um resistor de resistência muito alta e praticamente não passa corrente. Mas se a tensão subir ao nível nominal do varistor, sua resistência diminuirá drasticamente - ela passa um pulso de corrente por si mesma.

Assim, se o varistor for incluído em uma carga paralela, ele "assumirá" pulsos de alta tensão, evitando a carga pela duração de sua exposição. A tensão nominal do varistor deve ser de cerca de 470 volts.

Então o filtro de linha para uma operação mais ou menos bem-sucedida deve conter: dois indutores de 60 a 200 μH conectados em série à carga protegida, um varistor de 470 volts e um capacitor de 0,22 a 1,0 μF conectado em paralelo. Se necessário, os resistores podem ser incluídos no circuito para suprimir a interferência de baixa frequência em 1 Ohm no máximo. A classificação atual dos elementos do circuito deve ser selecionada dependendo da potência da carga.

Prática

A grande maioria dos filtros de rede baratos que conhecemos na vida cotidiana, de fato, não são filtros de rede. Eles contêm apenas um varistor e um contato bimatálico para proteção máxima de corrente.

Mas esses filtros são facilmente refinados se braço com ferro de soldar e colete todos os itens listados necessários para montar o circuito LC.

O poder da maioria dos protetores contra surtos é baixo. Isso se deve ao fato de que indutores e outros elementos filtrantes para cargas pesadas serão muito volumosos e caros. Geralmente, para receptores de alta potência em geral, apenas filtros que são conversores de semicondutores podem ser usados. E o preço desses filtros será muito mais alto, assim como a complexidade de seus dispositivos.

Felizmente, os eletrodomésticos potentes não precisam ser protegidos contra interferências na rede. E o fogão, o ferro e a chaleira não se importam absolutamente com a qualidade da eletricidade que recebem. Portanto, eles não precisam de protetores contra surtos.

E computadores, televisões e centros de música consomem muito pouca energia, e um filtro de linha separado com uma corrente nominal de apenas alguns amperes é suficiente para protegê-los.

Alexander Molokov

Comments

[#1]

60-200 μg - quantas voltas e qual o diâmetro da volta?

[#2]

De fato, tipos modernos de equipamentos eletrônicos, como televisão e computador, já estão equipados com sua própria proteção. Esse filtro de linha embutido (LC) e uma tensão de alimentação de 100-260 V. (Tensão automática na minha opinião), etc. Em geral, são projetados para energia elétrica instável e de baixa qualidade, ou estou errado? E faz sentido usar filtros adicionais?

eugene,
Você pode usar as já prontas de placas antigas, por exemplo, de uma TV. Eles dizem diretamente quantos ICG.

[#3 s]

hmm, por que de -310 a 310 volts?

[#4]

Porque 220 volts é o valor efetivo da tensão. O máximo, ou seja, a amplitude é de cerca de 310 volts.

[#5]

Quero prestar atenção especial ao fato de que existem filtros de rede nos quais os varistores estão conectados não apenas entre fase e zero, mas também entre fase e terra e zero e terra! Portanto, nem todos os protetores contra surtos de tensão podem ser usados ​​sem o aterramento da tomada! Quando a tensão sobe acima de 231 volts, o varistor geralmente "dispara" entre a fase e o zero e acima de 250-300 volts, a redefinição ocorre no condutor de aterramento. Se não houver aterramento, a corrente seguirá o caminho de menor resistência, ou seja, através de eletrodomésticos para o local de "avaria".

Na foto do artigo, vemos o magnífico protetor contra sobretensão APC SurgeArrest® Home / Office PH6T3, é estritamente proibido usá-lo sem aterramento.

Ao conectar esse filtro sem aterramento, notei que o indicador de aterramento acende em verde, mostrando a manutenção completa! Depois de desligar o computador, a luz ficou fraca; depois de desligar o telefone, ela se apagou.

Pelo mesmo motivo, não recomendo instalar soquetes com um contato de aterramento em um apartamento sem aterramento! Use cabos de extensão comuns com um botão de desligamento, com um contato de aterramento e tente conectar o equipamento conectado por cabos de data a um desses cabos de extensão.

Isso é necessário para equalizar os potenciais entre os dispositivos. (Exemplo 1: unidade do sistema, monitor, impressora, alto-falantes. Exemplo 2: TV, DVD player.)

UZO, Difavtomat, relés de tensão e fusíveis de tais FILTROS DE REDE não salvarão, seu equipamento, eles salvarão apenas de um incêndio por culpa de vendedores que não informam informações completas e por culpa de fabricantes que não escrevem sobre a necessidade de aterramento para seu "dispositivo milagroso" .

Não é fácil reconhecer esses filtros de linha: se, depois de ler o manual do usuário, não for claro se o aterramento é necessário ou se é assumido, faça uma inspeção visual. Normalmente, esses protetores contra surtos têm uma lâmpada Protect ou um símbolo de terra, além de que esses filtros custam mais de US $ 20.

Se você tiver todos os soquetes aterrados, mas eliminou um RCD ou uma máquina diferencial, preste atenção aos seus filtros de linha. Os protetores contra surtos de tensão são certamente úteis, mas nem todos os filtros podem ser ativados sequencialmente (um para o outro), e o ponto aqui não é a carga total, mas os fenômenos de ressonância e o aumento de correntes no solo!

Se você não possui uma conexão de aterramento e já comprou um protetor contra sobretensão com proteção variostática ao aterramento (e passaram 14 dias desde a data da compra), não tente devolver esse filtro à loja. Não tente atualizar o circuito cortando o fio terra, retire esse filtro “até melhores tempos”.

(Você pode, é claro, cortar toda essa merda e montá-la diretamente, mas é uma pena.)

[#6]

1. Na verdade, curiosamente, pulsos únicos também são apresentados na série Fourier. Por exemplo, um impulso de raio é uma corrente direta, mas durante a decomposição fica claro que essas são oscilações de alta frequência. De fato, o pulso eletromagnético de uma corrente tão direta se estende a quilômetros do local de um relâmpago e queima amplificadores de televisão no ar, e 10 m de um fio comum (indutância aparentemente sem sentido) representam resistência significativa à corrente de um raio.
2. Para uma melhor compreensão do problema, deve-se dizer que as tensões de sobretensão podem percorrer os condutores de fase e neutro; portanto, de acordo com as regras, deve-se colocar proteção (limitadores) nos dois fios. Isso é visto com mais clareza quando a proteção é aplicada a todo o apartamento usando aterramento (não aterramento!), Bem explicado no catálogo IEK. Deve haver aterramento real (se não houver TN-S, tomo do reforço de edifícios de concreto armado)!
3. Pode-se mencionar que existe uma classificação de filtros (supressores de picos de tensão) por potência e tensão de interferência; os filtros portáteis finais são os mais fracos, mas limitam a interferência à tensão mínima.
4)Para a conexão em série dos filtros, o nocaute do RCD provavelmente é melhor explicado não pela ressonância, mas por um aumento no vazamento no solo através dos capacitores do filtro - quanto mais filtros houver, mais vazamentos ocorrerão.
5. A propósito, na entrada de uma poderosa máquina de lavar, há também seu próprio filtro de capacitores para proteger seus próprios componentes eletrônicos. Eu acho que os modernos fogões e fornos com eletrônicos têm seus próprios filtros. Talvez alguns bules e ferros competentes já tenham alguns. Portanto, não relaxe, você precisa comparar o custo dos eletrodomésticos e a proteção contra interferências.

[#7 Dmitry]

Meu filtro de rede executa a função de um autômato. A esposa gosta de ligar a TV, a secadora, o aquecedor, o ferro e alguns consumidores poderosos ao mesmo tempo :-)

[#8 Alexander]

Sim, é impossível prescindir do aterramento - é perigoso não apenas para a tecnologia, mas também para a vida ...

[#9]

Em relação aos pulsos únicos poderosos:
Eles aparecem não apenas por raios, mas também por equipamentos potentes e de comutação, e não muito potentes. Pulsos únicos de nanossegundos e picossegundos são quase impossíveis de detectar, a menos que, com sorte, um osciloscópio de armazenamento.
A proteção contra eles é complicada e cara - capacitores de alta voltagem de pequena capacitância e indutâncias toroidais em ferrita de baixa permeabilidade com um enrolamento muito rarefeito - para reduzir a capacitância entre curvas. Tudo isso em um design secional especial, com uma superfície interna prateada.
Realmente funciona, protegendo a tecnologia de computadores do congelamento.
P.S. A maneira mais fácil de entupir sua rede de energia e irritar seus vizinhos é usar dimmers :)

[#10]

Muitas novidades na seção de engenharia elétrica, ou seja, know-how.

[#11 Maxim]

Andrey,
Você pode recomendar um filtro de linha que possa ser usado em um soquete sem aterramento?

[#12 fumado]

Eu tenho 3 conectores no filtro: 1 conexão direta, 2 proteções de bateria, para que parassem de funcionar, qual é o problema?

[#13 Igor]

Aparentemente, você não tem um filtro, mas um filtro ininterrupto. E em baterias ininterruptas, as baterias falham com o tempo, provavelmente essa é a razão da falha na proteção da bateria, mas pode ser apenas uma falha (improvável).