Качественный фильтр сетевых помех для аудио + своими руками

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.

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.

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

Как шумы связаны с частотным преобразователем?

Электроток является наиболее важной частью во время преобразования. Это кровь, протекающая по артериям (проводам) для питания оборудования

Конденсаторы отвечают за фильтрацию импульсов тока. Именно ток обеспечивает нужный уровень Uвых. Мощность зависит от текущей нагрузки. Паразитная емкость и взаимная индуктивность приводит к образованию потерь. Эта концепция перекрестных преткновений распространяется по всей цепи.

Преобразователи для асинхронных двигателей с динамически изменяющимся рабочим режимом, имея много положительного, обладают рядом недостатков — их использование приводит к возникновению интенсивных электромагнитных помех и наводок, которые формируются в аппаратах, связанных с ними по сети либо расположенными вблизи и подвергающимися излучению. Зачастую АД размещают удаленно от инвертора и соединяют с ним удлинённым проводом, что создаёт угрожающие предпосылки выхода электродвигателя из строя.

Принцип работы диодного моста

Природа переменного напряжения такова, что оно по принципу волны меняет плюсовой всплеск на минусовой. Но для работы приборов с постоянным источником питания такой переворот недопустим. Требуется выпрямитель, а, возможно, и стабилизатор. Мост, как заправский регулировщик направляет положительную полуволну в одну сторону, а отрицательную — в другую. Создавая, таким образом, сортирующий фильтр на пути прохождения переменного тока. На выходе диодного моста получаются периодические пульсации соответствующей полярности, а для их первичного сглаживания применяют электролитический конденсатор большой ёмкости.

Основные параметры сетевых фильтров

Сечение подводящих проводов. Чаще всего сетевой фильтр (рис.6) выпускается с сечением жил порядка 0,75 или 1 мм2. Такое сечение считается достаточным, поскольку максимальный ток нагрузки, на который рассчитывается фильтр, обычно не превышает 10 А.

На такой ток устанавливается и предохранитель. При необходимости можно найти сетевой фильтр повышенной мощности, сечение жил проводов которого достигает 1,5 мм2. Предохранитель у такого устройства — на номинальный ток 16 А.

Рис. 6. Типичный сетевой фильтр-розетка.

Длина подводящего провода сети. Стандартизованная длина сетевого провода фильтра-180 см. У отдельных моделей она может равняться 190 см, 300, а то и 500 см. Количество розеток. Обычно их 4…6 штук (рис.7).

Как правило, все розетки-с заземляющими “ушками” (типа “евро”). Встречаются фильтры с розетками разного типа (1 -универсальная и 4, 5 — “евро”, рис.8).

Рис. 7. Набор розеток.

Число и типы предохранителей. Предохранители включаются в сетевой фильтр для защиты от перегорания варисторов при больших импульсных помехах и отключения потребителей при коротком замыкании или длительной перегрузке нагрузочных цепей.

Для большей надежности отдельные изготовители, помимо термопредохранителей, устанавливают еще и самовосстанавливающиеся быстродействующие предохранители (на базе полупроводниковой металлоорганики).

Зачем нужен сетевой фильтр: краткое пояснение

Само название этой электронной схемы объясняет ее назначение. Слово «фильтр» указывает на отсеивание вредных помех, а «сетевой» — определяет их источник.

Другими словами, весь электрический мусор, поступающий из сети питания, отсеивается на входе нашего устройства и не влияет на качество работы бытового прибора. Основной же сигнал сети 220 вольт с частотой 50 герц беспрепятственно проходит через фильтр.

Электромагнитные помехи в сети появляются спонтанно, предугадать их появление невозможно. Даже простое включение лампы накаливания формирует начальный бросок тока, создающий зону переходных процессов.

Подключение электродвигателей холодильника, стиральной или посудомоечной машины связано с изменением индуктивного сопротивления. Ток такого включения может превышать в десятки и более раз номинальную величину нагрузки.

При этом в сети создается значительная «просадка» напряжения. А далее следует его всплеск, формирующий высоковольтные помехи.

Эти процессы протекают кратковременно. Во времена пользования аналоговой бытовой техникой они особого вреда не причиняли, а в аудио и видео аппаратуру встраивали простейшие фильтры, отлично выполняющие свои функции.

Они надежно сглаживали все эти быстрые провалы и пики напряжения своей конструкцией, предотвращая их попадание к чувствительной электронной схеме.

Какой вред наносят электромагнитные помехи

Напряжение кратковременных импульсов накладывается на основной сигнал питания сети 220. При этом в точке амплитуды может возникнуть перенапряжение, способное прожечь рабочий слой изоляции или повредить электронный компонент.
Проникающие внутрь слаботочных цепей посторонние сигналы искажают работу звукозаписывающих или звуковоспроизводящих устройств, видеотехники, телеприемников, дорогой цифровой аппаратуры.
Специальная техника позволяет через электромагнитные шумы, передающиеся по нулевому проводнику, проложенному вне квартиры, получать доступ к конфиденциальной информации.

Чтобы надежно бороться с помехами необходимо знать особенности своей бытовой сети.

Схема СФ защиты от сетевых помех

Типовая схема сетевого фильтра является основой всех устройств такого типа за исключением дополнительных мелочей. Классикой является подключение к точкам: Земля, Фаза и Ноль. На входе устанавливается варистор VDR 1. Он подавляет всплески напряжения сетевого тока. При высоком скачке напряжения сопротивление варистора резко падает, этим он не пропускает помеху далее по схеме.

Для гашения небольших изменений напряжения используются дроссель Tr1 и три ёмкости С. Конденсаторы С1, С2 и С3 – реактивные радиодетали, постоянно меняющие уровень сопротивления. Оно при изменении частоты тока резко возрастает.

Нормальный ток беспрепятственно проходит через фильтр. В то же время помехи высокой частоты задерживаются в СФ. Сопротивление фильтра находится в прямой пропорциональной зависимости от величины частоты тока. Оба показатели одновременно возрастают, что позволяет задерживать помехи на пути к потребителю.

Обратите внимание! Трёхпроводная сеть питания может подвергаться возникновению помех на участках фаза – ноль, земля – фаза, земля – ноль. Эффективное подавление таких негативных явлений осуществляется нормальным стандартным заземлением СФ

Используем фильтр для газового котла

Газовый фильтр для котла представляет собой небольшую конструкцию, которая устанавливается в газопроводе. Ее функция – собирать пылевидные частицы и другой мусор, чтобы не дать ему попасть в систему котла.

Фильтр для газового котла – это необходимое дополнение к традиционному агрегату, которое защитит основные узлы конструкции от преждевременного износа. Если вы хотите, чтобы ваш котел прослужил вам десятки лет, — не стоит игнорировать необходимость приобретения фильтрующего элемента для газопровода.

Что собирает на себя такой фильтр? В природном газе, поступающем в наши дома по системе трубопроводов, содержатся самые разные посторонние частички. Это могут быть смолы, песок, мельчайшие элементы коррозии и многое другое. С помощью полноценной очистки поступающего в систему газа улучшаются показатели герметичности запорных устройств и возрастает их надежность. Более того, такие приборы как счетчики будут демонстрировать максимально точные данные без погрешностей. Что же касается непосредственно конструкции агрегата, то при использовании газовых фильтров для котла наблюдается меньший износ основных его узлов, особенно тех, на которых крайне негативно сказывается эрозия.

Выбор фильтра для газового котла – задача ответственная, поскольку от вашего решения зависит то, насколько надежна и безопасна будет ваша система газоснабжения. На сегодняшний день на рынке отопительного оборудования и комплектующих представлены самые разные фильтрующие узлы, которые можно классифицировать по ряду признаков. В частности, существуют прямоточные и поворотные фильтры, которые отличаются друг от друга направлением движения газа. В зависимости от особенностей конструкции выделяют угловые и линейные устройства. Изготавливаются они в основном из стали или алюминия. Причем это могут быть как конструкции сварного типа, так и комплектующие, произведенные методом литья.

Если вы решили приобрести фильтр для газового котла – начните с оценки фильтрующего материала. Выделяют два основных типа материала – сетчатый и волосяной.

В первом случае в качестве фильтрующего элемента применяется специальная металлическая плетеная сетка, эффективно задерживающая мелкие частички пыли. Волосяной фильтр представляет собой кассету с прессованным конским волосом или капроновой нитью, пропитанными висциновым маслом.

Рассмотрим популярную продукцию, пользующуюся спросом на территории России, чтобы глубже узнать, что собой представляет газовый фильтр.

Компактный газовый фильтр (серия 70600)

Эта модель, производимая итальянской компанией «Giuliani-Anello s.r.l.», изготовлена из алюминия. Она укомплектована крышкой, выполненной из оцинкованной стали. Конструкция отличается надежностью, и согласно UNI-EN161 эта модель соответствует группе 1 по показателю механической прочности.

Фильтр рассчитан на предельное входящее давление на уровне 0.5 Бар и на эксплуатацию в температурном режиме от -10 до +80 градусов Цельсия. Фильтрующий элемент изготовлен из особого материала Viledon P15/500S, который отличается высоким показателем поглощения пыли и длительным сроком службы. Viledon P15/500S соответствует международному стандарту DIN EN779, что говорит о многом.

Компактный очиститель серии 70600 порадует владельца небольшими габаритами. Он был спроектирован для эксплуатации с газовыми котлами и водонагревательными колонками.

Приобретая данный фильтр, необходимо следовать нижеприведенным рекомендациям:

Убедитесь в том, что он подходит для вашей системы отопления, сверив технические характеристики;
Не устанавливайте фильтр в непосредственном контакте с оштукатуренными стенами;
В процессе монтажа задействуйте подходящий инструмент;
Монтируйте устройство таким образом, чтобы иметь легкий доступ к его крышке;
Направление движения газа должно соответствовать направлению соответствующей стрелки, размещенной на корпусе узла;
Монтируйте фильтр после газового редуктора.

Компактный газовый фильтр серии 70600 может использоваться в горизонтальных и вертикальных трубопроводах, что делает его универсальным решением проблемы фильтрации поступающего в систему газа.

Фильтр для газового котла – необходимая опция, которая позволит продлить срок эксплуатации вашего водонагревательного оборудования. Огромное количество конструктивных вариаций в самых разных ценовых диапазонах позволят вам подобрать оптимальную установку, которая будет полностью оправдывать потраченные на нее деньги.

Устройство

Если говорить об устройстве такой вещи, как сетевой фильтр, то следует сказать, что он может относиться к одной из 2 категорий:

стационарно-многоканальной;
встроенной.

В целом схема обычного сетевого фильтра, рассчитанного на напряжение в 220 В, будет стандартной и в зависимости от типа устройства может лишь чуть-чуть отличаться.

Такие платы имеет и другая техника, что относится к категории сложных. Такие платы обычно состоят из следующих компонентов:

конденсаторы добавочного типа;
индукционные катушки;
дроссель тороидального типа;
варистор;
предохранитель термического типа;
VHF-конденсатор.

Варистором является резистор, что имеет переменное сопротивление. Если нормативный порог напряжения в 280 вольт превышается, то его сопротивление снижается. Причем оно может снизиться не в один десяток раз. Варистор по своей сути представляет предохранитель от импульсного перенапряжения. А стационарные модели обычно отличаются тем, что имеют несколько розеток. Благодаря этому появляется возможность подключить через сетевой фильтр к электрической сети несколько моделей электрической техники.

Кроме того, все сетевые фильтры оснащены LC-фильтрами. Такие решения применяются для аудиотехники

То есть такой фильтр – помехоподавляющий, что для аудио и работы с ним будет крайне важно. Также сетевые фильтры иногда оснащаются термическими предохранителями, что позволяют предотвратить появление скачков напряжения

Иногда в ряде моделей используются одноразовые предохранители плавкого типа

Иногда в ряде моделей используются одноразовые предохранители плавкого типа.

Устройство и принцип работы

Диодный мост представляет собой электронную схему, собранную на основе выпрямительных диодов, который предназначен для преобразования подаваемого на него переменного тока в постоянный. Чаще всего в состав схемы включаются диоды Шоттки, но это не категоричное требование, поэтому в каком-либо конкретном случае может заменяться и другими моделями, подходящими по техническим параметрам. Схема моста из полупроводниковых диодов включает в себя четыре элемента для одной фазы. Диодный мостик может набираться как отдельными диодами, так и собираться единым блоком, в виде монолитного четырехполюсника.

Меры предосторожности

Если говорить о мерах предосторожности, то для начала следует вспомнить о том, что самодельный сетевой фильтр, который вам хочется собрать из доступных деталей – это довольно-таки сложный технический прибор. И без знаний в области электроники, причем довольно обширных, правильно сделать его попросту невозможно

Кроме того, все работы по созданию или доработке уже существующего устройства должны вестись исключительно с соблюдением всех мер безопасности. Иначе высок риск поражения электрическим током, что может быть не только опасно, но и смертельно.

Последний важный момент, о котором не будет лишним сказать, состоит в том, что не следует допускать пересечения кабелей, особенно в местах, где потенциальный нагрев может быть очень большим. Например, речь идет об оголенных контактах, а также резисторах сетевого фильтра. Да и не будет лишним убедиться перед тем, как включать устройство в сеть, что не будет никаких замыканий. Это можно осуществить при помощи прозвонки тестером. Как можно убедиться, сделать сетевой фильтр своими руками возможно. Но для этого следует четко знать, какие действия вы осуществляете и иметь определенные знания в области электроники.

Как встроить сетевой фильтр в обычную переноску смотрите далее.

Источник

Трансформаторы (с выпрямителем или без него)

Сердце трансформатора — сердечник. Он набирается из пластин трансформаторной стали, изготовить которые вручную довольно проблематично. Правдами и неправдами исходный материал добывается на заводах, в строительных бригадах, на пунктах сбора металлолома. Полученная конструкция (как правило, в виде прямоугольника) должна иметь сечение не меньше, чем 55 см². Это довольно тяжелая конструкция, особенно после укладки обмоток.

При сборке обязательно надо предусмотреть регулировочный винт, с помощью которого можно двигать вторичную обмотку относительно неподвижной первички.

Чтобы не вдаваться в сложности расчетов сечения проводов, возьмем типовые параметры:

сила тока на вторичке 100–150 А;
напряжение холостого хода 60–65 вольт;
рабочее напряжение при сварке 18–25 вольт;
сила тока на первичной обмотке до 25 А.

Вторичная обмотка набирается из провода (а лучше медной шины), сечением 30 мм². Изоляция тряпичная. Пусть толщина вас не пугает, количество витков на вторичке небольшое.

Количество витков первичной обмотки определяется по коэффициенту 0.9–1 виток на вольт (для наших параметров).

W(количество витков) = U(напряжение) / коэффициент.

То есть, при напряжении в сети 200–210 вольт, это будет порядка 230–250 витков.

С технической точки зрения трансформатор готов. Для удобства использования рекомендуется выполнить небольшой запас по вторичной обмотке, с несколькими ответвлениями (на 65, 70, 80 витках). Это позволит уверенно работать в местах с пониженным напряжением сети.

Оптимальный материал для корпуса — текстолит 10–15 мм.

Диод — это полупроводниковый прибор, работающий на принципе p–n-перехода, и служит для преобразования входящей энергии определенного типа в другой тип. Самое распространенное преобразование — “выпрямление” электрического тока. Выпрямительные диоды используются непосредственно в блоках питания, зарядных устройствах для перевода переменного тока в постоянный, без них не обходятся и сварочные аппараты.

Что такое помехи?

В розетке присутствует, как известно, напряжение переменное. Напряжение это имеет синусоидальную форму, если взглянуть на него с помощью осциллографа мы увидим такую картинку.

На рисунке выше вы видите напряжения с помехами и без. В идеальном случае напряжение должно быть, таким как на правой диаграмме.

Импульсные блоки питания применяются практически во всей современно технике: LED лампы, зарядные устройства, компьютерные БП, и т.д. Именно они дают помехи в сеть и чтобы от них избавится на вход по высокому напряжению устанавливают электромагнитный фильтр помех, состоящий из:

Варисторов;
электромагнитного дросселя;
конденсаторов.

Фильтр нужен как для защиты вашего устройства, так и для того, чтобы в процессе его работы помехи не возвращались в сеть. Помехи могут возникать не только от импульсных источников питания, но и при работе коллекторных двигателей, от искрения их щёток и процессов коммутации обмоток якоря.

https://youtube.com/watch?v=q7H-XpGe8Ws

Структурная и принципиальная схема основных частей блока

Обобщенная структурная схема импульсного БП.

На входе блока питания устанавливается сетевой фильтр. Принципиально на работу самодельного или промышленного импульсного блока питания он не влияет – все будет функционировать без него. Но отказываться от схемы фильтрации нельзя – из-за крайне нелинейной формы потребляемого тока импульсные источники интенсивно «сыплют» помехами в бытовую сеть 220 вольт. По этой причине работающие от этой же сети устройства на микропроцессорах и микроконтроллерах – от электронных часов до компьютеров – будут работать со сбоями.

Схема сетевого фильтра.

Назначение входного устройства — защита от двух видов помех:

синфазной (несимметричной) – возникает между любым проводом и землей (корпусом) БП;
дифференциальной (симметричной) – между проводами (полюсами) питания.

Фильтр, как и весь блок питания, на входе защищен предохранителем F (плавким или самовосстанавливающимся). После предохранителя стоит варистор – резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения. Пока входное напряжение в норме, сопротивление варистора велико и он не оказывает никакого действия на работу схемы. Если напряжение повышается, сопротивление варистора резко просаживается, что вызывает увеличение тока и сгорание предохранителя.

Конденсаторы Cx блокируют дифференциальные помехи на входе и выходе фильтра в диапазоне до 30 МГц. На частоте 50 Гц их сопротивление велико, поэтому влияния на сетевое напряжение они не оказывают. Их емкость может быть выбрана от 10 до 330 нФ. Резистор Rd устанавливается для безопасности – через него разряжаются конденсаторы после отключения питания.

Синфазные помехи подавляет фильтр на Cy и L. Их значения для частоты среза f связаны формулой Томпсона:

f=1/(2*π*√L*C), где:

f – частота среза в кГц (берется частота преобразования импульсника);
L – индуктивность дросселя, мкГн;
С – емкость Cy, мкФ.

Синфазный дроссель наматывается на ферритовом кольце. Обмотки одинаковые, мотаются на противоположных сторонах.

Конструктив синфазного дросселя.

После фильтра сетевое напряжение выпрямляется. В большинстве случаев используется стандартный двухполупериодный мостовой выпрямитель.

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.

Фильтры

Предназначены для подавления помех. Встречаются чисто емкостные и индуктивно-емкостные на основе LC-цепочек. Катушки сетевого фильтра бывают без сердечников или с ферритовыми сердечниками (лучше всего на ферритовых кольцах).

Добавочные устройства. Индикаторы включения и исправного состояния защиты на светодиодах или на неоновых лампочках светятся при включенном фильтре (или его отдельном канале) и гаснут, когда срабатывают предохранители. Разрядники (газовые) подстраховывают варисторы при больших амплитудах импульсных помех.

Любые электроприборы требуют правильной эксплуатации. В отношении сетевых фильтров тоже есть ряд правил безопасности. Фильтры противопоказано подключать друг к другу.

Рис. 8. Пример фильтра с евро-розетками.

Это может неоправданно увеличить ток в “земляном” проводе. Кроме того, к сетевым фильтрам нельзя подключать устройства с большими пусковыми токами (пылесосы, кондиционеры, холодильники и пр.). Не рекомендуется подключать сетевые фильтры к источникам бесперебойного питания, поскольку это может привести к повреждению схем защиты.

Подключение фильтрации

Подключение фильтрации потребуется, если магнитола инсталлирована с помощью устаревшей проводки (в идеале для этих целей используется экранированный провод). Другой стороной проблемы является увеличение треска при работающем генераторе и заведенном двигателе. Считается, что с данной проблемой помогает справиться сетевой фильтр, но не во всем и не всегда. Кроме того, эффективность зависит от типа и производителя фильтра.

Фильтр питания для автомагнитолы

Проблема не эффективности может быть связана с несовершенством электрической схемы автомобиля. При правильно выполненной бортовой электрике фильтрация может не понадобиться.

Устройство и принцип работы

Основные выводы

Все светодиоды, в не зависимости от их рабочего напряжения или силы тока, подключаются последовательно или параллельно. Способ включения может быть и комбинированным – в таком случае устраняются недостатки последовательного и параллельного соединений

Важно уметь правильно собирать цепь, подбирать источник питания, считать номиналы токоограничивающих резисторов и нужное количество светодиодов, чтобы схема функционировала. Соединение без токоограничивающего резистора и других защитных элементов приведет к поломке диода

Лампы и светильникиКакие лампочки лучше для дома: светодиодные или энергосберегающие

Лампы и светильникиКак сделать светильник из светодиодной ленты на 12 и 220 Вольт своими руками