Сетевой фильтр – что это такое

Статье с небольшими изменениями (подробнее об изменениях чуть ниже).

Начинка корпуса была полностью убрана, осталась только рама, передние панели, пластмассовое дно, верхняя крышка и сетевые розетки. Дополнительно под новые платы и детали были вырезаны основания из металла толщиной 1 мм и окрашены. Подножки я снял из-за ненадобности. Верхняя крышка и передняя алюминиевая панель были зачищены и окрашены в серый матовый цвет краской из баллона.

Дополнительно для внешнего вида и для закрытия отверстий в передней панели была вырезана накладка из оргстекла толщиной 10 мм и размером 440х55 мм. Вырезал ее фрезером и доводил торцы до идеала мелкой наждачной бумагой. Прозрачное оргстекло не закроет отверстия, поэтому оно было окрашено с одной стороны (окрашенной стороной к панели) синей матовой краской из баллона в несколько слоев. Торцы предварительно были заклеены строительным скотчем, так как их так же не закрашивал.

Окраска с одной стороны дала глубину в накладке и очень хороший внешний вид. Полностью окрашивать я бы не советовал. Тем более синий цвет отражается в торцах, эффект достигнут. Синий цвет считаю вполне гармоничным с серым, хотя с серым будут сочетаться практически все цвета. С оргстеклом нужно обращаться очень аккуратно идеальная глянцевая поверхность очень легко царапается. Крепится накладка на винтах М4 с шапкой того же синего цвета.

Сетевой шнур и вся разводка внутри фильтра имеет сечение жилы 2х1,5 мм 2 . Ферритовые сердечники и плата с конденсаторами крепятся винтами к металлическим пластинам. Катушки и конденсаторы изолированы от корпуса. Плата с конденсаторами дополнительно сверху накрыта пластмассовой крышкой, чтобы изолировать и не сломать конденсаторы от непредвиденного нажатия верхней крышки.

Предохранитель был установлен в родном отверстии. Розетки были взята под вырезанные отверстия в задних панелях 3+2 шт. Вместе с родными дает возможность подключить 8 вилок. Тройник держится на уголках, двойник - уголки + металлическая распорка. Центральная панель под тройник естественно не родная.

Схема немного изменена, наибольшее изменения коснулось катушек. Первая пара в 20 раз меньше нужного номинала, а вторая пара, наоборот, в 5 раз больше, но я считаю, особой проблемы в этом нет, фильтрует и так хорошо. По конденсаторам так же есть изменения, об этом подробнее.

R1 , R2 , R3 , R4 - 180 кОм/0,5 Вт (МЛТ, металопленочный лакированный теплостойкий )

C1 - 33 нФ/1000 В ()

C2 , C3 - 3 нФ/500 В (СГМ-3, слюдяные )

C4 - 4,7 нФ/400 В (КСО-1, слюдяной )

C5 - 0,1 мкФ/1500 В (К78-2, фольговый металлизированный )

C6 , C7 , C8 , C9 - 0,1 мкФ/400 В (металлопленочные )

L1 , L2 - 1,07 мГн/0,06 Ом (на одном ферритовом сердечнике, жила – 1,5 мм )

L3 , L4 - 0,5 мГн/0,07 Ом (на одном ферритовом сердечнике, жила – 1,2 мм )

На приборах не смотрел, но на слух изменения очень заметны, исчезли все трески в акустических системах, только подключать к фильтру нужно не только усилитель а и проигрыватель. В плане еще ферритовые кольца на сетевые шнуры. По схеме нужно было монтировать заземление, но у меня его пока в комнате нет.

Сетевой фильтр – это электрическая схема, реализующая функционал низкочастотного фильтра для цепей питания переменным током 220 В (сети бытового назначения).

Суть работы устройства сводится к тому, чтобы отсечь побочные электромагнитные излучения и наводки (ПЭМИН), возникающие вследствие облучения электрических проводов бытовой сети питания сторонними радиоизлучающими приборами (радиостанции, ретрансляторы, базовые станции для беспроводного Интернета и т.п.) или мощной бытовой техникой без надлежащей защиты цепи питания (кондиционеры, холодильники, сплит-системы и др.).

Возникающие в сети питания ПЭМИН могут оказывать губительное влияние на работу других слаботочных приборов (цифровой техники, телевизоров, радиоприемников и т.п.) или вызывать помехи в приеме различных сигналов.

Кроме того, ПЭМИН могут стать источником утечки конфиденциальной информации, например, в работе спецтехники (информация может перехватываться по цепям питания или заземления).

Защитить приборы поможет сетевой фильтр, который выполняет сразу две функции:

1. отсекает высокочастотные сторонние сигналы в цепи питания,
2. предохраняет приборы от скачков напряжения.

Многие часто сталкиваются с сетевыми фильтрами, встроенными в электрический удлинитель. Однако, производители и/или продавцы зачастую вводят в заблуждение покупателей.

Недорогие модели удлинителей на самом деле не выполняют заявленных функций фильтров, они лишь обеспечивают защиту от кратковременных перегрузок при повышении напряжения или силы тока (короткого замыкания).

В состав таких «сетевых фильтров» входит всего один варистор (элемент электрической цепи, который реализует функцию переменного резистора, повышающего свое сопротивление при увеличении прикладываемого к нему напряжения) и автоматического выключателя (предохранителя, срабатывающего при резком увеличении силы тока). Помочь такое устройство сможет только, например, от помех, создаваемых разрядом молнии во время грозы.

Устройства, в полной мере реализующие функционал сетевых фильтров стоят гораздо дороже своих упрощенных аналогов. Так, сетевыми фильтрами можно назвать продукцию компании Pilot (серии начиная с Pilot L, Pilot GL и др., исключая Pilot S), цены на которую стартуют с 1 тыс. руб. Или аналоги от APC, IPPON, BURO и др.

По этой причине возникает вполне закономерное желание изготовить недорогой, но при этом не менее функциональный сетевой фильтр своими руками.

Что потребуется — подбор инвентаря и схем

В первую очередь можно переделать под высокочастотную (ВЧ) фильтрацию купленный недорогой фильтр с варисторной защитой.

Для его модификации понадобятся:

• Катушки индуктивности / дроссели,
• Варистор (можно оставить имеющийся в удлинителе, если он там был),
• Конденсаторы,
• Резисторы,
• Ферритовый фильтр.

Схема сетевого фильтра 220в

Простой варисторный фильтр выглядит так.

Возможны две простые его модификации.

Первая на RLC-фильтре:

Вторая схема на LC-фильтре:

Такие элементы и схемы выбраны не случайно, так как все комплектующие могут поместиться в старый корпус удлинителя без необходимости монтирования отдельного корпуса на проводе и т.п.

Принцип работы, как и всех низкочастотных LC-фильтров, прост:

1. Высокочастотные колебания, попадая на катушку индуктивности, повышают ее сопротивление и потому не проходят дальше (сопротивление индукции прямо пропорционально частоте),
2. Попадая на контакты конденсатора высокие частоты гасятся при правильном подборе емкости (сопротивление емкости при таком подключении обратно пропорционально частоте колебаний электрического тока).

На обоих схемах параллельно конденсатору включается резистор с большим сопротивлением. Он выполняет роль нагрузки для конденсатора при отключении питания (на конденсаторе может накапливаться свободный заряд, который будет опасен даже после полного отключения фильтра от сети переменного тока).

Ферритовый фильтр лучше всего приобрести разъемным по диаметру кабеля удлинителя. Его назначение в работе схемы – гашение высокочастотных помех по цепи питания за счет повышения индуктивности проводника, а также поглощения излучений самим ферритом. Это отличное решение для подключения к сети питания цифровой техники.

Возможны и другие реализации сетевого электрического фильтра . В качестве примера можно привести схемы, используемые в технике Pilot.

Инструкция по сборке простого сетевого фильтра своими руками

Собрать фильтр из указанных схем (рис.2 и рис.3) достаточно просто, для этого не понадобится печатных плат или отдельного корпуса на удлинителе. При правильном подборе габаритов элементов и их компоновке можно уместить их в корпусе недорогого варисторного сетевого фильтра.

Имеющаяся цепь разрезается (контакты от варистора к розеткам, сам варистор оставляется), элементы размещаются в соответствие со схемой и спаиваются.

Должно получится так по схеме из рис.2:

И так по рис.3:

Только катушки индуктивности необходимо разместить перпендикулярно друг другу.

Элементы схем

Касательно схемы с рис.2. Сопротивления R1 и R2 следует подбирать исходя из предполагаемой нагрузки. Например, при фактической мощности потребителя до 250 Вт, подойдут резисторы 0,82 Ом, до 380 Вт – 0,36 Ом, до 500 Вт – 0,22 Ом. Если планируется большая мощность – резисторы можно исключить из схемы, однако работа дросселей ухудшится.

Дроссели L1 и L2 – должны иметь ферритовый сердечник, показатель максимально допустимого тока должен быть не менее планируемого тока нагрузки, индуктивность – от 10 мкГн до 10 мГн (лучше всего в большую сторону, то есть чем больше, тем лучше, но до 10 мГн).

Конденсаторы C1 и C2 можно объединить в один, если позволяет свободное место и показатели. Или наоборот, набрать несколькими параллельно соединенными, если позволяет свободное место. Лучше всего использовать пленочные емкости от 0,22 до 1 мкФ. Максимально допустимое напряжение лучше взять с запасом (на случай помех со скачками напряжения), например, до 680 В.

Сопротивление R3 должно быть в пределах 0,5-1,5 МОм. Мощность тоже лучше взять с запасом для лучшей теплоотдачи – 0,5 Вт.

В схеме на рис.3 изменяются конденсатор и катушки, последние обладают самыми оптимальными показателями индуктивности при миниатюрных габаритах и стоящих перед ними задач. Соответственно меньше деталей к пайке.

Меры предосторожности — что стоит учесть

Самодельный сетевой фильтр 220в своими руками – это сложное техническое устройство. Его сборка невозможна без знаний в области электротехники.

Все работы должны проводиться с соблюдением мер безопасности. В противном случае возможно поражение электрическим током.

Как и было сказано выше, конденсаторы рассчитаны на высокое напряжение. Они могут накапливать остаточный заряд. Удар током будет возможен даже после полного отключения фильтра от сети переменного тока. Поэтому наличие параллельно включенного сопротивления обязательно!

Перед пайкой следует убедиться в исправности всех элементов (тестером замеряются основные параметры и сравниваются с заявленными).

Не стоит допускать пересечения проводов, особенно в местах потенциального нагрева (на резисторах, оголенных контактах и т.п.). Перед включением в сеть обязательно следует убедиться («прозвонить» тестером) в отсутствии замыкания.

Данное устройство предназначено для защиты холодильников и другой электроаппаратуры от всплесков напряжения сети. Оно также снижает уровень сетевых помех, создаваемых холодильными агрегатами при включении и выключении. Принципиальная схема сетевого фильтра представлена на рисунке, который вы видите ниже:

Напряжение сети (220 B) через плавкий предохранитель FU1 поступает на LС-фильтр С1-L1-C2-RU1. Конденсаторы с дросселем подавляют в широком диапазоне частот импульсные помехи, как поступающие из сети к нагрузке, так и создаваемые самой нагрузкой. Последние могут вызвать сбои в работе электронного оборудования. Варистор RU1 гасит высоковольтные выбросы в сети питания которые могут привести к пробою изоляции обмоток электродвигателя холодильного агрегата. Если длительность высоковольтного импульса не превышает единиц миллисекунд, варистор способен погасить его без собственного повреждения. При более длительных повышениях напряжения, например, когда из-за аварии напряжение сети повышается до 320...450 B, варистор пробивается, что приводит к перегоранию предохранителя FU1, в ре-зультате фильтр и нагрузка обесточиваются. Примененный варистор открывается при амплитуде напряжения около 430 B, что соответствует действующему значению напряжения сети около 300 B. Собственная емкость такого варистора - около 900 пФ.

При напряжении сети более 260...270 B (но менее 300...320 B) возможен нагрев варистора без его повреждения. Сверх яркий светодиод синего цвета HL1 сигнализирует o наличии напряжения и исправности фильтра, резистор R1 разряжает конденсаторы С1, C2 при отключении фильтра от сети. Диод VD2 защищает светодиод от пробоя обратным напряжением, что нередко случается co cветодиодами синего и белого цвета при питании переменным напряжением даже при наличии выпрямительного диода VD1. Устройство собрано в корпусе размерами 110х58х48 мм. Все сильноточные цепи выполнены проводом сечением не менее 0,75 мм2. Дроссель L1 содержит 20 витков, намотанных проводом ПЭВ-2 0,82 мм в один ряд на ферритовом кольце размерами 24х14х10 мм. Кольцо использовано от фильтра выходных напряжений компьютерного блока питания. Можно применить любой другой дроссель аналогичной конструкции индуктивностью 30...500 мкГн с сопротивлением обмотки постоянному току не более 100 мОм. Например, намотать его на кольце раз мерами К28х16х6 из феррита 2000НН. Между началом и концом обмотки необходимо оставить зазор около 5 мм. Конденсаторы применены импортные, рассчитанные на рабочее напряжение 275 B (переменного тока). Вместо таких конденсаторов можно применить отечественные, типов К73-17, К73-24, на рабочее напряжение 630 B. Резисторы - МЛТ, ОМЛТ, 02-23, 02-33. Диод КД209А можно заменить любым из серии КД209 или импортным 1N4004, 1 N4005, 1 N4006. Вместо диода 1N914 можно применить 1N4148 или любой из серий КД512, КД521, КД522. Светодиод подойдет любой общего применения, желательно c повышенной светоотдачей, например, из серий КИПД40, L-1513. Варистор FNR-20К431 можно заменить на любой, имеющий в маркировке символы "20К431" или "20N471" (20-это диаметр варистора в миллиметрах, 431 - напряжение срабатывания варистора - 430 B).

Поскольку конструкция предназначена для непрерывной круглосуточной работы, применять менее мощные варисторы (меньшего диаметра) нежелательно. Варистор лучше всего смонтировать так, чтобы его при необходимости можно было заменить, не вынимая монтажную плату из корпуса. Корпус варистора желательно неплотно обернуть тонкой асбестовой бумагой или стеклотканью (без пропитки смолой). Предохранитель FU1 - любой плавкий на рабочее напряжение 250 B и ток 6...8 A. Современные холодильники во время работы компрессора потребляют от сети ток не более 1...2 A, но предохранитель, рассчитанный на значительно больший ток, необходим по той причине, что в момент включения компрессора (примерно в течение 1 c) потребляемый ток в несколько раз больше.

Для предотвращения помех от электро - и радиоприборов необходимо снабдить их фильтром для подавления помех от питающей сети, расположенным внутри аппаратуры, что позволяет бороться с помехами в самом их источнике.

Если не удастся отыскать готовый фильтр, его можно сделать самостоятельно. Схема помехоподавляющего фильтра представлена на рисунке ниже:

Фильтр двухкаскадный. Первый каскад выполнен на основе продольного трансформатора (двухобмоточного дросселя) Т1, второй представляет собой высокочастотные дроссели L1 и L2. Обмотки трансформатора Т1 включены последовательно с линейными проводами питающей сети. По этой причине низкочастотные поля частотой 50 Гц в каждой обмотке имеют противоположные направления и взаимно компенсируют друг друга. При воздействии помехи на провода питания, обмотки трансформатора оказываются включенными последовательно, а их индуктивное сопротивление XL растет с увеличением частоты помех: XL = ωL = 2πfL, f - частота помех, L - индуктивность включенных последовательно обмоток трансформатора.

Сопротивление конденсаторов C1, С2, наоборот, уменьшается с ростом частоты (Хс =1/ωС =1/2πfC), следовательно, помехи и резкие скачки «закорачиваются» на входе и выходе фильтра. Такую же функцию выполняют конденсаторы СЗ и С4.

Дроссели LI, L2 представляют еще одно последовательное дополнительное сопротивление для высокочастотных помех, обеспечивая их дальнейшее ослабление. Резисторы R2, R3 уменьшают добротность L1, L2 для устранения резонансных явлений.

Резистор R1 обеспечивает быстрый разряд конденсаторов C1-С4 при отключении сетевого шнура от питающей сети и необходим для безопасного обращения с устройством.

Детали сетевого фильтра размещены на печатной плате, показанной на рисунке ниже:

Печатная плата рассчитана на установку промышленного продольного трансформатора от блоков персональных компьютеров. Можно изготовить трансформатор самостоятельно, выполнив его на ферритовом кольце проницаемостью 1000НН...3000НН диаметром 20...30 мм. Кромки кольца обрабатывают мелкозернистой шкуркой, после чего кольцо обматывают фторопластовой лентой. Обе обмотки наматывают в одном направлении проводом ПЭВ-2 диаметром 0,7 мм и имеют по 10...20 витков. Обмотки размещены строго симметрично на каждой половине кольца, зазор между выводами должен быть не менее 3...4 мм. Дроссели L2 и L3 также промышленного производства, намотаны на ферритовых сердечниках диаметром 3 мм и длиной 15 мм. Каждый дроссель содержит три слоя провода ПЭВ-2 диаметром 0,6 мм, длина намотки 10 мм. Чтобы витки не сползали, дроссель пропитан эпоксидным клеем. Параметры намоточных изделий выбраны из условия максимальной мощности фильтра до 500 Вт. При большей мощности размеры сердечников фильтра и диаметр проводов необходимо увеличить. Придется изменить и размеры печатной платы, однако всегда следует стремиться к компактному размещению элементов фильтра.

В наше время, как никогда остро встает проблема электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств (РЭС). Количество подключенных к электросети РЭС неумолимо возрастает. Проблема усугубляется еще и тем, что многие РЭС должны функционировать одновременно. Как правило, на должном уровне этому вопросу много внимания уделяется профессиональными разработчиками. Однако далеко не всегда достигается желаемый результат. В бытовых условиях ситуация еще хуже. Если же принять во внимание еще и плачевное состояние наших линий электропередачи, то дальнейшие комментарии станут ненужными.

Предлагаемый сетевой фильтр в значительной мере позволяет "отстроиться" от взаимного влияния помех "электросеть - РЭС -электросеть". Он собран из доступных деталей и не нуждается в налаживании.

Взяться за самостоятельное изготовление сетевого фильтра автора побудило несколько обстоятельств. При включении системного блока компьютера происходило резкое ухудшение качества просмотра ТВ изображения. Происходило это сразу на нескольких каналах одновременно. Сигналы от ТВ каналов вещающих в диапазоне MB, сразу становились сильно зашумленными. Цветопередача сильно нарушалась или исчезала полностью. Сильный муар сбивал строчную и кадровую синхронизацию.

Это было лишь «первой ласточкой». Помехи каким-то образом стали проявляться и в других телевизорах, расположенных на значительном отдалении от данного компьютера (десятки метров). Поначалу все можно было списать только на комнатную антенну (типовая «польская всеволновка»).

Изменили ее местоположение. Бесспорно, ситуация несколько изменялась в лучшую сторону. Но от зашумленности изображения избавиться не удавалось. Все, казалось бы, сокрыто в размещении антенны в помещении. Однако телевизоры, работающие в другом помещении, к тому же на наружную антенну, страдали похожими проблемами, правда, не в такой степени. И происходило это на тех же «злополучных» ТВ каналах. Причем, как только оргтехнику выключали, качество ТВ изображения становилось нормальным. Были проведены и другие эксперименты:
- антенны переносили;
- место расположения ТВ приемника изменяли;
- пытались использовать заводские сетевые «фильтры».

Заводские сетевые «фильтры» . Об этих фильтрах обязательно следует немного рассказать. Приобретались несколько разных удлинителей, именуемых сетевыми фильтрами.

Как удлинители они еще могли работать. Правда, там использованы настолько жесткие азиатские провода, что пользоваться ими и неудобно, и опасно. Довольно быстро контакты внутри таких «фильтров» расшатываются, и происходит разбалтывание соединений. Вскоре имеет место подгорание. Как известно, горит там, где плохой контакт, где греется.

Дальше было еще веселее. Разборка нескольких таких «фильтров» показала, что там нет никаких фильтров вообще. Только в одном из них производитель удосужился установить малогабаритный дроссель. Он намотан на кольцевом сердечнике. На корпусе этого дросселя указана индуктивность 2,2 мГн. Дроссель залит компаундом синего цвета. И нет рядом никаких помехоподавляющих конденсаторов! И это один из «наилучших» сетевых фильтров в ценовой категории дороже 15 USD.

В таких удлинителях-«фильтрах» имеется клавишный выключатель питания, подсвечиваемый миниатюрной неоновой лампочкой. Кстати, этот выключатель -первый кандидат на выход из строя. Он ненадежен с механической точки зрения. Вот лишь часть проблем, побудивших автора данной статьи взяться за собственное изготовление простого в исполнении сетевого фильтра.

Схема фильтра показана на рис.1.

Для повышенной эффективности он выполнен двухкаскадным. От многих других фильтров его отличает тот факт, что катушки фильтра каждого звена размещены на общем магнитопроводе. Никаких стержневых магнитопроводов не применяли. Благодаря магнитной связи между обмотками, происходит более сильное подавление низкочастотной синфазной помехи, которая наводится одновременно на обоих проводах катушек. Здесь важно обеспечить отмеченную на схеме (точками) фазировку обмоток. Кроме того, требуется и симметричность выполнения обеих обмоток.

Конденсаторы С1, С2 и катушки L1, L2 отвечают за подавление самых высокочастотных помех. Частоты до 200 кГц подавляются катушками L3, L4 и остальными конденсаторами. Катушки L1 и L2 намотаны вдвое сложенным проводом типа ПЭЛШО-0,63 и содержат 2x25 витков. Использован броневой магнитопровод Б22-2000НМ1. Индуктивность каждой катушки превышала 120 мкГн. Индуктивность измерялась универсальным прибором LP235. Несколько сложнее довелось с изготовлением второй пары катушек. Катушки L3 и L4 намотаны двойным проводом ПЭЛШО-0,63, и каждая обмотка содержит по 87 витков. Катушки намотаны на Ш-образном ферритовом магнитопроводе(Ш12х14). Марка феррита на сердечнике не приведена.

Полученная индуктивность каждой обмотки составляла почти 20 мГн (19,6 мГн). Перед выполнением этой обмотки изготовлялся самодельный каркас из электрокартона. Во избежание аварийных нештатных ситуаций в схеме установлен также держатель предохранителя с предохранителем на ток 10 А.

О конденсаторах . Это очень ответственные элементы в данной схеме. Поскольку не существует исполнения малогабаритных конденсаторов типа КСО емкостью 0,01 мкФ 500 В, использовано параллельное соединение конденсаторов меньшей емкости - 4700 пФ 500 В (С1-С4). Конденсаторы типов КСО неспроста пользуются хорошей репутацией. Конденсатор С5 - фильтровой телевизионный типа К78-2 номиналом 0,1 или 0,15 мкФ. Это также очень надежные конденсаторы. Практика это подтверждала многократно. Они специально разработаны для подавления импульсных помех в телевизионной технике. Впоследствии тандем из двух последовательно соединенных конденсаторов С8 и С9 также был заменен одним экземпляром К78-2. Установка четырех элементов R1, R2, С6 и С7 позволяет решить несколько задач одновременно.

Во-первых, снять проблему поиска (дефицита) высоковольтного и крупногабаритного конденсатора (0,5 мкФ 800 В).

Во-вторых, повысить надежность «батареи» конденсаторов, соединенных последовательно.
В-третьих, благодаря уравнивающим резисторам не только выравнивается напряжение на конденсаторах.

После случайного соприкосновения руками к выводам отключенного от питающей сети 220 В/50 Гц фильтра исключается кратковременный, но болезненный удар электрическим током. Благодаря наличию данных резисторов все конденсаторы в схеме оказываются быстро разряженными. Все катушки должны иметь одинаковую индуктивность. От кольцевых ферритовых магнитопроводов в данной ситуации отказались только по причине излишней рутинной работы, чтобы не скруглять острые края ферритовых поверхностей, не мучиться с трудоемкой и однообразной намоткой обмоток и т.п.

Конденсаторы можно применять и других типов. Однако конденсаторы указанных выше типов зарекомендовали себя очень надежно во многих ситуациях. Поэтому им и отдали предпочтение.

Все без исключения конденсаторы проверялись на величину выдерживаемого напряжения (своеобразным методом неразрушающего контроля, при малых тестируемых токах). Конденсаторы С6-С9 емкостью 1 мкФ 400 В типа МПТ-96. Для крепежа ферритовых изделий к плате металлические детали не использовали совсем. Применялся старый проверенный метод: нитки на клею.

Радиоаматор №11, 2009г.

Список радиоэлементов