Як влаштовані і працюють мережеві фільтри

Не сильно заглиблюючись в теорію змінного струму, можна лише відзначити, що правильною формою струму стандартної побутової електромережі є синусоїда. За рахунок цієї властивості зміна в напрузі здійснюється по дузі, яка симетрична тимчасової осі. Переходячи від теорії до практики і прив'язуючи її до реальності на прикладі все тієї ж побутової електромережі, варто відзначити, що за секунду часу напруга мережі змінюється від + 310В до -310В 50 разів, що в свою чергу відповідає характеристикам:

напруга електромережі: 220 Вольт;
частота струму електромережі: 50Гц.

Однак в реальності ці значення все-таки варто приймати як ідеальних, так як насправді зміни напруги в електричних розетках більшості житлових приміщень відбувається по дузі, яка за своєю формою, м'яко кажучи, не зовсім схожа на правильну синусоїду. Тобто мають місце різкі сплески і суттєві викривлення форми, а також скачки і імпульси, які найчастіше стають причиною передчасного виходу з ладу побутового електрообладнання.

Причин, які призводять до помітних спотворень синусоїди змін напруги, існує чимало, найбільш істотними з яких є:

включення / відключення електрообладнання великої потужності;
коротке замикання з високою боку ТП;
різні процеси, що відбуваються всередині електромережі.

У чому природа цих спотворень? Виявляється, вплив на потрібну нам синусоїду надають інші синусоїди, кожна з яких має свої характеристики. Щоб забезпечити надійну роботу електрообладнання необхідно виділити серед всієї цієї гами синусоид (гармонік) тільки одну, яка має характеристики: величина амплітуди 310 Вольт, частота - 50Гц.

Також дуже важливо враховувати, що в мережі можуть виникати незакономірні перешкоди, так звані апериодические перешкоди, поява яких неможливо передбачити або ж математично розрахувати. До таких перешкод прийнято відносити імпульсні скачки напруги, які характеризуються короткочасністю і в той же час високою амплітудою. Такі перешкоди можуть виникнути в будь-який момент, і, звичайно ж, нічого хорошого для побутового електрообладнання вони в собі не несуть.

Ефективно боротися як з гармоніками, так і з апериодическими перешкодами, здатні такі пристрої, як мережеві фільтри, головною функцією яких є захист електрообладнання від різних видів перешкод в електромережі.

Принцип роботи мережевого фільтра

Якщо на опір резистора не робить ні найменшого впливу вид струму, який через нього проходить, то на індуктивність та ємність даного пристрою має саме прямий вплив частота електроструму. Наприклад, опір котушки індуктивності буде збільшуватися із зростанням частоти.

Саме на цій властивості (що отримав назву індуктивність) і побудована робота мережевого фільтра, яка наділяє його такою важливою характеристикою, як можливість придушення високочастотних перешкод, якими в разі з електромережами є синусоїди з малим періодом. Щоб таке придушення стало можливим необхідно розмістити дві котушки, розташовані послідовно до навантаження, і приєднані як до нульового, так і до фазного проводу. Кожна з котушок повинна мати індуктивність в межах 50-200 мкГн.

Для придушення низькочастотних перешкод добре себе зарекомендували котушки індуктивності з активним опором, а також резистори, встановлені послідовним способом по відношенню до навантаження. Такі резистори повинні мати невисокий опір, щоб не створювати істотний вплив на напругу. Оптимальним вибором будуть резистори, що мають опір не більше 1 Ом.

Максимальною ефективністю в придушенні мережевих перешкод мають фільтри, які отримали назву LC. У їх складі присутні не тільки котушки індуктивності, але і конденсатори, ємність яких може бути від 0,2 до 1 мкФ.

Робота фільтра LC повністю заснована на 2 законах комутації:

L котушка ефективно бореться з різкими стрибками струму;
З конденсатор пригнічує всілякі коливання напруги високої частоти.

Що стосується імпульсних перешкод, коротких за часом своєї дії, то їх здолати можна за допомогою такого напівпровідникового елемента, як варістор.

Виходячи з усього вищесказаного, якісний і ефективний мережевий фільтр повинен в себе включати:

2 котушки з індуктивністю в межах 50-200 мкГн;
варістор з напругою в межах 470В;
конденсатор з ємністю 0,2-1 мкФ