Мрежов филтър
С появата на компютърните технологии в домовете ни влязоха такива необходими устройства като удължителни кабели с много гнезда и защити от пренапрежение. Много потребители наистина не мислят за функцията за филтриране на мрежовото напрежение. „Всъщност работи, какво друго е необходимо?“ те казват. Те се интересуват повече от външния вид, а основният критерий за избор на пренапрежение/удължителен кабел е броят на изходите, дебелината и дължината на захранващия мрежов кабел. За да разсеем мита за безполезността на пренапрежение и да докажем, че тази функционалност е не по-малко важна от, да речем, захранващото напрежение, решихме да напишем тази статия. В него читателят ще научи за това какво представляват защитите от пренапрежение, техните видове и предназначение. Нека да поговорим накратко за принципа на действие на пренапрежение. Ще предоставим на потребителите критерии за избор на качествен продукт при закупуване на филтър. Младите дизайнери ще могат да научат основите на проектирането на такива устройства, а опитните радиолюбители ще се интересуват от готови инженерни решения за внедряване на мрежови филтри. Но преди да започнете да говорите за такова важно нещо като пренапрежение, трябва да разберете какво е хармонично изкривяване в мрежата.
Вреда от хармонично изкривяване в мрежата
Всички мрежови устройства се захранват от променливо синусоидално напрежение с честота 50 или 60 Hz. Захранванията са проектирани с оглед на тези характеристики. Съвършено чистото захранване носи синусоидално напрежение, но на практика нашата мрежа е пълна с хармонично изкривяване. Хармоничното изкривяване е честотните сигнали, които се наслагват върху захранващото напрежение и го променят. Честотата на такива смущения е кратна на мрежовата честота.
Всички силови електроники от битово и промишлено значение, когато са свързани към мрежата, въвеждат свои собствени изкривявания и колкото по-голямо е натоварването на потребителите, толкова повече изкривявания навлизат в мрежата. Те са причинени най-вече от включване и изключване. Изкривявайки честотата на захранващото напрежение, хармониците водят до увеличаване на мрежовите загуби, прекомерно прегряване на трансформаторите в захранващите устройства и намаляват експлоатационния живот на оборудването. Звуковото оборудване с трансформаторни захранващи устройства започва да излъчва нискочестотен фон. Мощното комутационно оборудване силно нарушава чистотата на мрежата: двигатели, заваръчни машини, стари хладилници, честотни преобразуватели, микровълнови печки, газоразрядни лампи. Тези потребители, поради процесите на превключване на полупроводникови устройства вътре в тях, изкривяват формата на захранващото напрежение. Индикатор за качеството на мрежовото напрежение е хармоничното изкривяване KU или THD. Този коефициент определя наличието на хармоничен компонент в полезния сигнал. Според GOST 13109-97 за захранващо напрежение 380V. KU не трябва да надвишава 12%. По-нататъшното му увеличаване води до повреда на оборудването или рязко намаляване на експлоатационния му живот. Нивото на хармоничния компонент зависи от мощността на захранващата мрежа, мощността на свързаните към нея консуматори, въвеждащи изкривявания, дължината и участъка на захранващата линия от силовия трансформатор до потребителя. За интерес, обърнете внимание къде е инсталиран трифазният трансформатор за изолация на вашата улица и си представете колко потребители са свързани към всяка от неговите 3 линии. Но всеки от тях въвежда в мрежата свои собствени, макар и оскъдни, но изкривявания. Обобщавайки всички показатели, картината на захранващото напрежение в мрежата изглежда просто ужасяваща. И след това сме изненадани: защо толкова често имаме повреда на компресорите в хладилниците или захранванията на старите телевизори отказват. В индустрията има доста начини за справяне с изкривено захранващо напрежение, но в ежедневието се използват главно предпазители от пренапрежение.
Мрежови филтри. Тяхното предназначение и принцип на действие
Устройствата за защита от пренапрежение играят двойна роля. От страната на захранващата мрежа те предотвратяват проникването на хармоничния компонент в захранващите блокове на оборудването или в домашната мрежа. От друга страна, те изключват влиянието на процесите на превключване на оборудването върху захранващата мрежа, като същевременно я предпазват от хармонично изкривяване. В просто приближение линейният филтър е последователно свързан кондензатор и индуктор. Този пакет е настроен на резонанса на паразитната хармонична честота и е свързан паралелно с мрежовата шина близо до силовите трансформатори или токоизправителната инсталация. Има три вида топология на линейния филтър: резонансен шунт, амортизиран филтър и активен филтър. При честотата на паразитната хармоника кондензаторът и дроселът имат ниско съпротивление, следователно те са шунт, който предотвратява преминаването на честотните смущения в мрежата. Този тип филтриране се нарича резонансно филтриране. Приглушените филтри се наричат още широколентови филтри. Те обикновено се използват в промишлеността, например в електрически дъгови пещи. При постоянно излъчване от товара към мрежата има възможност честотата на превключващия шум да съвпада с антирезонансната честота, следователно е необходимо не само да се филтрират хармониците, но и да се намали антирезонансът от товара или в други думи, за да ги овлажним. Възможно е да се потиснат многобройни резонансни смущения чрез използване на голям брой резонансни шунтове, свързани последователно, но този метод не е икономически ефективен. Икономическият баланс за прилагането на такъв линеен филтър между антирезонансно и резонансно затихване може да се получи чрез използване на амортизиран филтър от втори ред (фиг. Вляво). Има активни предпазители от пренапрежение, които са доста сложни и скъпи решения за вериги. Тяхната работа се основава на генерирането на противоположен сигнал, спрямо шума, в неговата структура, повтаряща напълно неговата форма и амплитуда, но в противоположна полярност. Понякога активните филтри се използват в тандем с пасивни филтри. Тази комбинация се нарича хибридни предпазители от пренапрежение.