Расчет фильтров выпрямителя

Русская версия программы «LC-filter 5.0.0.0», позволяющая рассчитывать Г-образные сглаживающие фильтры на реактивных элементах, предназначенные для подавления пульсаций в источниках питания. Программа «LC-фильтр 5.0.0.0» распространяется свободно и оплата не обязательна.

Автор программы - Москатов Евгений Анатольевич из города Таганрога Ростовской области.
Сглаживающий фильтр (смотрите рис. 1) включается между выпрямителем и нагрузкой для уменьшения переменной составляющей (пульсации) выпрямленного напряжения.

Реактивные фильтры представляют собой соединённые определённым образом дроссели и конденсаторы. На входе фильтра помимо постоянной составляющей присутствует ещё и переменная составляющая, называемая пульсацией напряжения. Эта пульсация велика относительно допустимой для питаемой нагрузки, и непосредственное питание нагрузки от источника питания бывает невозможно. При питании аппаратуры пульсация напряжения резко ухудшает, а чаще вообще нарушает работу устройств, внося искажения и помехи. Это относится к пульсации напряжения, вызванной работой системы зажигания в автомобилях; пульсации, вызванной работой источника питания компьютера и приводящей к помехам телевизорам, радиоприёмникам и прочим бытовым электроприборам. Для уменьшения пульсаций напряжения используют сглаживающие фильтры.

Основным параметром сглаживающих фильтров является коэффициент сглаживания q. Если предположить, что падение напряжения на омическом сопротивлении дросселя отсутствует, то коэффициент сглаживания можно определить как отношение амплитуды пульсации напряжения на входе фильтра U~вх к амплитуде пульсации напряжения на выходе фильтра U~вых. q = U~вх / U~вых. Таким образом, коэффициент сглаживания показывает степень ослабления фильтром переменной составляющей напряжения. Программа «LC-filter» позволяет рассчитывать различные сглаживающие Г-образные индуктивно-ёмкостные фильтры: однозвенные (рис.1), двухзвенные (рис. 2) и фильтры с большим числом звеньев (рис. 3). Количество звеньев фильтра определяется из условия наименьшей стоимости или из условия минимума его суммарной индуктивности и его суммарной ёмкости. Исходя из условия наименьшей стоимости, двухзвенный LC-фильтр целесообразно применять при q > 40...50, а трёхзвенный LC-фильтр целесообразно применять при q >1500 ...1700. Исходя из второго условия, двухзвенный LC-фильтр целесообразно применять при q > 20, а трёхзвенный LC-фильтр целесообразно применять при q > 160.
Относительно исходных данных программы.
Частота пульсации после мостового выпрямителя увеличивается в два раза. Значит, если частота сети была 50 Гц, то после мостового выпрямителя на фильтр подаётся напряжение с частотой пульсации 100 Гц. Для однополупериодного выпрямителя число фаз равно 1; для двухполупериодного выпрямителя, в том числе мостового, равно 2; для трёхфазного выпрямителя - 3; для трёхфазного мостового выпрямителя - 6. Для выпрямителя, образованного включением двух трёхфазных мостовых выпрямителей последовательно (причём в одном выпрямителе вторичные обмотки трансформатора включены в звезду, а во втором - в треугольник), число фаз равно 12.
Относительно результатов расчёта в программе.
По найденной из расчёта ёмкости требуется выбрать конденсатор. Конденсатор следует выбрать на напряжение холостого хода выпрямителя при максимальном напряжении сети, увеличенное на 15 ... 20 %. Это необходимо для обеспечения надёжной работы конденсаторов при перенапряжениях, возникающих при включении выпрямителя. Необходимо также, чтобы амплитуда переменной составляющей напряжения на конденсаторе не превышала предельно допустимого значения. Важным параметром конденсатора является предельно допустимая величина переменной составляющей выпрямленного напряжения, выраженная в процентах его номинального рабочего напряжения. Этот параметр конденсатора в значительной мере зависит от частоты основной гармоники выпрямленного напряжения. В каталогах на конденсаторы обычно приводится допустимая величина амплитуды переменной составляющей для частоты 50 Гц и дополнительно указывается, как изменяется допустимая амплитуда в зависимости от частоты. Емкость электролитических конденсаторов существенно зависит от температуры окружающей среды. Она резко уменьшается при отрицательных температурах, что следует обязательно учитывать при проектировании. Если допустимое для данных частоты и температуры значение амплитуды переменной составляющей превышает расчётное, то следует, либо выбрать конденсатор на большее номинальное рабочее напряжение (не меняя принятой ранее ёмкости конденсатора), либо увеличить ёмкость конденсатора (не меняя принятого ранее номинального рабочего напряжения конденсатора). Дроссель фильтра обычно выбирают стандартным, хотя не исключена ручная намотка по рассчитанным индуктивности обмотки и диаметру провода. Магнитопровод дросселя выбирается исходя из частоты пульсации. Так, для частоты 100 Гц лучше использовать сердечник из пермаллоя или трансформаторного железа. Для частоты 100кГц следует использовать магнитопровод из феррита.
Постоянный ток нагрузки, протекая по обмотке дросселя, создаёт постоянное подмагничивание его сердечника, что смещает рабочую точку на кривой намагничивания на пологий участок, соответствующий магнитному насыщению. Это приводит к уменьшению магнитной проницаемости и индуктивности дросселя. Для снижения влияния подмагничивания на индуктивность дросселя его сердечник выполняется с немагнитным зазором. При этом следует понимать, что у дросселя с немагнитным зазором в сердечнике велико поле рассеяния, которое может явиться причиной наводок на элементы питаемого устройства. При расчёте фильтра необходимо обеспечить такое соотношение реактивных сопротивлений дросселя и конденсатора, при котором не могли бы возникнуть резонансные явления на частоте пульсации выпрямленного напряжения и частоте изменения тока нагрузки. Для этого необходимо, чтобы собственная круговая частота фильтра была хотя бы в два раза меньше круговой частоты пульсации. Это условие всегда выполняется при q > 3.

Сетевые фильтры стали неотъемлемым обязательным аксессуаром оргтехники и некоторой бытовой техники и приборов. Вообще сетевой фильтр , прежде всего, должен представлять собой устройство, которое призвано защищать цепи питания компьютеров, периферии и другой электронной аппаратуры от ВЧ и импульсных помех, скачков напряжения, возникающих в результате коммутации и работы промышленного оборудования. Это основные задачи устройств, носящих название сетевой фильтр. Как бы он ни выглядел, в какой бы корпус его ни запихал производитель, какой бы прочей эргономичности не придумали, главное, чтобы все это внешнее изящество не затмило основных задач. А сегодня можно наблюдать, к сожалению, совершенно иную картину. Производители подобных устройств не задумываются об их функциях, берут простейшую электрическую схему сетевого фильтра , состоящую из двух дросселей и двух конденсаторов, суммарная стоимость которых копейки и камуфлирует это под красивый дизайн. Для примера:

Причем стоимость такого аксессуара под названием сетевой фильтр немаленькая. В итоге, мы покупаем обычный сетевой удлинитель в красивой обертке. При всем этом показатель цены, что якобы, чем дороже, тем лучше и качественней, в данной ситуации значения не имеет. Этим введением мы хотим показать и раскрыть суть вопроса о сетевых фильтрах. Отчасти это ещё и ответ на комментарий уважаемого радиолюбителя в публикации простейшей схемы сетевого фильтра . Конечно, мы согласны, что начинка очень даже влияет на стоимость. Но всё дело в нерадивых производителях сетевых фильтров, которые не хотят «заморачиваться» над их содержимым, не пытаются разрабатывать принципиально новые электрические схемы для улучшения эффективности. Поэтому многие опытные радиолюбители для ежедневных нужд проектируют схемы сетевых фильтров сами. И качество получается на высоте, и надёжность, и собираются в основном из подручных радиокомпонентов, что сводит затраты к минимуму, и приобретается дополнительный радиотехнический опыт. Также стоит заметить, что в большинстве случаев схемы сетевых фильтров входят в состав более сложных схем сетевых стабилизаторов напряжения , о которых мы неоднократно упоминали на страницах радиолюбительского сайта .

Сегодня мы опубликуем несколько электрических схем и их описаний, по которым вам не составит особого труда изготовить сетевой фильтр своими руками, по функциональности и характеристикам превосходящий покупной. На рисунке ниже приведена электрическая схема сетевого фильтра , предназначенного для защиты питаемого устройства от внешних помех (за это отвечает цепочка C3C4C5C7L1) и импульсных выбросов сети (варистор R5 с характеристическим напряжением 275 вольт). Приведенная схема также защищает сеть от помех, создаваемых питаемым устройством.

Дроссель L1 имеет индуктивность магнитосвязанных встречно включенных электрически изолированных половинок 5,6 мГн. Светодиод D4 светится в рабочем состоянии, а D2 – только при перегорании плавкого предохранителя F1. По сути, схема этого сетевого фильтра является модернизированным вариантом простейшей электрической схемы устройства.

Собранный по следующей схеме универсальный фильтр не пропускает высокочастотные сетевые помехи как в питающий прибор, так и обратно в электрическую сеть.

В фильтре используются конденсаторы С1…С4, С9…С12 - КПБ - 0,022 мкФ - 500 вольт, С5…С8, С13, С14 - КТП-3 - 0,015 мкФ - 500 вольт (керамические, красного цвета, с резьбой М8 - 0,75). Неоновая лампочка VL1 служит обычным индикатором работы. Дроссели Др1 и Др1′ намотаны обычным двойным сетевым проводом в изоляции на семи, сложенных вместе плоских ферритовых стержнях для магнитной антенны. Общее сечение магнитопровода 4,2 см2. Стержни плотно уложены друг на друга и обмотаны тремя слоями лакоткани. Поверх нее намотана обмотка, содержащая 7 витков провода. Получившийся элемент больше похож на проходной трансформатор, чем на дроссель. Дроссели Др2, Др2′ (на керамических стержнях диаметром 12 мм и длиной 115 мм до полного заполнения), Др3 и Др3′ (бескаркасные, содержат по 9 витков, намотаны с шагом для уменьшения межвитковой емкости и лучшей защиты от самых высокочастотных наводок на оправке диаметром 10 мм и длиной 41 мм) намотаны проводом ПЭВ-2 диаметром 1,5 мм. Максимальный ток для дросселей равен: Imax=d2 * плотность тока(4…6) / 1,28 = 1,52*4,5/1,28=7,91 ампер. Отсюда мощность равна P=220*7,91=1740 ватт. Конструктивно, что показано ниже на рисунке, сетевой фильтр собран в трех экранированных секциях, которые помещаются в металлический корпус 190х190х70 мм. Дроссели, находящиеся в соседних секциях, соединяются через проходные конденсаторы, установленные на вертикальных перегородках. Крепятся дроссели с помощью стоек из оргстекла толщиной 10 мм, в которых просверливают отверстия нужного диаметра.

Итак, с этим универсальным фильтром все, надеемся, понятно. Защита включает в себя и НЧ, и СЧ, и, наконец, ВЧ фильтрацию.

Первая примитивная схема – Pilot L с максимальным током до 10 ампер.

Вторая схема более эффективная, от этого и соответствующее название сетевого фильтра производителем – Pilot Pro, максимальный ток которого также 10 ампер; но по существу тоже примитивная.

На последнем рисунке изображена электрическая схема фильтра APC E25-GR. Она идентична схеме Pilot Pro. Главное отличие в том, что вместо конденсатора 1 мкФ x 250 В установлен конденсатор 0,33 мкФ x 275 В и в качестве сердечника у катушек вместо воздуха используется ферритовый стержень. У каждой катушки свой. Оси катушек расположены под углом 90 градусов.

Также стоит сказать, что непосредственно в схемах самих блоков питания компьютера есть, хоть и примитивные, но все-таки сетевые фильтры , схемы которых как раз и копируют большинство нерадивых производителей.

Итак, кроме рассмотренной нами ранее универсальной (а пока только она, как вы, наверно, поняли, заслуживала внимания) мы вплотную подошли к эксклюзивной схеме сетевого фильтра. Функциональную схему работы устройства можно отразить на следующих диаграммах. Т.е. на них показано прохождение переменного тока через функциональные узлы и блоки фильтра, сглаживание посторонних разнородных помех и выделение на выход «чистого» напряжения.

Более детально это можно представить так:

Для реализации поставленных задач отлично справляются сетевые фильтры, собранные по схемам ниже:

Последний рассчитан для питания не только аналоговых приборов, но и цифровой техники.

В схемах можно применять варисторы типа CNR14D221 (S14K140) 220В, 60 Дж или JVR-14N221K (S14K140) 220В или FNR-14K221 220В, 40 Дж. В качестве катушек-дросселей можно применить вот такие уже готовые –

А вообще, если вы приобрели или собрали сетевой фильтр своими руками , проверить его эффективность можно, подключив к одной розетке, например, системный блок и радиоприёмник. Но до этого стоит проверить их «совместимость» без фильтра. Если при применении сетевого фильтра уровень помех, доносящихся из динамика радиоприемника, становится заметно меньше или вообще пропадает, то устройство выполняет свои непосредственные задачи. И напоследок. Если вы все-таки покупаете готовый сетевой фильтр, то обращайте внимание на устройства, прошедшие испытания по ГОСТ Р 53362-2009, который заменяет предыдущий ГОСТ Р 50745-99.

Приведена принципиальная схема простого сетевого фильтра, который поможет защитить от помех радиоэлектронную аппаратуру с питанием от сети переменного тока.

Фильтр состоит из двух конденсаторов и дросселя. Схема очень простая, но тем не менее ее работоспособность во многом зависит от правильности изготовления дросселя 1-2-3-4.

Рис. 1. Схема простейшего сетевого фильтра для защиты от помех.

Рис. 2. Ферритовые кольца для изготовления дросселя.

Обмотки 1-2, 3-4 дросселя содержат по 15 витков провода МГТФ (провод во фторопластовой изоляции). Можно применить и обычный эмалированный провод диаметром 0,25 - 0,35мм.

Рис. 3. Как намотать дроссель для сетевого фильтра.

Берем ферритовое кольцо кольцо с диаметром примерно 20 мм, мотаем на него две обмотки в разные стороны и в разном направлении до встречи на другой половине кольца. Принцип намотки показан на рисунке 3. Таким образом обмотки получаются намотаны в разную сторону и каждая на своей половинке ферритового кольца.

Конденсаторы в схеме должны быть рассчитаны на напряжение 400В и больше.

Более совершення схема сетевого фильтра представлена на рисунке 2, здесь предполагается что вместе с питанием 220В у нас есть еще провод заземления. Также присутствует включатель S1 и предохранитель F1, которые служат для включения-отключения питания и защиты от перегрузки по току в нагрузке.

Рис. 2. Схема более совершенного самодельного сетевого фильтра.

Дроссель изготавливаем по такому же принципу, как и для схемы на рисунке 1. Диаметр провода для дросселя, а также ток для предохранителя и мощность переключателя нужно выбрать исходя из потребляемой мощности в нагрузке.

Изготовив простой фильтр на основе дросселя и конденсаторов можно значительно снизить количество помех.Если же нужна более хорошая фильтрация то придется обратиться к более сложным схемам фильтров с несколькими звеньями фильтрации.

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.

Еще давным-давно я заметил, что когда включается/выключается холодильник на кухне, в колонках стереосистемы звучит неприятный щелчок. Проблема решилась установкой конденсаторов в розетки - с этого началась моя "дружба" с сетевыми фильтрами.

В наши дни электрическая сеть 220 вольт сильно загрязнена множеством помех и кратковременных всплесков напряжения, которые проникают из сети и мешают аппаратуре нормально работать. Для борьбы с сетевыми помехами применяются фильтры. Дешевые фильтры на самом деле фильтрами не являются, а дорогие (навроде вполне приличного фильтра "Pilot") - слишком дороги, ведь обычно их требуется несколько штук (у меня дома их штук восемь, включенных постоянно). Поэтому хороший вариант - купить дешевый фильтр и переделать его.

В принципе, для доработки можно использовать и обычный удлинитель, но обычно в удлинителе нет свободного места для тех деталей, которые в него нужно будет вставить. А вот в удлинителе с выключателем (тоже полезная вещь) свободное место есть.

Мне недавно срочно понадобился такой вот фильтр, я купил в ближайшем киоске удлинитель и доработал его. На все (включая приобретение и фотографирование) ушло меньше чем полдня. Вот герой нашего рассказа:

Такие устройства на самом деле сетевым фильтром не являются. Там внутри находится только лишь варистор, ограничивающий кратковременные высоковольтные импульсы, которые иногда присутствуют в сети (немного про варисторы см. Маломощный блок питания). Вот и вся его фильтрация. Некоторые устройства (в том числе и мое) имеют токовый размыкатель, который должен по идее размыкаться при протекании большого тока (никогда не проверял, как они работают). В этом случае на корпусе есть кнопочка, которую нужно нажать, чтобы снова замкнуть размыкатель, если он сработал.
Разбираем удлинитель и смотрим что у него внутри:

Теперь встраиваем внутрь фильтр, и готово. Вот схемы того, что было, и что будет (выключатель с лампочкой подсветки на схемах не показан):

На исходной схеме: Sc - токовый размыкатель, V1 - варистор типа 471 (числом кодируется максимальное напряжение, а от диаметра зависит максимальная энергия подавляемого импульса; диаметр 6...10 мм - самое то), надписью "Удлинитель" как раз и помечены эти самые контактные пластины.

В доработанном варианте добавляется RLC фильтр. Правда хороший фильтр сделать не удастся - все же мало места, да и для него нужно подбирать детали. Именно так делают "Пилоты" - сначала проектируют схему, а потом под нее уже делают корпус. Но тем не менее, такой вот фильтр, собранный из подручных материалов, работает достаточно хорошо.

Пройдемся по элементам. Катушки L1 и L2 вместе с конденсаторами С1 и С2 образуют LC фильтр. Сопротивление катушек на высоких частотах большое, а вот на низких - маленькое. Поэтому, чтобы и низкочастотные помехи хоть немного подавить, последовательно с катушками включены резисторы R1, R2. Резистор R3 разряжает конденсаторы при отключении от сети, иначе, заряженные конденсаторы могут нехило стукнуть током. Конденсатор С2 включен с другой стороны контактных пластин для того, чтобы создать "распределенную" емкость, чтобы индуктивность и сопротивление пластин не ухудшало фильтрацию. На самом деле, в нашем случае разницы, где включен С2 никак не заметно слишком уж маленькая индуктивность и сопротивление контактных пластин. Но все равно приятно, что мы об этом позаботились! И, кроме того, именно в том конце корпуса есть свободное место, куда можно поставить этот конденсатор.

Иногда возникают споры о размещении резисторов R1 и R2. Как их включать - до варистора, или после, как у меня? На самом деле это зависит от нашей цели. До варистора, резисторы нужно включать, если мы хотим улучшить работу варистора при подавлении кратковременных высоковольтных (до нескольких тысяч вольт) импульсов. Эти импульсы варистор "пропускает через себя", ток через варистор достигает сотен ампер, и практически все напряжение импульса падает на сопротивлении проводов и контактов.

Сопротивление проводов довольно маленькое (это ведь чем лучше сеть, тем меньше сопротивление), и ток очень большой. Поэтому при большом токе на варисторе получается довольно большое напряжение (левый рисунок). Если же на пути тока поставить резисторы R1 и R2, то их сопротивление (совместно 1...2 Ома) заметно больше сопротивления проводов, и ток будет гораздо меньше (но все равно сотня-другая ампер!). А раз ток меньше, то и напряжение на варисторе меньше (правый рисунок).

Казалось бы, правый вариант намного лучше! Не совсем. Дело в том, что эти импульсы кратковременны, и большинство приборов их "не замечает" (они нередки в сети, вы их замечали?). Для чего же варистор? На всякий пожарный случай. Мало ли что. 100 раз импульс не подействует, а на 101-й придет импульс побольше, и спалит блок питания, или еще что. Так вот, если этот кратковременный импульс в 3000 вольт не всегда заметен, есть ли разница, останется от него 300 вольт, или 600? (Внимание! цифры 300 и 600 я взял "от фонаря"! На самом деле все это очень сильно зависит и от конкретной сети, и от конкретного варистора и от конкретного импульса! Но принцип верный!)

Почему же я включил резисторы после варистора? Чтобы максимально отделить от варистора конденсаторы. Конденсатор, включенный параллельно варистору, совсем даже ему не помогает (иногда мешает, иногда - нет). Кроме того, при ограничении варистором вражеских импульсов, образуется куча высокочастотных помех, у которых напряжение хоть и не высокое, но кому они нужны? Включив резисторы после варистора, я минимизировал прохождение помех на выход фильтра - ведь у меня получилось две ступени фильтрации - с высоковольтной гадостью справляется варистор, а с остальной - катушки с конденсаторами, которым резисторы очень даже помогают.

Вывод. Если у вас очень "грязная" сеть, в которую часто включают сварочные аппараты, ставьте резисторы до варистора. Если нет - ставьте их после. Возникает вопрос: а почему бы не включить две пары резисторов - одну до варистора. а другую после варистора? По одной простой причине - резисторы греются. Две пары резисторов увеличивают нагрев вдвое. А там и расплавится что-нибудь, или вообще загорится! А ставить резисторы маленького сопротивления (чтобы меньше грелись) - тоже не выход, они будут хуже работать.

Итак, берем детали

Когда все обратно собрали - на вид ничего не изменилось, но начинка уже совсем другая. Чтобы окончательно перекрыть путь помехам, на сетевой провод возле самого удлинителя ставим ферритовую шайбу (удобнее всего разрезную на защелках):

Об этом поподробнее. В отличие от нормальной передачи энергии, когда по одному проводу ток приходит в нагрузку, а по другому возвращается обратно в источник, высокочастотная (ВЧ) помеха может распространяться сразу по двум проводам. Например, при ударе молнии вблизи электрических проводов, в них возникает ток, который идет сразу по обоим проводам в устройство, и, пройдя сквозь него, через емкость между корпусом и землей замыкается на землю.

Т.е. оба сетевых провода для помехи - это как два параллельных прямых провода (или как антенна), а земля - обратный провод. Внутри устройства, ток ВЧ помехи может воздействовать на разные цепи и мешать им жить. Нацепив ферритовое кольцо на сетевой провод, мы увеличиваем его (провода) индуктивность, а значит и сопротивление на высоких частотах. Поэтому ток помехи станет меньше.

Конструкция и детали

Схема очень непривередлива к деталям. Но все же некоторые правила нужно соблюдать. Разберем по порядку.

Варистор. Тип 471. Диаметр 6...10 мм. Это оптимально.

Резисторы R1, R2. Чем их сопротивление больше, тем лучше фильтрация, но больше нагрев и больше потери напряжения. С другой стороны, нагрев и падение напряжения тем больше, чем больше потребляемый ток (и мощность). Поэтому сопротивление резисторов выбираем в зависимости от суммарной мощности, потребляемой всеми теми устройствами, которые будут подключаться к фильтру:

Если планируется подключать более мощные потребители, то возможно, придется вообще отказаться от резисторов. С другой стороны, зачем делать фильтр, чтобы подключать к нему утюг?!

Резисторы используются мощностью 5 Вт. Можно взять и двухватные, но не стОит - они должны иметь запас по мощности на случай, если вдруг ток окажется больше, чем ожидалось (или помеха проскочит, где ее энергия выделится?..).

Дроссели L1 и L2. Это самый "труднодоставаемые" элементы. Но с другой стороны, поскольку вместе с ними работают резисторы, требования к дросселям снижаются. Требования такие:

Ферритовый сердечник . Катушка без сердечника имеет слишком низкую индуктивность (при реальных габаритах), а стальной сердечник плохо работает на ВЧ.
Сердечник незамкнут, или с воздушным зазором - иначе сердечник может насытиться, и индуктивность сильно снизится.
Максимальный ток катушки (это ток, при котором индуктивность начинает снижаться из-за насыщения сердечника) не меньше, чем ток нагрузки.
Индуктивность дросселя не менее 10 мкГн. Чем больше, тем лучше (до 10 мГн).
Дроссели не имеют магнитной взаимосвязи.
Конденсаторы С1, С2. Если С2 поставить не удается, то вполне можно ограничиться одним конденсатором. Поскольку они соединены параллельно, то вполне можно рассматривать их как один конденсатор с емкостью, равной сумме емкостей С1 и С2. Требования к конденсатору:

Конденсатор пленочный, типа К73-17 или аналогичный (импортные меньше по габаритам).
Емкость не меньше 0,22 мкФ. Больше 1 мкФ тоже не нужно.
Напряжение 630 вольт. Зачем столько? А это запас, ведь при помехах, напряжение повышается. Да и по правилам напряжение на конденсаторе должно быть меньше максимально допустимого.
Резистор R3. Его мощность 0,5 Вт, хотя на нем выделяется в 10 раз меньше. К этому резистору прикладывается 220 вольт, и он должен иметь довольно большие геометрические размеры (отсюда и 0,5 Вт), чтобы такое напряжение выдерживать. Сопротивление от 510 кОм до 1,5 МОм.

Вот и все. Можно пользоваться, и удачи в борьбе с помехами!

По просьбе читателей, я измерил насколько фильтр подавляет помехи. Это не очень хорошо получилось - высоковольтные импульсы мне дома сгенерировать сложно, и я этого не делал. А вот ВЧ помеху генератор выдал (маленькой амплитуды, но какая разница?). Вот два теста. Они могут быть не совем точными - величина подавления может быть несколько занижена. В качестве нагрузки в фильтр был включен паяльник.

Первый тест - подавление частоты 30 кГц. Эта частота часто используется в импульсных блоках питания (компьютерных, например), и этой частотй "засорена" сеть. Вот осциллограммы напряжения на входе и выходе:

Синий - вход, красный - выход. Масштабы одинаковы. Подавление раз в 8, что очень неплохо для простого фильтра, да еще сделанного из подручных материалов.

Второй тест - действительно высокочастотная помеха частотой 200 кГц:

Здесь выходное напряжение в 100 раз большем масштабе, чем входное. Подавление помехи примерно в 350 раз!!! Так что ВЧ помехи не пройдут.

Новенькое!

В продаже появились неплохие катушки:

Они намотаны довольно толстым проводом на ферритовом сердечнике, по форме напоминающем гантелю. Снаружи надета термоусадочная трубка. У этих катушек довольно большая индуктивность при приличном токе (и несколько типоразмеров - чем больше размер, тем больше произведение индуктивности на максимальный ток). Имея такие катушки, фильтры делать - одно удовольствие. Схема почти такая же, теперь катушки "мощные" и резисторы в цепь гашения помех не нужны:

Голубой - варистор, который и был в этом "фильтре"-удлиннителе; рядом с ним черные - катушки, по хорошему их надо размещать так, чтобы их оси были перпендикулярны, но я сначала сфотографировал, потом отогнул (нижнюю на фото) катушку, потом все закрутил, а уж потом вспомнил, что сфотографировал неправильно! Снова разбирать было лень, уж извиняйте! Желтый - это конденсатор. Насколько я с ними встречался - они все желтые.

Резистор, разряжающий конденсатор, здесь не установлен - в этот фильтр будет все время включено устройство, которое и разрядит конденсатор. А если один раз в жизни я этот фильтр сниму, то уж не забуду разрядить. Просто быо лень искать и паять резистор, но всем я категорически рекомендую в этом с меня пример не брать, и резистор устанавливать!

Вот и все! Очень просто и очень неплохо!