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Cómo se organizan y funcionan los filtros de red
Interferencia de la red a medida que surgen. Dispositivo de filtro de red, el propósito de sus elementos. Características de los filtros de red.
Teoría de la pregunta
La corriente alterna en una red doméstica es sinusoidal. Esto significa que los cambios en el voltaje y, en consecuencia, en la corriente, ocurren a lo largo de una sinusoide, es decir, a lo largo de un arco suave que oscila simétricamente alrededor del eje del tiempo. En un segundo, el voltaje en la salida cambia su valor de +310 a -310 voltios cincuenta veces. Entonces, en teoría, funciona una red de CA de 220 voltios y 50 hercios.
Sin embargo, si observamos la forma de onda de voltaje en nuestra salida, veremos que está lejos de ser ideal. ¿Qué hay un sinusoide? Picos continuos, impulsos, distorsiones de forma, cambios de amplitud, lanzamientos y saltos: esto es lo que veremos. Todo esto estropea la imagen y puede desactivar los electrodomésticos. Este último, en primer lugar, se refiere a centros de música, televisores, fuentes de alimentación para radioteléfonos y otros dispositivos.
Hay muchas razones para la distorsión de la sinusoide de la tensión de red. Estos incluyen encender y apagar potentes receptores eléctricos, sobretensiones atmosféricas, cortocircuitos en el lado alto de una subestación transformadora, así como varios transitorios complejos.
De un curso de matemáticas se sabe que cualquier función compleja se puede representar como una serie de Fourier trigonométrica convergente. Esto significa que nuestra sinusoide distorsionada es simplemente la suma de otras sinusoides muy diferentes, cada una de las cuales tiene su propia frecuencia y amplitud. Y para nosotros, para el funcionamiento seguro y confiable de nuestros electrodomésticos, necesitamos dejar solo una sinusoide, con una amplitud de 310 voltios y una frecuencia de 50 hercios. Todos los demás sinusoides o, como es costumbre decir, los armónicos necesitamos suprimir, descargar y no pasar al receptor de energía.
Además, también hay un tipo especial de interferencia aperiódica que no se puede predecir o describir mediante funciones matemáticas. Estas son oleadas de impulso, a muy corto plazo, pero con aumentos significativos. Pueden ocurrir absolutamente en cualquier momento y, por supuesto, tampoco benefician a los electrodomésticos. Por lo tanto, el ruido impulsivo también debe ser suprimido.
Para resolver estos dos problemas y se utilizan protectores contra sobretensiones. Protegen los equipos de alta frecuencia, baja frecuencia y ruido de impulso en la red. ¿Pero cómo funcionan?
Protector contra sobretensiones
Si la resistencia de las resistencias no depende del tipo de corriente que pasa a través de ellas, entonces la reactancia de elementos del circuito como la capacitancia y la inductancia depende directamente de la frecuencia de la corriente. Por ejemplo, la resistencia de un inductor aumenta bruscamente para corrientes de alta frecuencia.
Esta propiedad de inductancia solo se usa en protectores contra sobretensiones para suprimir el ruido de alta frecuencia: ondas sinusoidales con pequeños períodos. Es suficiente colocar dos bobinas en serie con la carga: en el neutro y en el conductor de fase. La inductancia de cada uno puede ser de aproximadamente 60-200 μH.
La interferencia de baja frecuencia puede ser suprimida por la resistencia activa de los inductores, o por resistencias individuales, que también están dispuestas en serie con la carga. La resistencia de tales resistencias no debe ser grande, de lo contrario tendrán una caída de voltaje significativa. Por lo tanto, las resistencias para suprimir interferencias de baja frecuencia deben tener una resistencia máxima de 1 ohm.
Sin embargo, los filtros que llevan el nombre en clave LC son más efectivos contra la interferencia de la red. No se limitan a inductorese incluye un condensador con una capacidad de 0.22 - 1.0 μF, conectado en paralelo con la carga.La tensión nominal del condensador debe seleccionarse con al menos dos márgenes en relación con la tensión de red para tener en cuenta las diferencias en esta tensión.
El efecto de los filtros LC está directamente relacionado con dos leyes de conmutación: una bobina L suprime los cambios repentinos en la corriente y un condensador C amortigua las fluctuaciones de voltaje de alta frecuencia.
Pero todavía tenemos una interferencia pulsada a corto plazo. Se pueden tratar con un elemento semiconductor especial que tiene una característica de voltaje de corriente no lineal: un varistor. A baja tensión, el varistor se comporta como una resistencia de muy alta resistencia y prácticamente no pasa corriente. Pero si el voltaje aumenta al nivel nominal del varistor, entonces su resistencia disminuye bruscamente: pasa un pulso de corriente a través de sí mismo.
Por lo tanto, si el varistor se incluye en la carga paralela, entonces "tomará" los pulsos de alto voltaje, desviando la carga mientras dure su exposición. El voltaje nominal del varistor debe ser de aproximadamente 470 voltios.
Entonces el filtro de línea para una operación más o menos exitosa debe contener: dos inductores de 60-200 μH conectados en serie a la carga protegida, así como un varistor de 470 voltios y un condensador de 0.22 - 1.0 μF conectado en paralelo. Si es necesario, se pueden incluir resistencias en el circuito para suprimir la interferencia de baja frecuencia en 1 ohmio como máximo. La clasificación actual de los elementos del circuito debe seleccionarse en función de la potencia de carga.
Practica
La gran mayoría de los filtros de red baratos que conocemos en la vida cotidiana, de hecho, no son filtros de red. Contienen solo un varistor y un contacto bimatálico para la máxima protección de corriente.
Pero tales filtros se refinan fácilmente si brazo con soldador y recolecte todos los artículos necesarios para ensamblar el circuito LC.
El poder de la mayoría de los protectores contra sobretensiones es bajo. Esto se debe al hecho de que los inductores y otros elementos de filtro para cargas pesadas serán demasiado voluminosos y costosos. A menudo, para los receptores de potencia de alta potencia en general, solo se pueden usar filtros que sean convertidores de semiconductores. Y el precio de tales filtros será mucho más alto, así como la complejidad de su dispositivo.
Afortunadamente, los electrodomésticos potentes no necesitan protección contra interferencias de red. Y la estufa, la plancha y la tetera no se preocupan por la calidad de la electricidad que reciben. Por lo tanto, no necesitan protectores contra sobretensiones.
Y las computadoras, los televisores y los centros de música consumen muy poca energía, y un filtro de línea separado con una corriente nominal de solo unos pocos amperios es suficiente para protegerlos.
Alexander Molokov
Ver también en bgv.electricianexp.com
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