Конструктивные элементы для построения фильтров синфазных и дифференциальных помех.
Топология фильтра существенно зависит от природы помехи. Как уже отмечалось, у помех связанных проводами, различают симметричные и несимметричные напряжения (рис. 1)
Для применения в цепи сильного тока различают конденсаторы классов X и Y.
Х-конденсаторы. Радио-помехозащитные конденсаторы класса «Х» подключаются между фазовым и нейтральным проводами. К этим конденсаторам предъявляются особо высокие требования по импульсной прочности (прочности к напряжению), устойчивости к старению и воспламеняемости.
X-конденсаторы подразделяются на три категории с обозначениями Х1, Х2, Х3.
Х1-конденсаторы выполнены для ненадзираемой длительной работы и имеют импульсную прочность 4 кВ.
Х3-конденсаторы имеют меньшую импульсную прочность и используются в приборах, которые находятся во время работы у питающей сети, как, например электробритвы, электроинструмент и т.д.
Х2-конденсаторы по своим характеристикам находятся между конденсаторами классов Х1 и Х3.
В общем Х-конденсаторы служат для снижения симметричных напряжений помех. Значение емкостей Х-конденсаторов лежат в пределах от 0,02 мкФ до нескольких микрофарад.
У определенных приборов с первичным размыканием сети параллельно Х-конденсаторам необходимо подключать высокоомное сопротивление (около 1 МОм), посредством которого снижается возможный остаточный заряд конденсатора после отключения сетевого напряжения.
Y-конденсаторы. Радио-помехозащитные конденсаторы класса «Y» ,в зависимости от обстоятельств, подключаются между сетевым (фазный или нейтральный) и защитным проводами. Y-конденсаторы должны удовлетворять высоким требованиям по электрической и механической прочности. Y-конденсаторы подавляют в первую очередь асимметричные напряжения помех.
Через конденсаторы, включенные между проводами сети и, как правило, заземленным корпусом прибора (Y1 и Y2), в нормальном режиме протекает ток. Разрыв защитного провода или дефект его изоляции может привести к появлению на корпусе прибора опасного потенциала и поражению пользователя электрическим током. По этой причине, в зависимости от емкости этих конденсаторов, задается максимальный ток утечки между фазовым и защитным, а так же между нейтральным и защитным проводами, лежащий в пределе 0,75 – 3 мА.
Простая и сдвоенная продольная индуктивность(рисунок 3). Продольные индуктивности представляют собой простые или сдвоенные дроссели с продольными или торроидальными сердечниками.
Рисунок 3 - Продольные индуктивности
В качестве сердечников используются порошковые сердечники с так называемым «распределенным воздушным зазором», благодаря чему гарантируется, что при больших токах сердечник дросселя не насыщается, что имеет особое значение для подавления помех.
Сдвоенный дроссель состоит из двух раздельных обмоток расположенных на одном торроидальном или стержневом сердечнике.
В соответствии с исполнением и типом дроссели выпускаются с индуктивностью от нескольких мкГн до нескольких мГн.
Тококомпенсирующий дроссель (рисунок 4а). Тококомпенси-рующий дроссель - один из наиболее часто применяемых элементов в помехоподавляющих сетевых фильтрах. Конструктивно он состоит из сердечника (чаще торроидального) с двумя обмотками с одинаковым числом витков, намотанных компенсирующе (бифилярно). При прохождении тока через дроссель обе обмотки создают равные, но противоположные по направлению магнитные поля (потоки), благодаря чему дроссель имеет минимальную индуктивность, а, следовательно, и сопротивление полезному сигналу (питающему току). При асимметричных напряжениях помех дроссель будет иметь достаточно большую индуктивность, а, следовательно, будет оказывать большое сопротивление напряжению помехи.
Дроссель защитного провода (рисунок 4б). Дроссель защитного провода используется для подавления асимметричных токов помех, которые распространяются на защитный провод. При использовании этого элемента особенно следует обратить внимание на его надежное электрическое соединение, чтобы не повлиять на электробезопасность прибора.
Рисунок 4 – Схема включения а) тококомпенсирующего дросселя; б) дросселя защитного провода.
При использовании катушек индуктивности и конденсаторов для фильтрации следует иметь в виду, что любой конденсатор наряду с емкостью С обладает паразитной индуктивностью Lпар, зависящей от длины выводов конденсатора. Она особенно велика у двухполюсных конденсаторов и мала у коаксиальных конденсаторов-вводов. Каждая катушка индуктивности в дополнение к ее индуктивности L имеет паразитную емкость Спар. Поэтому для кажущегося сопротивления существует зависимость от частоты, представленная на рис. 5, обладающая резонансной точкой, в отличие от идеальной характеристики.
Рисунок 5 – Частотные зависимости кажущихся сопротивлений конденсатора (а) и катушки индуктивности (б)