Сетевой фильтр (варианты)

Полезная модель относится к облает электротехники и, в частности, к устройствам, защищающим электронную аппаратуру от разнообразных помех в сети шггания переменным током.
Известны сетевые пассивные LC-фильтры, содержащие дроссели и конденсаторы. Недостаток их состоит в том, что входящие в них дроссели и конденсаторы должны быть рассчитаны на использовашю при нахфяжениях в несколько киловольт (до 6 киловольт в соответствии с некоторыми зарубежными стандартами), так как они должны выдерживать воздействие высоковольтных импульсных помех, возникаюпщх в питающей сети 220 В. Это значительно увеличивает габариты устройств и их стоимость. Кроме того, в ряде  промышленность не выпускает конденсаторы с требуемыми техническими параметрами, необходимые для работы в известных сетевых фильтрах в условиях указанных высоковольтных помех.
Известен сетевой фильтр, включенный на входе источника питания для компьютеров типа ШМ PC (Куличенков А.В. Имг льсные блоки питания для ШМ PC. - Серия Ремонт и обслуживание. Вып. 22. - М: ДМК, 2000. -120 с.). Сетевой фильтр содержит дроссели, конденсаторы и варисторы,  ограничивают на входе сетевого фильтра импульсные высоковольтные помехи, поступающие из питающей сети. При этом в фильтрах можно использовать конденсаторы и дроссели, рассчитанные на сравнительно низкое напряжение. Однако, варисторы имеют тот недостаток, что их характеристики значительно изменяются с течением времени. Кроме того, 1фи выходе из строя варистора (обрыв в его цепи) сетевой фильтр и источник питания остаются без заищш от высоковольтных имг льсов помехи.
Сетевой фильтр (варианты)
Варистор не имеет средств контроля и ир1дикации выхода его из строя, поэтому нельзя своевременно обнаружить его неисправность.
Известен фильтр, названный авторами ФИОН (А.И. Аврутин и др. Защита электронной вычислительной техники от высоковольишх импульсов в сетях электропитания. - Вопросы радиоэлектроники, серия ЭВТ, 1999, вып. 1, стр. 79-82, рис. За.). Название ФИОН образовано от словосочетания ФИльтр с Ограничите.11ями Напряжения. Фильтр ФИОН выбран в качестве прототипа. Фильтр ФИОН содержит пассивный LC-фильтр, иа входе которого установлен не варистор, а полупроводниковые ограничители напряжения со средствами контроля и индикации их исправности (такое устройство ограничения сетевых помех названо авторами ЗА). В сетевом фильтре типа ФИОЦ взятом за прототип, дроссель и конденсаторы оказываются незащищенными от высоковольтных импульсных помех, возникающих в сети между фазовым проводом сети и заземленным корпусом сетевого фильтра или между проводом сети, подсоединенным к нейтрали, и заземленным  сетевого фильтра.
Техш1ческими задачами, решаемыми предлагаемой полезной моделью, является повыше1ше надежности, уменьшение габаритов и стоимости сетевого фильтра с помо1цью защиты нагрузок, дросселя и конденсаторов сетевого фильтра от высоковольтных импульсов помехи, которые могут появиться между фазовыми сетевыми проводами трехфазной сети переменного тока и заземленным корпусом сетевого фильтра или между сетевым проводом, подсрединенным к нейтрали в трехфазио сети переменного тока с изолированной нейтралью, и заземленным корпусом сетевого фильтра.
Сущность настоящей полезной модели заключается в том, что сетевой фильтр содержит корпус се гевого фильтра, сделанный из металла, и находящиеся в корпусе дроссель, конденсатор и цепочку из последовательно и встречно соедине1шых полупроводниковых ограничителей напряжения с устройством для контроля и индикации исправности полупроводниковых ограничителей напряжешш, причем цепочка из последовательно и встречно соединенных по.1ца1роводниковых огра1шчителей напряжения с
И
устройством для контроля и индикации исправности полутфоводниковых офаничителсй напряжения установлена на входе дросселя между фазовым проводом сети переменного тока и проводом сети переменного тока, подсоединенным к нейтрали, дроссель имеет первую и вторую обмотки, первая обмотка включена последовательно в фазовый провод сети переменного тока, вторая обмотка включена последовательно в провод сети переменного тока, подсоединенный к нейтрали, конденсатор включен на выходе дросселя между фазовым проводом сети переменного тока и проводом сети переменного тока, подсоединенным к нейтрали, а корпус сетевого фильтра заземлен, (далее следуют 07 дшчительные признаки) для трехфазной сети переменного тока сетевой фильтр содержит два дополнительных конденсатора и две дополнительные цепочки из последовательно и встречно соединенных полупроводниковых ограничителей напряжения с двумя дополнительными устройствами для контроля и индикации состояния полупроводниковых ограничителей напряже1шя, дроссель содержит две дополнительные обмотки, каждая из двух дополнительных обмоток включена последовательно в соответствующий фазовый провод трехфазной  переменного тока, каждая дополнительная цепочка из последовательно и встречно соединенных полупроводниковых ограничителей напряжения с дополнительным устройством для контроля и индикации исправности полупроводниковых ограничителей напряжения включена на входе дросселя между соответствующим фазовым гфоводом трехфазной сети переменного тока и проводом сети переменного тока, подсоединенным к нейтрали, каждый дополнительный конденсатор включен на выходе дросселя между соответствующим фазовым проводом трехфазной сети переменного тока и проводом сети переменного тока, подсоединеш{ым к нейтрали, а корпус с помощью перемычки подключен на выходе дросселя к проводу сети переменного тока, подсоединенному к нейтрали.
в другом варианте сущность полезной модели заключается в том, что в предлагаемом сетевом фильтре последовательно с каждым полупроводниковым ограничителем напряжения включен плавкий предохрани1ель.
Первые два варианта полезной модели могут использоваться в том случае, когда в трехфазной сети переменного тока нейтраль заземлена.
В третьем варианте сущность полезной модели заключается в том, что сетевой фильтр содержит корпус сетевого фильтра, сделанный из металла, и находящиеся в корпусе дроссель, конденсатор и цепочку из последовательно и встречно соединенных полупроводниковых ограничителей напряжения с устройством для контроля и индикации исправности полупроводниковых ограничителей напряжения, причем цепочка из последовательно и встречно соединенных полупроводниковых ограничителей напряжения с устройством для контроля и индикации исправности полупроводниковых ограничителей напряжения установлена на входе дросселе между фазовым проводом сети переменного тока и проводом сети переменного тока, подсоединенным к нейтрали, дроссель имеет первую и вторую обмотки, первая обмотка включена последовательно в фазовый провод сети переменного тока, вторая обмотка включена последовательно в провод сети переменного тока, подсоединенный к нейтрали, конденсатор включен на выходе дросселя между фазовым проводом сети переменного тока и проводом сети переменного тока, гюдсоединенным к нейтрали, а корпус сетевого фильтра заземлен, (далее следуют отли штелъные признаки), сетевой филыр содержит 1рн дополнительных конденсатора и три допошпггельные цепочки из последовательно и встречно соединенных полупроводниковых ограничителей напряжения с тремя дополнительными устройствами для контроля и индикации исправнослтт полупроводниковых ограничителей напряжения, дроссель содержит ,1ве дополнительные обмотки, каждая из двух дополнительных обмоток включе1ш последовательно в соответствуюпщй фазовый провод трехфазной сети переменного тока, две дополнительные цеполки }1з последовательно и встречно соединенных полупроводниковых О1раничителей нагфяжения с дополнительными устройствами для контроля и индикации исправности полупроводшжовых ограничителей напряжения включены каждая на входе
дросселя между соответствующим фазовым проводом трехфазной сети переменного тока и ггроводом фехфазной сети переменного гока, подсоединенным к нейтрали, два дополнительных конденсатора включены каждый на выходе дросселя между соответствующим фазовым проводом трехфазной сети переме1шого тока и проводом сети переменного тока, подсоединенным к нейтрали, корпус подключен па входе дросселя к провод) сети переменного тока, подсоединеньюму к нейтрали, через дополнительнуто цепочку из последовательно и встречно соединенных полупроводниковых ограничителей напряжения с дополнительным устройством для контроля и индикации исправное ги полупроводниковых ограничителей напряжения, корпус также подключен на выходе дросселя через третий дополнительный ковденсатор к проводу сети переменного тока, подсоединенному к нейтрали.
В чсгвертом варианте сущность полезной модели заключаегся в юм, что в предлагаемом сетевом фильтре последовательно с каждым полупроводниковым о1Т)аничителем напряжения включен плавкий предохранитель.
Третий и четвертый варианты полезной модели могут использоваться в том случае, когда в грехфазной сета переменного тока нейгфаль изолирована.
На рисунке фиг. 1 изображен сетевой фильтр для оборудования, питающегося от сети переменного тока с заземленной нейгфалью. На фиг. 2 изображеи вариант выполнения сетевого фильтра для оборудования, шпгающегося от сети переменного тока с изолированной нейфалью. На фиг. 3 гюказана цепочка ю последовательно и встречно соединенных полупроводниковых ограничителей напряжения с устройством для кошроля и индикации исправности полупроводниковых офашгчителей напряжения. На фиг. 4 показана цепочка из последовательно и встречно соединенных пол фоводниковых офаничителей напряжения с ус1ройством для контроля и индикации исправности полупроводниковых офаничителей
2 СЗШ1 1
5
напряжения, причем последовательно с полупроводниковыми ограничителями напряжершя включены плавкие вставки.
На фигурах обозначено:
1- фазовый провод сети переменного тока;
2- провод сети переменного тока, подсоединенный к нейтрали;
3- корпус сетевого фильтра;
4- дроссель;
5- вход дросселя;
6- выход дросселя;
7- конденсатор;
8- цепочка из последовательно и встречно соединенных по;о1:фоводниковых ограничителей напряжения с устройством для кошроля и индикации исправности полупроводниковых ограничителей напряжения;
9- первая обмотка дросселя;
10- вторая обмотка дросселя;
11- дополшггельная обмотка дросселя;
12- дополнительный конденсатор;
13- третий дополнительный ковденсатор;
14- дополнигельная цепочка из последовательно и встречно соединенных полупрюводниковых ограничителей насфяжения с устройством для контроля и индикации исправности полупроводниковых ограничителей напряжения;
5S третья дополнигельная цепочка из последовательно и встречно соединенных полупровод1 1иковых ограничителей напряжения с устройством для контроля и индикации исправносш полупроводниковых ограничителей напряжения;
16перемычка;
6
18- устройством для контроля и индикации исправности полупроводниковых офаничителей напряжения;
19- плавкий предохранитель.
Предлагаемый сетевой фильтр ( на фиг. 1) предназначен для питания аппаратуры от трехфазной сети 220 В с заземленной нейтралью, причем величина напряжения может быть и другой. Напряжение поступает по фазовым проводам 1 (L-проводникам в соответствии с международным обозначением) и проводу 2 сети, подсоединенному к нейтрали (N-проводнику в соответствии с международным обозначением).
Сетевой фильтр имеет металлический корпус 3, который заземлен. К корпусу (а точнее к точке заземления) может быть также подключен защитный провод (ЕР-щюводник в соответствии с международным обозначением; на рисунке не показано), который заземляется на распределительном щитке или трансформаторе, откуда поступает переменное напряжение сети.
Сетевой фильтр содержит дроссель 4. У дросселя 4 имеется вход Здросселя 4, который обращен к питающей сети, и выход 6 дросселя 4, который обращен к нагрузке (не показана). Дроссель 4 имеет первую обмотку 9, вторую обмотку 10, и две дополнительные обмотки 11. Первая обмотка 9 и две дополнительные обмотки 11 включены в три фазовых провода 1 сети переменного тока. Вторая обмотка 10 включена в провод 2 сета, подсоединенный к нейтрали.
Сетевой фильтр имеет конденсатор 7 и два дополнительных конденсатора 12, которые подключены на выходе б дросселя 4 между соответствующими фазовыми проводами 1 и проводом 2 сет, который подключен к нейтрали.
Сетевой фильтр имеет цепочку 8 из последовательно и встречно соединенных полупроводниковых ограничителей нахфяжения с устройством для контроля и индикации исправности полупроводниковых 01раничигелей напряжения и две дополнительные цепочки 14 из последовательно и встречно соединенных полупроводниковых ограничителей
напряжения с устройством для контроля и индикации исправноста полупроводниковых офаничигслсй напряжения.
Цепочки 8 и 14 подключены на входе 5 дросселя 4 между соответствующими фазовыми проводами 1 и проводом 2 сети, который подалючен к нейтра ш.
Металлически корпус 3 сетевого филь фа соединен перемычкой 1 б на выходе 6 дросселя 4 с проводом 2 сети, подсоединенным к нейтрали. На выходе 6 дросселя 4 межд) тремя фазовыми проводами 1 сети и гфоводом 2 сети можно подключить три нагрузки (не показаны).
Вариант сетевого фильтра, показанный на фиг. 2, предназначен для питания аппаратуры от трехфазной сети 220 В с изолированной нейтралью, пррием величина напряжения может быть и другой.
Этот вариант агличается от варианта, показанного на фиг. 1, тем, что вмесю псрсмычи 1 б корпус 3 подключен на входе 5 дросселя к проводу 2 с помощью третьей догюлнительной цепопш 15 из последовательно и ьстречно соединенных полупроводниковых ограничителей напряжения с устройством для контроля и индикации исправности полупроводниковых ограничителей напряжения, а на выходе 6 дросселя 4 корпус подключен к проводу 2 с помощью третьего дополнительного конденсатора 13.
На фиг. 3 показана цепочка 8 из последовательно и встречно соединенных полупроводниковых ограничителей напряжения 17с усгройсгвом 18 для контроля и 1нд(1кации исправности полупроводниковых ограничителей напряжения.
На фиг. 4 показана цепочка 8 из последовательно и встречно соединенных полупроводниковых ограничителей напряжения 17с устройством 18 для контроля и индикации исправности ползироводниковых офаничителей напряжения,  последова1ельно с каждым ограничителем напряжения 17 включен плавюда предохранитель 19..
.И
в
Полупроводниковые огра П1Чители гапряжения 17 включены встречно, то есть гх выводы с одноименной полярностью объединены.
Устройство 18 контроля и индикации исправности полутфоводниковых О1раничителей напряжения 17 подключено параллельно цепочке из полупроводниковых офаничителей напряжения 17, при этом обеспечивается питание устройства 18, а контролир тощий вход устройства 18 подключен к точке соединения между собой гюлупроводниковых ограничителей напряжения 17.
Устройство полупроводниковых ограничителей напряжения и устройство контроля и гшдикации исправности полупроводниковых ограничителей напряжения подробно описаны в статье, в которой опубликован прототип и данные которой приведены в начале настоящего описания. Кроме того, варианты устройств полупроводниковых ограничителей иалряжеиия и устройств контроля и индикации исправности полупроводщсковых ограничителей напряжения описаны в патенте РФ № 2133540 и свидетельстве на полезную модель .№ 5297,. Полупроводниковые О1ра1шчители напряжения описаны в справочнике Электронные приборы для защиты РЭА от электрических перегрузок, авторы В.ПЧерепанов, А.К.Хрулев, И.11Блудов. Изд. ТАДИО И СВЯЗЬ, Москва, 1994 г. Устройство для кошроля и индикации исправности полупроводниковых ограничителей напряжения можеа- быть выполнено в виде делителя напряжения на сопротивлениях, причем средняя точка делиге.11я через светодиод подсоединяется к точке соединения полупроводниковых ограничителей напряжения.
Предложе1шый сетевой фильтр работает следующим образом.
В отсутствии помех сетевой фильтр (фиг. 1) обышым образом обеспечивает питание на нагрузках (за исключением некоторых потерь энергии в дросселе 4, а также потерь энергии на работу устройств 8, 14 и 15 кошроля и индикации исправности полупроводЕШковых ограничителей напряжения - несколько миллиампер на устройство).
При появлении напряжения помехи сравнительно небольшой величшгы, с частотами в MCI агерцовом диапазоне между гфоводниками 1 и 2, произойдет обычное подавление помехи фильтром.
При появлении высоковольтных (значительно превышающих амшп1туду 11апряжен 1я пшапия) импульсов помехи между проводниками 1 и 2, щзоизойдет кратковременный пробой одного из полупроводниковых ограничителей напряжения 17, при этом через  ели напряжения от проводника 1 к проводнику 2 (шш наоборот) пройдет большой ток. На нагрузку уже эта помеха влиять не будет. После окончания импульса помехи тот ограничитель напряжения 17, который находился в состоянии пробоя, вернется в исходное состояние и нормальное сетевое напряжение будет поступать на нагрузку. Таков же эффект появления высоковольтных импульсов между проводом 1 и корпусом 3, так как этот случай сводится к предыдущему из-за заземления нейтрали и наличия перемычки.
Невозможно появление высоковольтных импульсов помехи между проводником 2 и корпусом 3 сетевого фильтра (то есть, землей) из-за заземле11ия нейтралш и налич11Я перемычки 16.
3ариант сетевого фильтра на фиг. 2 (с изолированной нейтралью) работает так же, как и на фиг. 1, за исключением появления помех между проводом 1 и корпусом 3, или проводом 2 и корпусом 3.
Если появ.)1яется высокочастотная помеха между проводами 1 и корпусом 3, то ее задерживает фильтр из дросселя и конденсаторов 7, 12 в совокупности с конденсашром 13.
Если появляется высоковольтный 1шпульс между проводами 1 и корпусом 3 (землей), го пробиваются полупроводниковые ограничители напряжения 17 в цепочках 8, 14 совместно с полупроводниковым ограни-штелем иапряжения 17 в цепочке 15.
Если появляется высокочастотная помеха между проводом 2 и корпусом 3, то ее задерживает фильтр из дросселя и конденсатора 13. ч„ Полупроводгажовые ограничители иапряжения 17 могут выходить из строя, когда мощность импульса помехи превышает мощность, на которую рассчитан полупроводниковый ограничитель напряжения. При этом напряжение питания через сетевой фильтр (при вышедщих из строя ограничителях напряжения, неисправность - обрыв) будет покупать на нагрузку нормально до тех пор, пока очередной высоковольтный импульс не выведет из строя сетевой фильтр или нагрузку. Поэтому необходимо следить за исправностью полупроводниковых ограничителей напряжешш. Эту функцию выполняют устройства 18 (фиг. 3 и фиг. 4) для контроля и индикации исправности полупроводниковых ограничителей напряжения. Устройства контроля и индикации 18 могут быть выполнены разными способами (см., нащ}имер, Свидетельство РФ N° 5297 на полезную модель Ус1ройство для защиты радиоэлектронного прибора от 1фатковременных перенапряжений в сети переменного тока). Сигнал о неисправности полупроводникового ограничителя напряжения подается различными способами. Это может быть световой сигнал светодиода, тогда оператору или обс.г1уживающему персоналу необходимо в заданные моменты време1 ш проверять состояние сигнальных устройств. Сшналы могут также быть звуковыми. Сигналы MOiyr также выводиться на световые табло или на экраны компьютеров обслуживающего персонала. Сигналы о неисправности полупроводниковых ограничителей напряжения могут поступать на специальные устройства для отключения сетевого напряжения питания от нагрузки в случае выхода из строя ограничкгелей напряжения. В настоящем описании эаххг случай не описан и на рисунках не показан. Если полупроводниковый ограничитель напряжения 17 выходит из строя с образованием короткозамкнутой цепи, то он может привести к повреждению сетевого фильтра и нагрузки. Чтобы этого не допустить, последовательно с полупроводниковым ограничителем напряжения 17 ставится плавкий предохранитель 19 (фиг. 4), который разрывает цепь, если проходит знаштелъньга ток в течение заданного отрезка времени. 11 обычных, a не высоковольтных напряжениях, что значительно уменьшает габариты сетевого
фильтра и его стоимость.
Предлагаемая полезная модель значительно более эффективно защищает радиоэлектронную аппаратуру от разного вида помех, которые доставляют все больще неприятностей пользователям аппаратуры, так как в связи с постоянным ростом количества работающего электротехнического и электронного оборудования и ростом его мощности непрерывно возрастает количество, натфяжение и мощность помех, проникающих по сетям питания в аппаратуру и уничтожаюпщх ее.
Предлагаемый сетевой фильтр может быть сделан из обычных материалов и деталей и по обычной технологии. Поэтому полезная модель является применимой.