Сетевые и входные фильтры

Сетевые и входные фильтры, устанавливаемые на зажимах питания и входах оборудования, являются  традиционным средством защиты электронного оборудования от помех. Фильтрация несимметричных (синфазных) помех осуществляется фильтрами с конденсаторами, связанными с корпусом (рис.2.22, а), симметричных (противофазных) помех, приложенных так же, как полезный сигнал, – фильтрами по схеме (рис. 2.22, б). Установка в каждый внешний провод оборудования фильтра по схеме (рис.2.22, а)позволяет защищать оборудование от симметричных и несимметричных помех. Схемы фильтров должны быть строго симметрированы, так как неравенство индуктивностей или емкостей их элементов может вызвать даже увеличение симметричной помехи из-за частичного перехода несимметричных помех в симметричные. RС -фильтры  применяются только  в  слаботочных низкочастотных  цепях,  где  допустимо последовательное включение резисторов.   LС -фильтры  нашли  более  широкое применение  во  входных и питающих цепях.  Отрицательным  их  свойством является возникновение  колебаний на  собственной  резонансной  частоте  при импульсном воздействии. Демпфирование колебаний применено в фильтре, изображенном на рис. 2.22, в.

Наиболее перспективными являются сетевые фильтры с режекторными дросселями (рис.2.30), обеспечивающими большую индуктивность для несимметричных помех при малом индуктивном сопротивлении рабочему току. В простейшем случае такой дроссель представляет собой ферритовое кольцо с двумя одинаковыми обмотками. Рабочий ток протекает по одной обмотке и возвращается по другой. Магнитные потоки вычитаются, индуктивность дросселя равна малой индуктивности рассеяния, а магнитопровод не насыщается даже при больших значениях тока.

     Для несимметричного напряжения и тока индуктивность дросселя может составлять десятки миллигенри, так как магнитные потоки обмоток складываются, а значения относительной магнитной проницаемости магнитопровода могут достигать тысяч единиц. Большие значения индуктивности дают возможность снизить емкости конденсаторов, установленных между фазой и корпусом, до 0,01...0,1 мкФ и соответственно снизить токи утечки на корпус. Для симметричных помех роль индуктивности играет индуктивность рассеяния дросселя, а емкость, определяемая междуфазным конденсатором, не имеет таких ограничений, как емкость фаза–корпус, и может составлять 1...10 мкФ.

Важное значение имеет тип применяемых элементов и их размещение, а также конструкция фильтра. Дроссели должны иметь обмотку с минимальной емкостью, конденсаторы – с минимальной индуктивностью выводов. Для этого необходимо применять специальные типы помехоподавляющих конденсаторов.

Элементы фильтра размещают в металлическом корпусе, разбитом на экранированные отсеки. Переход цепей из отсека в отсек осуществляется через проходные конденсаторы. Входные и выходные цепи должны быть максимально разнесены и экранированы.

     Для снижения помех при работе полупроводниковых преобразователей (ПП) широко применяются фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ). Периодические импульсные помехи, генерируемые в питающую сеть ПП, представляют собой широкий спектр гармонических составляющих, что существенно осложняет задачу их минимизации во всем частотном диапазоне. Для уменьшения кратных гармонических составляющих напряжения на выходе ПП устанавливается резонансный фильтр, емкости которого соединены звездой (рис. 2.31). Включение емкостей в треугольник не применяется из опасения, что перекрытие одной фазы конденсаторов, приводящее к междуфазному замыканию, может вызвать большие повреждения фильтра. Если пренебречь активными сопротивлениями элементов фильтра, то резонансная цепочка с параметрами С_j и L _j, для которых jωL_j = 1 /jωС_j представляет собой короткое замыкание
j -й гармоники ПП, т.е. осуществляется ее шунтирование. В результате напряжение сети не будет содержать этой гармоники, что приведет к уменьшению коэффициента несинусоидальности K _{нс .} При необходимости компенсации нескольких гармоник в фильтр добавляется параллельная резонансная цепочка для каждой гармоники. Обычно ограничиваются двумя цепочками для 5-й и 7-й гармоник тока, имеющих наибольшую амплитуду.

     С целью повышения технико-экономической эффективности использования оборудования фильтров на них, кроме шунтирования высших гармоник тока, возлагается задача компенсации реактивной мощности ПП, т.е. они применяются в СЭС не только как фильтрокомпенсирующие устройства.

Недостатком фильтров является разброс параметров их элементов и чувствительность к изменению частоты синхронных генераторов, следствием чего будет неполная компенсация гармоники тока ПП, на которую настроен фильтр, а также возможность появления резонансных явлений. Для исключения этих явлений требуется тщательный подбор конденсаторов и реакторов фильтра.