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Como os filtros de rede são organizados e funcionam
Interferência na rede à medida que surgem. Dispositivo de filtro de rede, o objetivo de seus elementos. Recursos de filtros de rede.
Teoria das perguntas
A corrente alternada em uma rede doméstica é sinusoidal. Isso significa que mudanças de tensão e, consequentemente, de corrente ocorrem ao longo de um sinusóide, isto é, ao longo de um arco suave que oscila simetricamente em torno do eixo do tempo. Em um segundo, a tensão na tomada altera seu valor de +310 para -310 volts cinquenta vezes. Então, em teoria, uma rede AC de 220 volts e 50 hertz funciona.
No entanto, se observarmos a forma de onda de tensão em nossa tomada, veremos que ela está longe de ser ideal. O que há um sinusóide!? Picos contínuos, impulsos, distorções de forma, mudanças de amplitude, arremessos e saltos - é isso que veremos. Tudo isso estraga a imagem e é capaz de desativar os eletrodomésticos. Este último, em primeiro lugar, refere-se a centros de música, televisores, fontes de alimentação para radiotelefones e outros dispositivos.
Existem muitas razões para distorção do sinusóide da tensão da rede. Isso inclui ligar e desligar poderosos receptores elétricos, sobretensões atmosféricas, curtos-circuitos no lado mais alto de uma subestação de transformador, bem como vários transitórios complexos.
De um curso de matemática, sabe-se que qualquer função complexa pode ser representada na forma de uma série de Fourier trigonométrica convergente. Isso significa que nosso sinusóide distorcido é simplesmente a soma de outros sinusóides muito diferentes, cada um com sua própria frequência e amplitude. E para nós, para a operação segura e confiável de nossos eletrodomésticos, precisamos deixar apenas um sinusóide - com uma amplitude de 310 volts e uma frequência de 50 hertz. Todos os outros sinusóides ou, como é costume dizer, harmônicos, precisamos suprimir, descarregar e não passar para o receptor de energia.
Além disso, há também um tipo especial de interferência aperiódica que não pode ser prevista ou descrita usando funções matemáticas. São picos de impulso - muito a curto prazo, mas aumentos significativos. Eles podem ocorrer absolutamente a qualquer momento e, é claro, também não beneficiam eletrodomésticos. Portanto, o ruído de impulso também deve ser suprimido.
Para resolver esses dois problemas e são usados protetores contra surtos. Eles protegem o equipamento contra alta frequência, baixa frequência e ruído de impulso na rede. Mas como eles funcionam?
Protetor contra surtos
Se a resistência dos resistores não depende do tipo de corrente que passa através deles, a reatância de elementos do circuito como capacitância e indutância depende diretamente da frequência da corrente. Por exemplo, a resistência de um indutor aumenta acentuadamente para correntes de alta frequência.
Essa propriedade de indutância é usada apenas em protetores contra surtos para suprimir ruídos de alta frequência - ondas senoidais com pequenos períodos. Basta colocar duas bobinas em série com a carga - no neutro e no condutor de fase. A indutância de cada um pode ser de aproximadamente 60-200 μH.
A interferência de baixa frequência pode ser suprimida pela resistência ativa dos indutores ou por resistores individuais, que também são dispostos em série com a carga. A resistência desses resistores não deve ser grande, caso contrário, eles terão uma queda de tensão significativa. Portanto, os resistores para suprimir interferências de baixa frequência devem ter uma resistência máxima de 1 ohm.
No entanto, os filtros que levam o nome de código LC são mais eficazes contra interferências na rede. Eles não estão limitados a indutorese inclua um capacitor com capacidade de 0,22 - 1,0 μF, conectado em paralelo à carga.A tensão nominal do capacitor deve ser selecionada com pelo menos duas margens em relação à tensão da rede elétrica, a fim de levar em consideração as diferenças nessa tensão.
O efeito dos filtros LC está diretamente relacionado a duas leis de comutação: uma bobina L suprime mudanças repentinas na corrente e um capacitor C amortece as flutuações de tensão de alta frequência.
Mas ainda temos interferência de curto prazo. Eles podem ser tratados com um elemento semicondutor especial com uma característica de tensão de corrente não linear - um varistor. Em baixa tensão, o varistor se comporta como um resistor de resistência muito alta e praticamente não passa corrente. Mas se a tensão subir ao nível nominal do varistor, sua resistência diminuirá drasticamente - ela passa um pulso de corrente por si mesma.
Assim, se o varistor for incluído em uma carga paralela, ele "assumirá" pulsos de alta tensão, evitando a carga pela duração de sua exposição. A tensão nominal do varistor deve ser de cerca de 470 volts.
Então o filtro de linha para uma operação mais ou menos bem-sucedida deve conter: dois indutores de 60 a 200 μH conectados em série à carga protegida, um varistor de 470 volts e um capacitor de 0,22 a 1,0 μF conectado em paralelo. Se necessário, os resistores podem ser incluídos no circuito para suprimir a interferência de baixa frequência em 1 Ohm no máximo. A classificação atual dos elementos do circuito deve ser selecionada dependendo da potência da carga.
Prática
A grande maioria dos filtros de rede baratos que conhecemos na vida cotidiana, de fato, não são filtros de rede. Eles contêm apenas um varistor e um contato bimatálico para proteção máxima de corrente.
Mas esses filtros são facilmente refinados se braço com ferro de soldar e colete todos os itens listados necessários para montar o circuito LC.
O poder da maioria dos protetores contra surtos é baixo. Isso se deve ao fato de que indutores e outros elementos filtrantes para cargas pesadas serão muito volumosos e caros. Geralmente, para receptores de alta potência em geral, apenas filtros que são conversores de semicondutores podem ser usados. E o preço desses filtros será muito mais alto, assim como a complexidade de seus dispositivos.
Felizmente, os eletrodomésticos potentes não precisam ser protegidos contra interferências na rede. E o fogão, o ferro e a chaleira não se importam absolutamente com a qualidade da eletricidade que recebem. Portanto, eles não precisam de protetores contra surtos.
E computadores, televisões e centros de música consomem muito pouca energia, e um filtro de linha separado com uma corrente nominal de apenas alguns amperes é suficiente para protegê-los.
Alexander Molokov
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