Переменный ток в бытовой сети является синусоидальным. Это означает, что изменение напряжения, а, следовательно, и тока, происходят по синусоиде, то есть по плавной дуге, симметрично колеблющейся вокруг оси времени.
Однако если мы посмотрим на осциллограмму напряжения в нашей розетке, то убедимся, что до идеала ей совсем далеко. Какая там синусоида!? Непрерывные пики, импульсы, искажения формы, изменения амплитуды, броски и скачки – вот что мы увидим.
Причин для искажения синусоиды напряжения питающей сети есть очень много. Это включение-выключение мощных электроприемников, атмосферные перенапряжения, короткие замыкания по высокой стороне трансформаторной подстанции, а также различные сложные переходные процессы.
Есть еще особый вид апериодических помех, которые не поддаются ни прогнозированию, ни описанию при помощи математических функций. Это импульсные броски напряжения – очень кратковременные, но значительные его возрастания. Они могут возникнуть абсолютно в любой момент времени и, разумеется, тоже не идут на пользу бытовой технике. Поэтому импульсные помехи тоже необходимо подавить.
Для решения этих двух задач и используются сетевые фильтры. Они защищают оборудование от высокочастотных, низкочастотных и импульсных помех в сети. Но как они работают?
Если сопротивление резисторов никак не зависит от рода тока, проходящего через них, то реактивное сопротивление таких элементов цепи, как емкость и индуктивность находится в прямой зависимости от частоты тока. Например, сопротивление катушки индуктивности резко возрастает для токов большой частоты.
Это свойство индуктивности как раз и используется в сетевых фильтрах для подавления высокочастотных помех – синусоид с маленькими периодами.
Низкочастотные помехи могут гаситься активным сопротивлением катушек индуктивности, или отдельными резисторами, которые также располагаются последовательно нагрузке. Сопротивление таких резисторов не должно быть большим, иначе на них будет иметься существенное падение напряжения. Поэтому резисторы для подавления низкочастотных помех должны иметь сопротивление максимум 1 Ом.
Однако наиболее эффективными против сетевых помех являются фильтры, которые носят условное название LC. Они не ограничиваются одними лишь катушками индуктивности, а включают в себя конденсатор емкостью 0,22 – 1,0 мкФ, включенный параллельно нагрузке. Номинальное напряжение конденсатора должно быть выбрано хотя бы с двукратным запасом относительно напряжения сети, чтобы учесть перепады этого напряжения.
Действие фильтров LC напрямую связано с двумя законами коммутации: катушка L подавляет резкие изменения тока, а конденсатор С гасит высокочастотные колебания напряжения.
Сетевой фильтр для более-менее успешной работы должен содержать в себе: две катушки индуктивности 60-200 мкГн, включенные последовательно защищаемой нагрузке, а также варистор на 470 вольт и конденсатор на 0,22 – 1,0 мкФ, включенные параллельно. При необходимости в цепь можно включить и резисторы для подавления помех низкой частоты на 1 Ом максимум. Токовый номинал элементов цепи нужно подбирать в зависимости от мощности нагрузки.