Часть 1. В качестве введения.
Прежде чем начать рассказывать по теме, хочу обозначить несколько важных моментов, которые следует знать читателям и заказчикам нашей продукции.
Я занимаюсь разработкой, проектированием и сборкой фильтров сетевого питания уже достаточно давно и делаю это не просто как исполнитель работ, который повторяет принципиальную схему, размещает ее в корпусе устройства и не задумывается о дальнейшем. Я занимаюсь исследованиями в области фильтрации сетевого питания, накапливаю и анализирую информацию, полученную в ходе лабораторных экспериментов и практического применения в аудиосистемах заказчиков. Сопоставляю реализованную схемотехнику и ее воздействие на подключенную аппаратуру. Провожу математическое моделирование и сравниваю с практическим результатом. Если сказать грубо - оцениваю влияние фильтров сетевого питания на поведение подключенной к ним нагрузки, в роли которой обычно выступает аудиоаппаратура или аппаратура промышленного назначения.
Откуда она вообще берется, эта "постоянная составляющая"?
Наша питающая электросеть всегда находится в некотором равновесном состоянии с электрогенерирующей установкой, будь то АЭС или трансформатор в распределительной будке - это не принципиально. Выработанная энергия должна находиться в строгом балансе с потребленной энергией.
В сети нет аккумуляторов и накопление энергии невозможно! Все происходит единомоментно, поэтому мы имеем, во-первых, колебания сетевого напряжения, а, во-вторых, периодическое появление постоянной составляющей сетевого питания из-за перекосов полупериодов, вызванных случайными включениями нагрузки огромной группы потребителей.
Представьте, что у вас есть генератор переменного напряжения. Пока к нему никто не подключился он выдает чистый синус. Потом мы подключаем к нему 1 миллион устройств в случайном порядке в произвольной фазировке. Каждое подключаемое устройство имеет разную схемотехнику и по-разному влияет на сеть (по-разному искажает сеть). Когда в эту группу набираются устройства, которые условно "перекашивают" сеть в одну сторону - возникает постоянная составляющая, которая имеет свою полярность перекоса относительно нуля.
Зачем фильтровать то, чего нет?
Этот вопрос постоянно не давал мне покоя, так как я прекрасно знаю, что помеха в виде постоянной составляющей сетевого напряжения - ЭТО БЛУЖДАЮЩАЯ ПОМЕХА!!! Она то есть, то ее нет.
Помеха появляется из ниоткуда и исчезает в никуда!
Традиционно существует два общепринятых пути решения сложившейся ситуации:
1.) Ничего не делаем или делаем вид, что такой помехи не существует - в этом случае подключенная аппаратура сама справляется с помехой в силу своих схемотехнических возможностей. Это плохой вариант, так как нагрузка незащищенная и, например, поклонники аудио сильно страдают от "подгуживающих" трансформаторов, особенно если они тороидальные.
2.) Применяются модули защиты от постоянной составляющей сети, например, вот такие. Этот вариант лучше, чем первый, но тоже не лишен недостатков.
А если помехи нет в вашей сети? Или ее уровень не велик и не влияет на подключаемое оборудование?
А мы тут уже вовсю вооружились системами подавления "постоянки", стоят которые недешево и место еще занимают.
Логичным решением проблемы является измеритель постоянной составляющей сети, который может диагностировать наличие и величину помехи и включать фильтр подавления постоянной составляющей тогда, когда он действительно нужен и выключать тогда, когда он не нужен, чтобы устранить его возможное влияние на подключаемую нагрузку.
Такой измеритель был разработан и изготовлен. Вы можете его увидеть на фотографиях и видео.
Измеритель состоит из двух модулей:
- Универсальный модуль измерителя;
- Модуль индикации.
Модули как сэндвич соединяются через межплатный разъем.
Измеритель позволяет измерять уровень постоянной составляющей сетевого напряжения питания в диапазоне от минус 1000 до 1000 мВ (от -1 до 1 В).
По моему опыту уровень постоянной составляющей менее 80...100 мВ любой полярности условно можно считать безопасным и не влияющим на подключаемую нагрузку.
Все, что более 100 мВ любой полярности можно считать уровнем, требующим подавления с помощью специализированных модулей.
Разработанный измеритель отслеживает уровень постоянной составляющей в сети с периодом измерений 1 раз в секунду и строит график изменения переменной во времени.
Для анализа можно выбрать три профиля отображения переменной:
- динамика изменений в течение последних 60 секунд;
- динамика изменений в течение последних 10 минут (плюс 1 минута буферной зоны);
- динамика изменений в течение последних 10 часов (плюс 1 час буферной зоны).
Думаю, что всем очевидно, что однократное измерение даже сетевого напряжения питания не имеет практически никакой информативной силы. Скорее всего вы будете удовлетворены результатом и выключите мультиметр. Попробуйте провести суточные замеры колебаний сетевого напряжения питания и, поверьте, вы точно будете удивлены результатом. График наглядно покажет, какие чудеса творятся с сетью, пока вы спите или работаете.
В процессе отладки измерителя я осуществлял ночной мониторинг сетевого напряжения.
Измеритель был запущен в 0 часов по местному времени. По графику видно, что приблизительно до 6 утра колебания напряжения находились в коридоре от 228 до 233 В без сильных всплесков и провалов.
Ближе к 6.30 утра народ начал просыпаться и мы видим на графике просадку сетевого напряжения и даже резкий провал до 216 В в районе 7.30 утра.
Все эти напряжения укладываются в допустимые, хотелось лишь показать читателю, что анализ динамики изменения напряжения может подсказать, почему, например, аудиофилы и меломаны чаще слушают музыку поздно ночью, когда сеть чище.
Часть 2. Смотрим врагу в глаза! Анализируем динамику постоянной составляющей сетевого напряжения питания.
Для начала, я покажу, как ведет себя измеритель, когда помехи (постоянной составляющей) в сети нет и все чисто и спокойно.
Небольшое пояснение по интерфейсу индикатора.
1. По оси Х откладываются временные интервалы, их размер определяется выбранным профилем отображения (секунды, минуты, часы), который выделен квадратными скобками зеленым цветом в верхней части экрана.
2. По оси Y откладывается масштабная сетка, пропорциональная измеренному значению. Масштабная сетка адаптивная и соответствует размаху измеренных значений, зафиксированных за выбранный временной интервал.
3. В правом верхнем углу отображается мгновенное измеренное значение параметра и его единицы измерения.
По графику видно, что за последние 10 минут уровень постоянной составляющей имеет положительную полярность и не превышал 52 мВ, что на мой взгляд является вполне приемлемым показателем.
Как появляется помеха? Внезапно! Исчезает также! И живет на так уж и долго. По моим наблюдениям продолжительность жизни "постоянки" в сети исчисляется от нескольких минут и заканчивая несколькими десятками минут. Крайне редко, когда это длится дольше.
По графику видно, что продолжительность помехи в виде постоянной составляющей сетевого напряжения питания была порядка 3 минут от момента ее появления и до момента нормализации сети.
Также видно, что был разнополярный всплеск напряжения. Сначала был всплеск напряжения положительной полярности до уровня порядка 122 мВ, потом напряжение смещения ушло в зону отрицательных значений до уровня порядка минус 91 мВ после чего сеть нормализовалась.
Так бывает не всегда. Каждая помеха уникальна и никогда не знаешь, как в будущем перекосит сеть питания.
Ниже представляю вам другой сценарий развития событий.
По графику видно, что продолжительность помехи в виде постоянной составляющей сетевого напряжения питания была порядка 6 минут от момента ее появления и до момента нормализации сети.
Также видно, что всплеск напряжения был положительной полярности до уровня 174 мВ после чего сеть нормализовалась.
Ниже представляю вам еще один сценарий развития событий.
По графику видно, что продолжительность помехи в виде постоянной составляющей сетевого напряжения питания была порядка 8 минут от момента ее появления и до момента нормализации сети.
Также видно, что всплеск напряжения был отрицательной полярности до уровня минус 133 мВ после чего сеть нормализовалась.
Часть 3. Выводы и заключения.
Не берусь ответить за весь мир, но лично я не знаю подобных приборов (аналогов данной разработки), которые умеют измерять постоянное напряжение в сети питания 220-230 В, выводить его в виде графика для анализа и управлять внешними модулями/устройствами в зависимости от помеховой ситуации в сети, поэтому в какой-то степени можно считать этот измеритель с ноу-хау.
Также хочу отметить, что мне в комментариях прислали и продолжают присылать много сообщений от "инженеров", "электриков" и прочих "специалистов", которые продолжают верить и утверждать, что мы (я и все мировые производители фильтров сетевого питания) все придумали, никакой "постоянки" в сети нет и быть не может!, и все мы делаем для того, чтобы выжать побольше денежек у честного народа!
Как говорится "ШАХ и МАТ".
Постоянную составляющую сетевого питания мы можем измерить, проанализировать и заблокировать и именно тогда, когда она есть в сети!
Продолжение следует...