Сетевой фильтр

(51)7 02 3/01 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ(73) Пак Юрий Эдуардович , Дэвид А. Стетцер(57) Полезная модель относится к электротехнике,в частности к фильтрам для подавления и исключения высокочастотных электромагнитных составляющих в цепях переменного тока промышленной частоты. Техническим результатом, достигаемым при использовании полезной модели, является значительное уменьшение амплитуды высокочастотной электромагнитной составляющей напряжения в частотном диапазоне 1-100 кГц, а также упрощение и уменьшение габаритов фильтра. Указанный технический результат достигается в сетевом фильтре, содержащем конденсатор и резистор, в котором использован безиндуктивный тонкопленочный конденсатор, параллельно которому подключен резистор. Преимущественно в фильтре используется конденсатор, имеющий емкость 5-30 мкФ и резистор сопротивлением 20-100 кОм. 139 Полезная модель относится к электротехнике, в частности к фильтрам для подавления и исключения высококочастотных электромагнитных составляющих в цепях переменного тока промышленной частоты. Известны сетевые помехоподавляющие фильтры на дискретных элементах, которые включают конденсатор и катушку индуктивности (МРТУ 45-111067). Так как данные фильтры предназначены для подавления помех в цепях питания с напряжением до сотен вольт при токах до нескольких ампер, конденсаторы и катушки таких фильтров имеют большие габариты, массу и стоимость. Номинальная емкость конденсаторов, используемых в этих фильтрах, составляет 0,5-1,0 мкФ, что приводит к большим токам утечки фильтров и значительно увеличивает пусковой ток при подаче на фильтр напряжения питающей сети. Кроме того, данные фильтры преимущественно обеспечивают затухание помех частотой более 1 МГц, в то время как на более низких частотных диапазонах в пределах 1-100 кГц эффективность фильтров мала. Известны фильтры, в которых катушка и конденсатор конструктивно и электрически объединены, поскольку катушка выполнена из металлической ленты, которая одновременно является одной из обкладок конденсатора. Например, фильтр подавления помех (патент США 4563658, кл. Н 03 Н 7/01,1986) состоит из двух металлических лент и чередующихся с ними диэлектрических прокладок, наложенных одна на другую и свернутых в рулон. Одна из металлических лент снабжена электрическими выводами на обоих концах, выполняет роль катушки индуктивности и одновременно служит одной из обкладок конденсатора. Другой обкладкой служит вторая лента, которая служит ферромагнитным сердечником для первой ленты, увеличивая ее индуктивность. Номинальная емкость конденсатора этого фильтра составляет 0,01 мкФ. Подобное конструктивное оформление фильтра значительно снижает массу и габариты фильтра при высокой эффективности его работы на высоких и очень высоких частотах, однако на более низких частотных диапазонах эффективность фильтра мала. Прототипом полезной модели является фильтр(а. с. СССР 1488918, кл. Н 02 3/01, 1/02, 1989),содержащий реактор (индукционная катушка), конденсатор и резистор, первые выводы которых соединены в звезду, а вторые выводы конденсатора и реактора подключены к сети и автотрансформатору,промежуточный вывод которого подключен к зажиму сети, соединенному с реактором. Наличие автотрансформатора в составе фильтра снижает потери электроэнергии, однако увеличивает габариты фильтра, его массу. Как и рассмотренные ранее аналоги, данная конструкция недостаточно эффективна при фильтрации в частотных диапазонах 1-100 кГц. Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является создание устройства, позволяющего устранить высокочастотную электромагнитную составляющую напряжения в сетях переменного тока промышленной частоты,2 относящуюся к диапазону 1-100 кГц. Известные фильтры преимущественно устраняют высокочастотную составляющую напряжения, имеющую частоту более 1 МГц и вносящую помехи, затрудняющие работу включенного в сеть оборудования, такого, как радио- и телевизионного, компьютеров, однако мало влияют на низкочастотный диапазон помех. В то же время именно нижний частотный диапазон электромагнитных колебаний, обладая меньшей способностью к ослаблению в зависимости от расстояния от источника колебаний, оказывает более неблагоприятное воздействие на организм человека и устранение подобного электромагнитного загрязнения способствует созданию благоприятной среды для жизнедеятельности человека. Техническим результатом, достигаемым при использовании полезной модели, является значительное уменьшение амплитуды высокочастотной электромагнитной составляющей напряжения в частотном диапазоне 1-100 кГц, а также упрощение и уменьшение габаритов фильтра. Указанный технический результат достигается в сетевом фильтре, содержащем конденсатор и резистор, в котором использован безиндуктивный тонкопленочный конденсатор, параллельно которому подключен резистор. Преимущественно в фильтре используется конденсатор, имеющий емкость 5-30 мкФ и резистор сопротивлением 20-100 кОм. Использование в фильтре безиндуктивного тонкопленочного конденсатора устраняет возможность возникновения в цепи резонанса, который может привести к искажению формы полезного сигнала. Кроме того, такие конденсаторы характеризуются стабильностью характеристик, долговечностью и малыми габаритами, что увеличивает надежность работы фильтра. Описание подобных конденсаторов приведено в (. / . , .-,14 ., 1999, 2200 .). Ранее подобные конденсаторы использовались, например, в операционных усилителях (Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги Справочник. т. 2 Нефедов А.В. М. ИП РадиоСофт, 1999, 640 с.), однако отсутствуют сведения об их использовании в сетевых фильтрах. Шунтирующий резистор подключен параллельно конденсатору, что служит более интенсивному затуханию низкочастотных колебаний в сети, поскольку резистор совместно с конденсатором образуют колебательный -контур, обладающий малой добротностью, т.е. обладающий способностью гасить колебания достаточно быстро. Использование конденсатора емкостью 5-30 мкФ и резистора сопротивлением 20-100, как определено экспериментально, позволяет наиболее эффективно устранять электромагнитные колебания частотой 1-100 кГц в сети переменного тока. Схема фильтра приведена на фигуре. Фильтр включает конденсатор 1 и резистор 2,соединенные параллельно, а также выводы 3, предназначенные для включения в сеть переменного тока. Конструктивно фильтр выполнен в виде полого корпуса, внутри которого размещены конденса 139 тор и резистор, снабженного выводами для включения в сеть переменного тока. В сетях переменного тока напряжением 127220 В и частотой 50-60 Гц на основной сигнал накладывается высокочастотная электромагнитная составляющая напряжения, которая генерируется таким электрическим оборудованием, как персональные компьютеры, копировальные машины,принтеры, факсы, радио- и телевизионное оборудование. Эта высокочастотная составляющая является источником электромагнитных колебаний, которые,наряду с созданием помех для работы оборудования, приводят к созданию электромагнитного поля,неблагоприятно влияющего на организм человека. Электромагнитные колебания в сверхвысоком частотном диапазоне (свыше 1 МГц) затухают с расстоянием быстрее, поэтому для организма человека более вредными являются колебания в диапазоне 1100 КГц, т. к. они в меньшей степени ослабляются при увеличении расстояния от источника колебаний. При включении в сеть фильтра, состоящего из конденсатора 1 и резистора 2, соединенных параллельно, на обкладки конденсатора 1 поступает напряжение основной частоты и высокочастотная электромагнитная составляющая напряжения. Сопротивление конденсатора различно для сигналов, имеющих различную частоту, и может быть представлено в виде 1/(2 С),гдеи С - частота сигнала и емкость конденсатора,соответственно. Для основного напряжения сети (127-220 В, 5060 Гц) сопротивление фильтра оказывается весьма значительным, а для высокочастотной электромагнитной составляющей сопротивление мало и происходит практически короткое замыкание высокочастотной составляющей на конденсатор и ее устранение из сети переменного тока. Резистор 2 образует совместно с конденсатором 1 колебательный контур, продолжительность переходного процесса затухания колебаний в котором зависит от величины сопротивления резистора 2. Экспериментально определено, что для наиболее эффективного удаления высокочастотной составляющей напряжения в интервале 1-100 КГц из сети переменного тока, целесообразно использовать конденсатор емкостью 5-30 мкФ и резистор сопротивлением 20-100 кОм. В качестве примера в таблице приведены данные по амплитуде и частоте высокочастотной составляющей в сети переменного тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц без использования фильтра и с его подключением в сеть (фильтр включал безиндуктивный тонкопленочный конденсатор емкостью 10 мкФ и резистор сопротивлением 50 кОм). Таблица Результаты использования фильтра в сети переменного тока Частота сигнала, кГц 0,9 1,2 1,4 1,8 2.2 2,9 3,1 3,6 4.2 4,5 5,5 7 10 12,5 16,7 25 50 100 Амплитуда сигнала без использования фильтра, В 3,0 3,0 3,7 2,4 2,0 3,5 2,2 2,9 2,8 2,8 5,8 5,8 5,8 5,0 6,7 6,3 3,2 3,0 Результаты измерений свидетельствуют о том,что в диапазоне частот 1-5 кГц происходит затухание высокочастотных электромагнитных составляющих на 30-50 , а для частот свыше 7 кГц практически полное затухание высокочастотных электромагнитных составляющих напряжения. Амплитуда сигнала при использовании фильтра, В 1,0 1,0 1,3 1,0 0,4 1,1 1,2 1,8 1,3 1,0 1,5 0,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ 1. Сетевой фильтр, включающий конденсатор и резистор, отличающийся тем, что конденсатор соединен с резистором параллельно и выполнен безиндуктивным и тонкопленочным. 2. Сетевой фильтр по п. 1, отличающийся тем,что конденсатор имеет емкость 5-30 мкФ, а сопротивление резистора составляет 20-100 кОм. 3