Электрика на радиостанции. Часть 1. Сетевой фильтр

Речь пойдет о том, о чеммногие радиолюбители, владеющие мощными стационарными радиостанциями с питаниемот сети переменного тока, чаще всего не задумываются.

И напрасно. Потому что по крайней мере часть TVI и помех прочим сетевым радиоустройствам, а также проблемы с качеством приема сигналов  в условиях города и связанных с ним электромагнитных помех, во многих случаях имеют начало не только эфирное, но и электросетевое.

Если не решить возникшие проблемы, то хотя бы их уменьшить, позволяет правильно спроектированный сетевой фильтрТаких в промышленномисполнении, между прочим, «не густо», и стоят они отнюдь не как копеечные блокирозеток «с сетевым фильтром», который таковым для многих видов помех назватьедва ли возможно.

 
Чтобы понять, из каких компонентовдолжен состоять «правильный» сетевой фильтр мощной радиостанции, рассмотримтипичные виды помех на электросетях:

1. Короткие импульсные,амплитудой иногда в разы более номинала питающего напряжения. Длительность -доли микросекунд и микросекунды (переключение мощных индукционных нагрузок -контакторов и электродвигателей лифтов, систем вентиляции, стиральных машин ипр. - электронными IGBT-ключами и тиристорамисоответственно) и до миллисекунды (переключение аналогичных нагрузок мощнымимеханическими контакторами, или наводки непосредственно на линейные участкиэлектросети от близких разрядов молний);

2. Шумовые помехи искровойприроды от щеточных контактов генераторов тока и нагрузок с вращающимсяэлементом (амплитуда может достигать десятков вольт при частотном диапазоне додесятков килогерц);

3. Длительные помехи налинейные участки электросети от электроискровых разрядников (дуговая сварка,искрение «плохих» сильноточных контактов промоборудования; частотный диапазондо сотни и несколько более килогерц).

4. Длительные илипериодические наводки на линейные участки электросети от мощных радиочастотныхизлучателей (антенна нашей собственной мощной радиостанции, близкорасположенныйвещательный радиоцентр, находящиеся рядом базовые станции сотовой связи).
Частотный спектр - от единиц до сотен мегагерц, но размах наводимых на участокэлектросети сигналов, как правило, невелик.

Кстати, и передатчик нашейрадиостанции как таковой тоже является источником высокочастотных помех,которые неизбежно «пролезут» в электросеть по емкостным составляющимконструкции.

 
Простейшим устройством дляизбавления от значительных кратковременных перенапряжений является варистор: быстродействующий(наносекунды) неполярный (а потому - двусторонний) ограничитель,характеризуемый напряжением отсечки.

   Не забываем, что амплитуда отсечкидолжна быть не менее, чем рабочее сетевое напряжение с допуском в плюс,умноженное на корень из двух: Uотс > (220В+10%)х1,41 = 340 В.

Еще один важный параметрваристора - это энергия, которую он может в себя вобрать. Она указывается вджоулях (Дж).

Какой нам будет минимально достаточно?
Прикинем.

Скажем, на 10 амперпотребления тока (мощность потребления радиостанцией от сети напряжением 220В -2,2кВт) при импульсной помехе до 2 киловольт длительностью до 1мс придетсяэнергия Е=10Ах2000Вх0,001сек=20Дж. Но поскольку почти одновременно могутнаводиться импульсы от переключения нескольких мощных индуктивных нагрузок извеликого их множества на электросети, это значение лучше увеличить в несколькораз. Вполне оптимальным значением энергии варистора видится значение порядка 80Дж.

Однако оставшуюся ниженапряжения отсечки варистора «бороду» и прочие помехи возможно убрать только электрическойфильтрацией.

Чтобы не писать много слов,что и как нам еще применить, ограничусь вполне понятными иллюстрациями:

  
Емкостные схемы болеевысокочастотны, т.к.в индуктивных схемах для оптимизации размеров обмоток используютферриты с высокой магнитной проницаемостью, ограничивающей частоту ихприменения в несколько десятков или первые сотни килогерц. Причем это должныбыть замкнутые магнитопроводы (кольцеобразные или прямоугольные), чтобы неявляться переизлучателями помеховых сигналов.

 
Комбинация всего перечисленноговыше даст нам следующую схему сетевого фильтра:

   
Важно также вот еще что:транзитные к нагрузке проводники схемы фильтра (в т.ч.обмотки трансформаторов)должны выдерживать нагрузочные токи.
Для токов «Правилаустройства электроустановок (ПУЭ)» - «библия» российских электриков - определяютследующие сечения для двух одножильных (с учетом бифиллярной намоткитрансформаторов) медных, изолированных ПВХ проводов:

1 кв.мм - 16А (мощн.нагр.3,5 кВт)

1,5 кв.мм - 19А (мощн.нагр.4,2 кВт)

2,5 кв.мм - 27А (мощн.нагр.5,9 кВт)

Еще нюанс: показанные насхеме фильтра «земли» будут работать только в том случае, если они «местные»(выходят кратчайшим путем напрямую на контур заземления здания), а не тянутся по«наружке» в длинной трехпроводной линии с третьим проводом заземления, лишаясхему двухпроводной симметрии. 

 
Ниже указаны типовыеноминалы элементов фильтра с несколько бо’льшими (для надежности) величинамирабочих напряжений конденсаторов и мощностей резисторов:

Варистор - Urms = 250В(или Uампл.= 350В)/80...100 Дж

R - 300кОм...1Мом/1...0,5 Вт

С1 - 0,015...0,022мкФ/630В

L - 1...5мГн (обмотки примерно до1,5 мГн с проходным током до 16А можно уместить в один слой на ферритовомкольце проницаемостью 3000 и внешним диаметром 45...50мм)

Сш нч - 0,22...0,33мкФ/630В

Сш вч - 0,01мкФ/630В

С2 - 4700пФ/630В

 
DIM