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Filtri di rete

Indice Argomento Corrente

1) Utilizzo dei filtri di rete

2) Filtro antidisturbo a singola cella e doppia cella commerciali: circuito interno

3) Filtro antidisturbo a singola cella e doppia cella commerciali: Funzionamento

4) Studio del progetto di un Filtro a doppia cella adatto per gli impieghi hi-fi

5) Filtro a doppia cella adatto per gli impieghi hi-fi con eliminazione delle componenti continue e riprisino della tensione nominale

I filtri di rete hanno il solo scopo di filtrare ed attenuare i disturbi dalla rete di distribuzione dell'energia in modo che non possano interferire con il corretto comportamento degli apparati che dalla rete elettrica si alimentano.

1 - Utilizzo dei filtri di rete

In genere i filtri sono progettati per:

- Attenuare i disturbi ad alta frequenza che si propagano sulla rete elettrica, causati da carichi non lineari.

- In qualche caso sono progettati per eliminare le sovratensioni transitorie, dove per sovratensioni transitorie si intendono rapide variazioni di tensione, picchi di tensione di breve durata, tipicamente da pochi microsecondi a 100 ms e oltre. Tali sovratensioni transitorie attraversano il fusibile, che non fonde, e si riversano sulle apparecchiature elettroniche e sono in grado di causare notevoli danni.

I filtri hanno la duplice funzione di proteggere l'apparato alimentato ma anche di proteggere la rete dall'apparato stesso, essendo la loro funzione bidirezionale.

I filtri di rete non sono utili per contrastare le fluttuazioni di tensione della rete elettrica.
In funzione della complessità e dell'efficienza è possibile metterne in cascata più di uno, tuttavia questo provoca una diminuzione della tensione all'uscita che è funzione dell'assorbimento e della resistenza serie di detti filtri.
In ogni caso quelli commerciali sono efficaci per disturbi la cui frequenza è superiore ai 100Khz.
Per filtrare frequenze inferiori occorre costruirsene uno adatto.
Più la frequenza di taglio è bassa e più saranno ingombranti i componenti del filtro, di pari passo andranno il peso, l'ingombro e il prezzo.

Sopra alcune foto di un filtro di rete monofase a singola cella di notevole potenza. Il circuito interno è incapsulato in una scatola metallica per evitare qualsiasi accoppiamento parassita con l'esterno.

2 - Filtro antidisturbo a singola cella e doppia cella commerciali: circuito interno

Filtro di rete a singola cella. Si tratta di uno dei filtri di rete più semplici. I possibili valori dei componenti sono: C1=0,1uF C2=0,1uF C3=4,7nF C4=4,7nF L1=4mH L2=4mH

Sopra, un filtro di rete a doppia cella. Praticamente due filtri di rete a singola cella in cascata. Valori classici dei componenti:

• C1=C2=C5=0,47uF

• C3=C4=3,3nF

• L1=L2=2mH

• L3=L4=4mH

Questi filtro commerciali sono pensati per eliminare tutti i disturbi che si propagano per conduzione sulla linea elettrica con una frequenza pari o superiore a 100Khz (in genere).

3 - Filtro antidisturbo a singola cella e doppia cella commerciali: Funzionamento

Innanzi tutto vediamo un po' come si propagano i disturbi sui cavi della rete elettrica. Esistono disturbi di modo comune e di modo differenziale come schematizzato nelle due immagini sotto.

Disturbi di modo comune: i disturbi si propagano in modo simmetrico sulla fase e sul neutro e la corrente (Imc) risultatante si richiude a massa (la somma delle correnti prodotte dai disturbi di fase e neutro 2Imc).

Disturbi di modo differenziale: i disturbi si propagano sulla fase e il circuito si richiude sul neutro.

Prendendo come riferimento il filtro a singola cella C1 e C2 posti fra la fase e il neutro cortocircuitano i disturbi di modo differenziale, C3 e C4 invece essendo posti fra fase e terra e fra neutro e terra cortocircuitano i disturbi di modo comune. Gli induttori L1 ed L2 essendo avvolti sullo stesso nucleo eliminano i disturbi in modo comune che generano due flussi magnetici che si elidono e lavora anche sui disturbi di modo differenziale comportandosi come una induttanza che alla frequenza dei disturbi oppone una reattanza induttiva notevole.

4 - Studio del progetto di un Filtro a doppia cella adatto per gli impieghi hi-fi

Filtri adatti per eliminare disturbi della rete elettrica espressamente studiati per sistemi ad alta fedeltà ne esistono, ma sono realizzati con le stesse specifiche di quelli commerciali, tranne qualche raro e costoso caso.
Un tale filtro dovrebbe avere una frequenza di taglio molto più bassa, dell'ordine di qualche Khz.
Il nostro obbiettivo ottimale sarebbe eliminare tutte le frequenze più alte di quella di rete (50-60Hz), tuttavia ciò è abbastanza complesso e costoso vista la dimensione dei componenti in gioco.
La soluzione ideale sarebbe un filtro passa banda accordato sulla frequenza di rete.
Inoltre detto filtro non dovrebbe avere una grande resistenza serie per evitare di avere abbassamenti di tensione sotto carico.
Una buona soluzione sarebbe mettere un filtro commerciale a doppia cella che elimina le frequenze indesiderate fino a 100Khz e poi in cascata un filtro a singola cella con una frequenza di taglio di qualche Khz utilizzando dei condensatori poliestere e delle induttanze avvolte su nucleo ferromagnetico.

Nell'immagine sotto un esempio di un filtro completo di soppressori di transienti (VDR1-2-3), di limitatore di corrente di spunto (NTC), di filtro per disturbi ad alta frequenza e di filtro in uscita (L5-C6) con frequenza di taglio relativamente bassa (dell'ordine dei KHz) posto sulla fase.

5 - Filtro a doppia cella adatto per gli impieghi hi-fi con eliminazione delle componenti continue e riprisino della tensione nominale

In un circuito di distribuzione dell'energia elettrica quando si collega un carico che ha un assorbimento asimmetrico sulle due semionde si generano delle deboli componenti continue che possono teoricamente portare vicino alla saturazione il nucleo dei trasformatori di alimentazione dei nostri apparati.
Ci sono in commercio diversi filtri atti a eliminare questo problema.
Di seguito l'implementazione di questa funzione nel filtro precedentemente visto.

La serie-antiserie D1-10 e D11_20 e i condensatori in antiserie C7-C8-C9-C10 servono per eliminare la parte bassa delle semionde in modo da escludere le eventuali componenti continue che hanno un valore di pochi Volt. Hanno la funzione di due zener da 3V di potenza messi in serie.
Il trasformatore T1 messo in serie e in fase alla corrente nel ramo ne aumenta il valore di 6V che sono quelli che perdiamo sulle serie di diodi.
Da notare che non ci sono condensatori in parallelo ai diodi in quanto la funzione di filtro è demandata al resto del circuito.
Si tratta di uno schema di principio.