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Filtri di rete

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.

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.

Filtro antidisturbo di rete Filtro antidisturbo di rete Filtro antidisturbo di rete
Filtro antidisturbo di rete Filtro antidisturbo di rete Filtro antidisturbo di rete

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.

Filtro antidisturbo a singola cella e doppia cella commerciali: circuito interno.

Filtro di rete a singola cella

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

Filtro di rete a doppia cella

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

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).

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.

Propagazione disturbi in modo comune

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).

Propagazione disturbi in modo differenziale

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.

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.

Propagazione disturbi in modo differenziale
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