Сетевой помехоподавляющий фильтр

Номер патента: 1721702

Автор: Павловский

ZIP архив

Текст

(57) Изобретение относидиотехнике, в частнострам. Цель изобретения -и металлоемкости фильт ВЛЯЮ ся к электро- и рак сетевым фильтуменьшение массы а при обеспечении из приведенных обсо ограничивает припри жестких требовапредъявляемых, напмедицинской технике и габаритам СПФ,номных сетях электппаратуре морской,ческой техники),второй группы катушонструктивно и эле яте ств сть менимо ниях к тоример, для и, и, кроме используеропитания авиационка и кон трическ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Изобретение относится к электро- и радиотехнике, в частности к фильтрам для подавления помех в цепях питания (сетевые помехоподавляющие фильтры),Известны сетевые помехоподавляющие фильтры (СПФ) различных типов и модификаций, Их можно условно разделить на две группы - СПФ на дискретных элементах(например, типа ФИЕ-220, ФПМРТУ 45 1110-67 и др.) и СПФ, в которых катушка и конденсатор конструктивно объединены.СПФ первой группы представляют собой одну или две Г-образных или П-образных С-цепи, Так как СПФ обычно предназначены для подавления помех в цепях питания с напряжением до сотен вольт при токах до нескольких ампер, то конденсаторы и катушки таких СПФ и сами СПФ имеют большие габариты, массу и стоимость.Так, СПФ типа ФИЕ-220 занимает объем около 4 дм и весит 3,4 кг, фильтртипа 2затухания, вносимого фильтром на высоких и очень высоких частотах. Фильтр состоит из двух металлических лент и чередующихся с ними диэлектрических прокладок, наложенных одна на другую по всей длине и свернутых в рулон. Одна из лент снабжена электрическими выводами на обоих концах, они служат входом и выходом фильтра. Вторая лента имеет по меньшей мере один (корпусной) вывод на конце. Новым является выполнение второй металлической ленты с уменьшающейся шириной от центра рулона к его наружной поверхности, 2 з.п.ф-лы, 3 ил. ФПзанимает объем свыше 9 дм и весит около 8 кг,Кроме того, в СПФ первой группы для обеспечения требуемого затухания применяют конденсаторы с номинальной емкостью (0,5 - 1,0) мкФ, что приводит к большим токам утечки таких СПФ и значительно уве- Я личивает пусковой ток в момент подачи нафильтр напряжения питающей сети, а также увеличивает реактивную нагрузку на гене- )( ) Каждое существен н таких СПФ кам утечки,аппаратуры того, к масс мых в автообъединены, так как катушка выполнена из металлической ленты и одновременно является одной из обкладок конденсатора.Такое объединение элементов резко снижает емкость и ток утечки, а также массу и габариты фильтра при соизмеримых с фильтрами первой группы величинах силового тока, протекающего через катушку фильтра, и соизмеримых величинах затухания, вносимого СПФ на высоких и очень высоких частотах. Типичные характеристики СПФ этой группы; масса 20 - 50 г, объем 0,005 - 0,01 дм, номинальная емкость 0,01 мкф. Иными словами, СПФ второй группы позволяют получить выигрыш по основным параметрам в сотни раз,Известен Т-образный фильтр, состоящий из внешней и внутренней катушек, представляющих собой свернутые в рулон вместе с изоляционной бумагой металлическую фольгу, и конденсатора, образованного из металлической фольги и диэлектрика, вложенных в середину внутренней катушки. Между внутренней и внешней катушками образован кольцеобразный магнитный экран из более широкой металлической фольги.Однако этот СПФ имеет довольно сложную конструкцию и сравнительно небольшое затухание на высоких частотах в силу конструктивных особенностей, определяющих повышенную величину паразитной проходной емкости.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому является фильтр подавления помех, состоящий 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 и выполнена из металла высокой проводимости (например, меди, алюминия) или высокой магнитной проницаемости (например, тонколистовое железо, пермаллой). Другая лента снабжена по меньшей мере одним выводом на конце и выполнена из металла высокой магнитной проницаемости.Лента с двумя выводами выполняет роль индуктивности и одновременно служит одной обкладкой конденсатора. Другой обкладкой является вторая лента: она одновременно служит ферромагнитным сердечником для ленты с двумя .выводами, увеличивая индуктивность последней. При этом суммарные индуктивность и емкость фильтра оказываются распределенными по длине металлических лент, а сам фильтр представляет собой совокупность элемен 10 тах элементарные конденсаторы С, образо 15 20 25 30 35 40 50 55 тарных фильтров нижних частот, имеющих индуктивность Ь и емкость С на каждом участке металлических лент ,1.Однако спиральная намотка (корпусной металлической ленты, один или оба вывода которой соединяются с корпусом РЗА) в известном фильтре резко увеличивает индуктивность указанной ленты. Это приводит к тому, что на высоких и очень высоких частованные удаленными от выходного конца фильтра участками металлических лент с диэлектрической, прокладкой между ними, оказываются изолированными от выхода фильтра индуктивным сопротивлением корпусной металлической ленты. При этом облегчается прямое проникновение помехи с входа на выход фильтра по паразитной межвитковой емкости. Поэтому чем дальше от выходного конца фильтра расположен элементарный конденсатор Сь тем меньше его влияние на затухание, вносимое фильтром в диапазоне высоких и очень высоких частот. В результате на корпусную металлическую ленту тратится неоправданно много металла, а сам фильтр имеет довольно большую массу.Перечисленные недостатки затрудняют использование рассмотренного фильтра в автономных системах электропитания, т.е. как раз там, где незаменим легкий, простой по конструкции малогабаритный сетевой фильтр с высокой эффективностью подавления помех в диапазоне высоких и очень высоких частот,Целью изобретения является уменьшение массы и металлоемкости малогабаритного сетевого помехоподавляющего фильтра при обеспечении затухания, вносимого фильтром на высоких и очень высоких частотах.Поставленная цель достигается тем, что в малогабаритном сетевом помехоподавляющем фильтре, состоящем из двух металлических лент и чередующихся с ними диэлектрических прокладок, наложенных одна на другую по всей длине и свернутых в рулон, причем одна из металлических лент снабжена электрическими выводами на обоих концах, а другая снабжена по меньшей мере одним выводом на конце, расположенном внутри рулона, последняя выполнена с уменьшающейся шириной от центра рулона к его наружной поверхности, При этом вывод второй из упомянутых лент, расположенный внутри рулона, прикреплен к более широкому концу этой ленты.При выполнении одной из двух металлических лент с уменьшающейся ширинойплощадь этой ленты уменьшается вдвое (для ленты в виде треугольника), что влечет за собой такое же уменьшение массы и расхода металлической ленты. При этом установлено, что затухание, вносимое предлагаемым фильтром на высоких и очень высоких частотах, обеспечивается по меньшей мере не хуже, чем у известного фильтра,Однако у предлагаемого фильтра уменьшение его массы и металлоемкости при обеспечении затухания, вносимого фильтром на высоких и очень высоких частотах, не будет иметь место при произвольном уменьшении размеров и площади одной из металлических лент,Если, например, форму указанной ленты оставить прямоугольной и сделать последнюю более узкой так, чтобы площадь этой ленты осталась равной площади ленты с уменьшающейся шириной, то при этом масса и металлоемкость фильтра уменьшаются, однако затухание фильтра на высоких и очень высоких частотах упадет, Это связано с тем, что с уменьшением ширины проводника прямоугольной формы увеличивается его индуктивность, поэтому в области высоких и очень высоких частот заметно возрастет нежелательный эффект изоляции элементарных конденсаторов, удаленных от выходного конца фильтра. Кроме того, вдвое упадет емкость тех элементарных конденсаторов, которые расположены близко к выходному концу фильтра и которые поэтому наиболее эффективно шунтируют токи помехи. Это приведет к уменьшению затухания, вносимого фильтром на высоких и очень высоких частотах, в результате чего цель изобретения в таком фильтре не будет достигнута.Аналогичный эффект будет иметь место, если "земляную" ленту сделать, например, более короткой при одинаковой ширине с другой лентой так, чтобы площадь этой ленты, как и в предыдущем примере, осталась бы равной площади ленты с уменьшающейся шириной. Уменьшение затухания произойдет из-за того, что исчезнет вклад в подавление помех тех элементарных конденсаторов, которые были расположены близко к входному концу фильтра, В результате цель изобретения также не будет достигнута,Если например, в предлагаемом фильтре обе ленты выполнить с уменьшающейся шириной, то уменьшится допустимая величина силового низкочастотного тока из-за уменьшения площади поперечного сечения проводника, Кроме того, на узком участке такой ленты резко увеличится токовая на 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 грузка, что, по-видимому, будет вызывать местный перегрев в точке соединения металлической ленты и входного вывода фильтра и приведет к ненужным или недопустимым потерям из-за большого падения напряжения на этом участке ленты. Чтобы избежать этих нежелательных явлений придется включать несколько таких фильтров параллельно, что увеличит суммарную емкость фильтра и ток утечки, а также приведет не к экономии металла, а к повышению его расхода на установку дополнительных фильтров, В результате цель изобретения все равно не будет достигнута,Поэтому положительный эффект в изобретении достигается только перечисленной совокупностью существенных признаков. Ни один из отдельно взятых признаков либо иная их совокупность, как было показано, не позволяет получить положительный эффект, т.е, уменьшение массы и металлоемкости малогабаритного сетевого помехоподавляющего фильтра при обеспечении затухания, вносимого фильтром на высоких и очень высоких частотах,На фиг.1 представлены элементы конструкции предлагаемого фильтра; на фиг.2 - график затухания известного фильтра (кривая 1) и предлагаемого фильтра (кривая 2) для случая, когда одна из металлических лент каждого фильтра изготовлена из пермаллоя; на фиг.3 - график затухания известного фильтра (кривая 1), предлагаемого фильтра (кривая 2) и фильтра с укороченной корпусной металлической лентой (кривая 3) для случая, когда обе металлические ленты каждого фильтра изготовлены из меди,Малогабаритный сетевой помехоподавляющий фильтр (фиг.1) состоит из двух металлических лент 1 и 2 и чередующихся с ними диэлектрических прокладок 3 и 4, наложенных одна на другую по всей длине.Одна из металлических лент 1 имеет прямоугольную форму и снабжена электрическими выводами 5 и б на обоих концах, Вторая лента 2 выполнена с уменьшающейся шириной и снабжена по меньшей мере одним выводом 7 на более широком конце, Геометрически лента 2 представляет собой треугольник или трапецию.Ленты 1 и 2 могут быть выполнены из металла высокой проводимости (например, меди, алюминия) или из металла с высокой магнитной проницаемостью (например, тонколистового железа, пермаллой и т.д). При значительном(до нескольких ампер) силовом токе, протекающем через фильтр, ленту 1 предпочтительно выполнить из металла высокой проводимости, 1721702Между внутренними поверхностями металлических лент 1 и 2 размещена диэлектрическая прокладка 3, На наружной поверхности. ленты 1 находится диэлектрическая прокладка 4, Обе прокладки 3 и 4 могут быть выполнены из фторопласта, конденсаторной бумаги и т.д.При сборке фильтра стопку из ленты 2, прокладки 3, ленты 1 и прокладки 4 скручивают в плотную спираль подобно фотопленке до получения цилиндра с высотой, равной ширине ленты 1, При этом прокладка 4 оказывается расположенной и между наружными поверхностями лент 1 и 2.Таким образом, предлагаемый фильтр состоит из катушки, образованной металлической лентой 1 с выводами 5 и 6 на концах ленты, и конденсатора, образованного внутренними поверхностями лент 1 и 2 с диэлектрической прокладкой 3 между ними. Емкость конденсатора распределена по длине лент 1 и 2, Индуктивность упомянутой катушки определяется геометрией ленты 1 (отношением длины к ширине), количеством витков свернутого в рулон фильтра и материалом ленты 2 (так как последняя служит, кроме всего прочего, и сердечником для ленты 1 в собранном фильтре).Емкость фильтра зависит от площади ленты 2 (так как площадь ленты 1 заведомо больше) и от толщины и диэлектрической проницаемости прокладки 3.Фильтр работает следующим образом.После включения фильтра между питающей сетью и нагрузкой по ленте 1 между выводами 5 и 6 протекает силовой ток, потребляемый нагрузкой,При возникновении на входе фильтра сетевой импульсной или радиопомехи ее энергия распространяется, в основном, между внутренними поверхностями лент 1 и 2, которые на каждом участке длины образуют элементарныйС-фильтр с индуктивностью Ь и емкостью С. Так как лента 2 имеет малую ширину на участках, расположенных близко от входного конца фильтра, то на этих участках величина Ь больше, а величина С меньше, чем у известного фильтра, По мере продвижения к выходному концу фильтра величина Ь монотонно уменьшается, а величина С возрастает, приближаясь, соответственно сверху и снизу к значениям Ь и С известного фильтра.Частота среза элементарного фильтра определяется произведениемС, поэтому в предлагаемом фильтре эта частота остается примерно одинаковой по всей длине ленты 2 и равной частоте среза известного фильтра.По этой причине затухание сетевой помехи в диапазОне высоких и очень высокихчастот будет в предлагаемом фильтре примерно таким же, как у известного фильтра, В5 тоже время вдвое уменьшается расходметалла на корпусную ленту 2 фильтра, что заметноуменьшает массу фильтра и его стоимость,На фиг.2 показано затухание известного фильтра (кривая 1) и затухание предлага 10 емого фильтра (кривая 2) в диапазоневысоких частот для первой модификациифильтра; корпусная лента 2 в обоих фильтрах изготовлена из пермаллоя марки 50 Нтолщиной 50 мкм. Лента 1 изготовлена из15 меди толщиной 45 мкм и шириной 15 мм.Длина ленты 1 и 2 равна 0,5 м. У известногофильтра лента 2 выполнена в виде прямоугольника шириной 15 мм, у предлагаемогофильтра - в виде треугольника с основанием20 15 мм. Прокладки 3 и 4 выполнены из конденсаторной бумаги толщиной примерно 30мкм. Ленты вместе с прокладками переднамоткой фильтра расположены так, как показано на фиг.1. Намотка фильтров произ 25 водится с натяжением на оправкедиаметром 8 мм.Затухание измеряется в соответствии сметодом отношения напряжения по несимметричной схеме измерения при активной30 нагрузке 50 Ом,Из фиг.2 видно, что на частотах 10-15МГц(в полосе Ю =5 МГц) у предлагаемогофильтра наблюдается выигрыш до 10 дБ вовносимом затухании по сравнению с изве 3540 45 5055 стным фильтром. На частотах 15 - 50 МГц (в полосе Ю 2 = 35 МГц) наблюдается проигрыш до 10 дБ, на частотах 50 - 110 МГц (в полосе ЙХз = 60 МГц) - выигрыш до 7 дБ, Поэтому в целом по диапазону высоких иочень высоких частот предлагаемый фильтр вносит даже несколько большее затухание по сравнению с известным фильтром, так как проигрыш по затуханию наблюдается в полосе Ж 2 = 36 МГц, а выигрыш - в более широкой полосе Ю 1 + Л 1 з = 65 М Гц,На фиг,3 показано затухание известного фильтра (кривая 1), предлагаемого фильтра (кривая 2) и затухание фильтра с укороченной лентой 2 (кривая 3) в диапазоне высоких и очень высоких частот для второй модификации фильтра, когда во всех трех фильтрах обе металлические ленты выполнены из меди, Толщина лент 45 мкм, длина 0,5 м (для первых двух фильтров), ширина 15мм, Длина ленты 2 в третьем фильтре равна 0,25 м. Во втором фильтре лента 2 выполнена в виде треугольника с основанием 15 мм и высотой 0,5 м, Прокладки 3 и 4 ао всех трех1;721702 10 30 фильтрах выполнены из конденсаторной бумаги толщиной примерно 30 мкм.Из фиг,3 видно, что затухание предлагаемого фильтра (кривая 2) в диапазоне высоких и очень высоких частот практически такое же, как у известного фильтра (кривая 1). Видно также, что затухание фильтра с укороченной леной 2 (кривая 3) в низкочастотной области диапазона высоких частот значительно меньше, чем у предлагаемого и у известного фильтров.Таким образом, выполнение ленты 2 с уменьшающейся шириной обеспечивает сверхсуммарный эффект, который заключается в уменьшении массы фильтра, а также расхода металлической ленты на его изготовление при обеспечении затухания, вносимого фильтром в диапазоне высоких иочень высоких частот.При этом становится меньше и ток утечки фильтра, так как уменьшается емкость фильтра из-за уменьшения площади одной из обкладок конденсатора.Формула изобретения 1, Сетевой помехоподавляющий фильтр, состоящий из двух металлических лент и чередующихся с ними диэлектрических прокладок, наложенных одна на другую по всей длине и свернутых в рулон, причем одна из металлических лент снабже ла электрическими выводами на обоих концах, а другая снабжена по меньшей мере одним выводом на конце, расположенном внутри рулона,отл ича ющи йся тем, что, с целью уменьшения массы и металлоемко сти фильтра при обеспечении затухания,вносимого фильтром на высоких и очень высоких частотах, металлическая лента, снабженная по меньше мере одним выводом, выполнена с уменьшающейся шириной от 15 центра рулона к его наружной поверхности. 2. Фильтр по п.1, отл и ч а ю щи й с ятем, что металлическая лента, снабженная по меньшей мере одним выводом, выполне на в виде трапеции. 3, Фильтр по и 1, отл и ч а ю щ и й с ятем, что металлическая лента, снабженная по меньшей мере одним выводом, выполне на в виде прямоугольного треугольника.1721702 бО 10 Ю ЗО .Ю ЮХаЗУюсб 70 л 76, РОц бЬг,2 Я Я 50 дУ О Уаслаща, Ю 2 Фиг. Составитель В. Павловскийедактор С, Пекарь Техред М.Моргентал Корректор Н. Ревска каз 958 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 КНТ СС зводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Смотреть

Заявка

4789388, 08.02.1990

ПРЕДПРИЯТИЕ ПЯ Р-6292

ПАВЛОВСКИЙ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ

МПК / Метки

МПК: H02J 3/01

Метки: помехоподавляющий, сетевой, фильтр

Опубликовано: 23.03.1992

Код ссылки

<a href="https://patents.su/6-1721702-setevojj-pomekhopodavlyayushhijj-filtr.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Сетевой помехоподавляющий фильтр</a>

Похожие патенты