Rušení v síti 230V, "pračky", kabely

[PMA]

Na mnoha místech se zde diskutuje vliv tvaru napětí a spektrálního složení napětí v síti 230V na zvuk audio sestav, pod pojmy jako rušení ze sítě, zkreslení sítě, síťové pračky, speciální napájecí kabely, síťové filtry atd. Občas se objevují i nějaká "měření" v podobě údaje na displeji přístroje, který připomíná spíše voodoo pomůcku, než jakýkoliv analyzátor sítě.

Možná by stálo za to se trochu exaktně podívat na to, co můžeme v napájecí síti 230V/50Hz vidět a očekávat a pak uvažovat, co s tím eventuálně dělat. Za tím účelem dávám k dispozici jednak měření průběhu napětí v síti
http://pmacura.cz/prubeh_230V.pdf

a potom spektrální analýzu napětí v síti
http://pmacura.cz/spektrum_230V.pdf

Spektrální analýza ukazuje amplitudu harmonických v síti ve srovnání s amplitudou základní harmonické na 50Hz. Měření ve frekvenční oblasti mohu provést až do 10MHz, ale při daném dynamickém rozsahu měření 80dB (tj. 1 : 10 000) už nad cca 30 kHz prakticky nic není, jen rovná čára. To znamená, že tam nejsou složky nad cca 20mV. Z obrázku vidíte, že většina složek zkreslení sítě je do 20kHz, tj. v audio pásmu. To je oblast, na kterou by se měl zaměřit návrh filtračních komponent. Pokud se "vyčistí" napětí ze sítě, tak ale pořád není nijak vyhráno, jelikož každý usměrňovač s filtračními kondenzátory znovu vytvoří ještě horší rušivé spektrum, než bylo to, které přišlo z neošetřené sítě.

Pokud byste někdo měl vážný zájem změřit spektrum na výstupu své "síťové pračky" exaktně, tj. ne jako údaj "631" apod., můžeme se domluvit.

[PMA]

Takhle potom vypadá spektrum na filtračním kondenzátoru ve zdroji zesilovače ve třídě A (tj. stálý velký klidový proud, zde cca 1,6A). Osa Y je kalibrovaná v dBV, tj. 0dB = 1V, 20dB = 10V, -20dB = 0,1V atd.

http://pmacura.cz/dc_napajeni.pdf

Vidíte, že ve spektru převažuje složka 100Hz (od dvoucestného usměrnění) a její násobky. VF při daném dynamickém rozsahu měření není vidět.

Dále se můžeme zabývat zvětšením rozsahu měření odfiltrováním DC složky.

[PMA]

Po odfiltrování DC složky z napájení dostaneme podstatně větší dynamický rozsah měření spektra. Objeví se více násobků 100Hz a i násobky 50Hz. Spektrum má ale stále naprosto mizivý obsah složek nad 20kHz.

http://pmacura.cz/dc_napajeni_dcfilt.pdf

Na tomto měření spektra DC napájení v zesilovači by mělo význam zjistit vliv pračky. Tj. předřadit síťovou pračku a toto měření zopakovat, zda by se potvrdilo "vyčištění" spektra na DC napájení.

[PMA]

Všimněte si, jaké harmonické složky převažují v síti a jaké na DC napájení v zesilovači. V síti převažují liché harmonické 50Hz. Je to dané tvarovým symetrickým zkreslením sinusovky v síti. V napájení zesilovače (za trafem, za dvoucestným usměrňovačem a filtrem) ale převažují násobky 100Hz, tj. sudé harmonické 50Hz. Z toho vidíte, že hlavní rušivé složky na napájení zesilovače nepřicházejí ze sítě, ale jsou výsledkem funkce usměrňovacích diod a filtračních kondenzátorů zdroje. A tyto složky, výrazně převažující v amplitudě, žádnou pračkou, předřazenou zesilovači, neodstraníte. Ty tam budou vždycky a záleží na konstrukci zesilovače (hlavně obvodovém zapojení) a jeho schopnosti potlačovat zvlnění napájení (PSRR), jak se s těmito rušivými složkami vypořádá.

[Jarda69]

Bylo by možné "změkčením" sítě, omezit špičky z usměrňovače?

[PMA]

Bylo by možné "změkčením" sítě, omezit špičky z usměrňovače?

Víceméně jen bezvýznamně, pomohl by C-L-C filtr za usměrňovačem, ale vyžadoval by přesný návrh s ověřením možných přepětí při náhlých změnách odběru proudu zesilovačem.

[Jarda69]

Co by ukázalo měření na daném zdroji, kdyby se mu vnutil vf signál, třeba 1MHz a měřil se průnik do následujících obvodů? Prostě do trafa pustit pouze 1MHz a měřit na filtračních kondíkách.
Prolezlo by něco? S jakým útlumem. Kolik by prolezlo v běžném komerčním zesilovači?

[NA]

Pavle je hezké, že jsi provedl měření harmonických složek, ale rušivých artefaktů se v síti vyskytuje mnoho druhů a odpovídající analýza není vůbec triviální záležitostí, je to finančně náročné a zvládají to opravdu na vysoké úrovni jen příslušné zkušebny (třeba Praha Vyškov). Takže Tvé měření je obdobně hodnotné jako číslo na Tebou vysmívaném měřáku.
Rušení v napájecí síti jsou symetrické, nesymetrické a asymetrické. Jsou to jevy jako vysokofrekvenční impulsy, jehlové impulsy a harmonické složky. V síti jsou jevy různých intenzit na širokém poli frekvencí a velmi rozličného časového průběhu a to mezi vodiči L a N, L a PE, N a PE. Dnes v tak masové míře používané spínané zdroje ruší na frekvencích stovek kHz.
Konzultoval jsem problematiku s odborníky z oboru a dozvěděl jsem se, že vůbec nejde říci který druh zarušení v současné době v rozvodech síťového napětí převyšuje, ani na jakých kmitočtech atd. je tam úplně všechno možné a jsou to záležitosti navíc silně ovlivněné denní dobou a lokalitou.

Z praxe mohu uvést, že při vývoji svých filtračních jednotek jsem došel k poznání, že pokud sestavím dostatečně proudově naddimenzovaný filtr zasahující výrazněji až do nízkých frekvencí (v akustickém pásmu) tak zvuk takovým filtrem zabiju. Takto postavenou jednotku by mi po vyzkoušení každý hodil na hlavu. V praxi se používají filtrace pro audio přístroje s účinností pouze jednotek dB na 20kHz.
Provedl jsem také analýzu filtračních jednotek od několika lídrů v oboru a ta potvrdila mé praktické zjištění, i jejich výrobky mají nejvyšší účinnost až na stovkách kHz, tedy až ve vysokofrekvenční oblasti.
V čem se filozofie jednotlivých výrobců filtrů pro audio liší je, jestli kladou větší důraz na potlačení symetrických, nebo asymetrických jevů.

Pokud bys chtěl opakovat své měření i s předřazenou filtrační jednotkou mělo by jakýsi omezený smysl pouze pokud bys měl k dispozici dvě-tři různé jednotky a výsledky by se porovnaly mezi sebou. Problém takových zkoušek však je ten, že rušení není trvale stejné, je to časově proměnná záležitost, takže měření dalších vzorků dopadne jinak již z důvodu rozdílných podmínek na vstupu. Navíc by se jednalo pouze o jeden z rušivých artefaktů napájecí sítě (harmonické složky) Nevidím tedy žádnou možnost učinit u Tebe nějaké smysluplné měření ze kterých by měla vzejít data pro vyhodnocení korelující z poslechovými testy. Navíc při změně lokality použití jednotky u různých uživatelů je situace v síti odlišná.

[PMA]

Pavle, vítám Tvou snahu o rozmělnění problematiky, ale já bych rád zůstal zcela věcný, konkrétní, a u terminologie z oboru.

Není pravda, že spektrální analýza, kterou jsem ukázal, zahrnuje jen harmonické složky. Zachycuje všechny kmitočtové složky v daném rozsahu a to i jednorázové špičky. Fakt je ten, že nad úrovní -80dBV jsem nad 30kHz do 10MHz nic zvláštního nenaměřil, a -80dBV znamená 0,1mV. To považuju pro slušně navržený komponent za zanedbatelnou rušivou úroveň. Pokud jde o pouze harmonické složky, ty by podchycovala selektivní analýza, která by neharmonické složky ignorovala.

Pokud mluvíš o "lídrech v oboru", tak to jsou pro mě, co se týče této problematiky, jednak akreditované laboratoře pro měření EMI a jednak výzkumné ústavy a organizace zabývající se primárně touto problematikou. Určitě ne audio firmy, jejichž cílem je prodat v podstatě cokoliv (což se úspěšně daří).

Pokud bude chtít kdokoliv, kdo se zabývá touto problematikou a výrobou přístrojů typu síťových filtrů a praček prokázat kvalitu svých výrobků, nechť ukáže měření/certifikát z akreditované laboratoře podle platných norem. Audio není žádná super věda která by byla jakkoliv napřed v problematice EMI. Opak je pravdou, konstrukce jsou s ohledem na odolnost k EMI/RFI žalostné. Pokud měření/certifikát neexistuje, tak, s prominutím, zbytek považuji za prázdné řeči.

[Jarda69]

"že rušení není trvale stejné" ...to by snad neměl být problém nasimulovat

PMA...jak hodně se projeví špičky z usměrnovace na primáru trafa? Nemůže filtr omezovat rozlejzání tohoto rušení do dalších přístrojů?

[Fidas]

Jak se dívám, je to věc docela zapeklitá. Mám li zesilovač se špatně navrženým zdrojem, neovlivním to zvenčí.
Pak, jak jsem pochopil, je zapotřebí provést měření na zdroji přístroje a popřípadě jej "vytunit"
Jak se ale na výsledném zvuku projeví toto rušení celkem nízkými kmitočty?
Na druhé straně je to možnost, jak se dopracovat řešení problému.

[PMA]

PMA...jak hodně se projeví špičky z usměrnovace na primáru trafa? Nemůže filtr omezovat rozlejzání tohoto rušení do dalších přístrojů?

To se projeví, jestli hodně nebo málo, je možné si udělat představu z následujících měření. Je to měřeno pouze na vodiči "N" délky 2m proti "PE". Při měření na "L" to zůstane skryté díky velké základní harmonické 50Hz.

N proti PE bez zapnutého výkonového zesilovače:
http://pmacura.cz/N_2m.pdf

N proti PE se zapnutým zesilovačem ve třídě A:
http://pmacura.cz/N_2m_zesilovac.pdf

Z hodnot v dBV je možné si dopočítat amplitudy rušivých složek. Opět maximální vliv je v oblasti do 10kHz.

Já bych velmi přivítal, i když v to nedoufám, kdyby výrobci k "pračkám" a "filtrům" přikládali graf, ukazující potlačení rušení příslušného zařízení v závislosti na kmitočtu. Nejlépe kopii měření v akreditované laboratoři. Samozřejmě s pokrytím kmitočtové oblasti od NF po VF, do cca 100MHz. Pak si zákazník může udělat představu, co ta která mašinka opravdu odfiltruje. Ať si pak vybere klidně podle sluchu, ale měl by vědět, jestli filtr/pračka opravdu něco dělá a v jaké kmitočtové oblasti.

Dále se v síti výrazně projevují signály HDO, to se už ukazovalo na slovanetu.

[Renown]

Já bych velmi přivítal, i když v to nedoufám, kdyby výrobci k "pračkám" a "filtrům" přikládali graf, ukazující potlačení rušení příslušného zařízení v závislosti na kmitočtu. Nejlépe kopii měření v akreditované laboratoři.

A proč by to dělali ?
sorry jako ....

[PMA]

Já bych velmi přivítal, i když v to nedoufám, kdyby výrobci k "pračkám" a "filtrům" přikládali graf, ukazující potlačení rušení příslušného zařízení v závislosti na kmitočtu. Nejlépe kopii měření v akreditované laboratoři.

A proč by to dělali ?
sorry jako ....

Díky za předpokládanou reakci. Z jednoduchého důvodu, aby zákazník mohl posoudit, jestli to, co mu audio výrobce sděluje o účincích svého produktu, jsou marketingové žvásty úplně všechno, nebo jen částečně. Naštěstí to uživatele nebude v 99,9% zajímat, takže v klidu.

[Renown]

napsal jsem to tak zaměrně. Babišovo "sorry jako" to mělo ještě zdůraznit.
Ve skutečnosti si myslím, že firmy, které to dělají dobře (nebo částečně dobře) se určitými parametry chlubí.
Ale proč by to měli dávat nějakým laboratořím ?
Máte představu kolik takové měření stojí ?
Jak by se promítlo do ceny výrobku ?
Máte představu kolik filtrů tyhle firmy prodají z hlediska rozpuštění ceny měření do ceny výrobku.
Jak myslíte, že by certifikát laboratoře zvýšil prodejnost ?

Odpovědi na výše uvedené otázky jsou velmi snadné a proto to nikdo nedělá.

Připojím jeden offtopic :
Usilovali jsme o kanadskou certifikaci naší pračky na gramofonové desky VC-S.
Ta certifikace předpokládá, že již máte CB certifikát a na jeho základě se za 15.000 USD vystaví kanadská certifikace (CSA nebo ULc)
Poté následují pravidelné kontroly ve výrobním závodě jednou za tři měsíce a každá kontrola stojí 2.500 USD.
Poklud během prvních dvou let nejsou shledány závažné nedostatky, po další tři roky je kontrola co šest měsíců a po pěti letech certifikát vyprší.
To znamená, že během těch pěti let to vyjde na cca 50.000 USD.
Kanada má pár obyvatel, odhadem by se tam dalo prodat 300 - 500 praček/rok, za 5 let by to bylo cca 2.000 praček, tedy certifikační náklady na jednu pračku 25 USD, při běžných maržích v hifi, by to na konci prodejního řetězce udělalo takovou sumu, že by si tu pračku nikdo v Kanadě nekoupil pokud by si tu cenu porovnal s cenou v Evropě.
Ve staré dobré Evropě všude platí CE, která se dá v EZÚ pořídit za legračních 150 kKč
Třeba Austrálie uznala CB certifikát bez výhrad, dostanete SAA (australská certifikace) pouze za správní poplatek a můžete prodávat.