Se trata de un dispositivo que trata de minimizar las frecuencias armónicas que circulan por la red, para intentar evitar que, a través de la alimentación, se introduzca ruido. En el, podremos conectar las posibles fuentes de ruido, tales como el cargador del teléfono móvil, fuentes de alimentación de ordenadores portátiles, y en general, aquel equipo eléctrico que pueda producir armónicos hacia la red, para intentar minimizar o eliminar el paso de frecuencias y corrientes armónicas a nuestra instalación. Asimismo y de manera aislada, podríamos conectar nuestro equipo para intentar evitar que entren armónicos a través de la alimentación.
Se compone de un filtro de red de tensión y amperaje adecuado, y de una red de chokes de distintas configuraciones a su salida (regleta de tomas de red).
Es imprescindible que cuente con la toma de tierra correspondiente.
Con este box, pueden conectarse hasta 4 equipos eléctricos, con el limite máximo de consumo de 20 A.
EJEMPLO CLASICO
Cuando la luz molesta: El dilema de las LED y la radioafición en HF
En la última década, la iluminación LED se ha convertido en la opción predominante en hogares, oficinas y estaciones de radioaficionado. Su eficiencia energética, larga vida útil y bajo coste operativo son innegables. Sin embargo, para muchos radioaficionados, la instalación de estas modernas luces ha traído consigo un inquilino no deseado en sus bandas de HF: el ruido. De repente, esa luz de escritorio de bajo consumo o esa tira LED decorativa se convierte en la principal sospechosa de arruinar una comunicación con un corresponsal al otro lado del océano. Pero, ¿cómo es posible que un simple emisor de luz pueda interferir con un sofisticado equipo de radio? La respuesta no reside en la luz en sí, sino en la electrónica que la alimenta y controla.
¿Por qué una LED genera interferencias?
Para entender por qué una bombilla LED puede ser una fuente de interferencias en las bandas de HF (Altas Frecuencias, de 3 a 30 MHz), debemos mirar más allá del diodo emisor de luz y analizar los dos componentes que suelen ser los verdaderos culpables: el driver (fuente de alimentación) y, en el caso de las tiras, el controlador PWM (Modulación por Ancho de Pulso).
1. El Driver de Alimentación: Convirtiendo Corriente a Golpes
Las LED, aunque funcionan con corriente continua (CC), están diseñadas para conectarse a la red eléctrica de corriente alterna (CA) de 230V. El dispositivo que realiza esta conversión se llama driver. En las bombillas LED de bajo coste, este driver suele ser una fuente de alimentación conmutada (SMPS) muy básica y mal filtrada.
- Conmutación de alta frecuencia
Una fuente conmutada funciona encendiendo y apagando la corriente a una velocidad muy alta (decenas o cientos de miles de veces por segundo) para controlar el voltaje de salida. Este rápido encendido y apagado genera, por naturaleza, armónicos y transientes eléctricos.
- Falta de filtrado
Para ahorrar en componentes, muchos fabricantes omiten los filtros EMI (Interferencia Electromagnética) necesarios. Estos filtros, normalmente compuestos por bobinas (inductores) y condensadores, suavizan los picos de corriente y evitan que las frecuencias de conmutación y sus armónicos "se escapen" de la bombilla y viajen de vuelta al cableado de la casa. Sin ellos, el cable de red de la casa actúa como una antena gigante irradiando ruido en un amplio espectro, que suele caer de lleno en las bandas de HF.
2. El Control PWM (El Verdadero Enemigo de la HF)
Este es el caso más notorio, especialmente con las populares tiras LED RGB o las bombillas regulables. Para crear diferentes colores o para regular la intensidad de la luz sin perder eficiencia, se utiliza una técnica llamada Modulación por Ancho de Pulso (PWM).
El Concepto del PWM: En lugar de reducir el voltaje (lo que sería ineficiente), el PWM enciende y apaga el LED a una velocidad tan rápida que nuestro ojo no lo percibe. La luz se ve más tenue porque el LED está apagado parte del tiempo. La frecuencia a la que se realiza este ciclo de encendido/apagado suele estar en el rango de varios cientos de Hertz a unos pocos Kilohertz.
El Problema: Cuando una corriente se corta y se conecta de forma tan brusca y cuadrada, se generan frentes de onda extremadamente rápidos. En el dominio de la frecuencia, una onda cuadrada perfecta no es una sola frecuencia, sino la suma de una frecuencia fundamental (la del PWM) más un número infinito de armónicos impares de alta amplitud.
Armónicos en HF: Aunque la frecuencia fundamental del PWM sea, digamos, de 1 kHz, sus armónicos (3º, 5º, 7º...) se extienden como un peine a través del espectro electromagnético. El 150º armónico de esa señal de 1 kHz ya está en los 150 kHz, y el 3000º armónico alcanza los 3 MHz, justo el inicio de la banda de HF. Estos armónicos de alta frecuencia, generados por los bordes afilados de la conmutación, se irradian eficazmente desde los largos cables de las tiras LED, que funcionan como antenas dipolo perfectas para esas longitudes de onda.
3. Conclusión: El Síndrome de la Antena Accidental
En resumen, las luces LED no producen interferencias por el hecho de iluminar, sino porque la electrónica que las controla genera señales de radiofrecuencia parásitas. Ya sea por la conmutación de la fuente de alimentación o por los agresivos pulsos del controlador PWM, estos dispositivos crean ruido de banda ancha. Los cables de alimentación y las propias tiras de LED, debido a su longitud, actúan como eficientes antenas transmisoras de este ruido, saturando el receptor de un equipo de HF sensible y elevando el nivel de ruido de fondo, lo que impide escuchar las señales débiles que tanto interesan al radioaficionado.
FUNDAMENTACIÓN TÉCNICA
1- ¿Por qué se generan frecuencias armónicas en la red y que son?
Las frecuencias armónicas se producen al conectar cargas no lineales a la red eléctrica, produciendo a su vez corrientes armónicas que se propagan por las redes eléctricas creando distorsiones en la forma de onda de la tensión senoidal, modificando las impedancias de las líneas, y pudiendo provocar el mal funcionamiento de algunos equipos eléctricos.
Los armónicos oscilan en una frecuencia que es múltiplo de la frecuencia fundamental, en el caso de la red eléctrica 50Hz o 60Hz según donde estemos. El múltiplo (n) de la frecuencia fundamental, determina el rango de la componente armónica. Un ejemplo, el tercer armónico de una red eléctrica de 50 Hz será 50 x 3 = 150 Hz. Los armónicos se clasifican según su amplitud, en porcentaje con la fundamental, y su paridad par o impar. Los de rango par tienen poca importancia, pues se anulan gracias a la simetría de la señal alterna, pero en ámbitos industriales (trifásica), los impares entran en fase y se suman en forma vectorial al conductor neutro, pudiendo provocar un calentamiento de este.
En algunos equipos eléctricos, además, se generan frecuencias armónicas de la fundamental a muy alta frecuencia, tales como osciladores internos de conmutación, redes LC que entran en resonancia por la frecuencia de red, etc... cuyo ejemplo podemos observar en las producidas por las fuentes de alimentación conmutadas (como por ejemplo, fuentes de ordenadores), o alimentadores de lamparas led, que en ocasiones carecen de circuitos supresores de estos armónicos, y que pueden colarse por la red eléctrica de nuestra instalación produciéndonos ruido en nuestros equipos de radio.
2- ¿Cómo funciona un filtro de red?
Un filtro de red, es un filtro paso-bajo compuesto de componentes pasivos, normalmente bobinas y condensadores, que puede estar instalado directamente en el equipo eléctrico, o bien intercalarse entre este y la toma de red. Los factores determinantes de su funcionamiento serán la XL y XC que presentaran los componentes pasivos respectivamente.
La misión principal de un filtro de red es minimizar el nivel de radiación electromagnética (filtro EMI) que producen algunos equipos, como fuentes de alimentación conmutadas, sobre todo las que por bajo coste económico, son importadas sin los controles adecuados al respecto.
El funcionamiento básico es el siguiente:
A la entrada del filtro, XC (XC=1/(2πfC)) del condensador C1 presentará una impedancia de cortocircuito en corriente alterna muy grande a la frecuencia de red, por lo que esta circulará sin problema hacia la bobina L y a la segunda etapa de salida. C2, C3 y C4 se comportaran de igual forma. Igualmente la XL de la bobina será pequeña (XL=2πfL) y dejará pasar sin problema la frecuencia de red a través de ella.
Sin embargo, las frecuencias armónicas o parasitas son mas altas que la frecuencia de red, y esto hará que la XL de la bobina sea mas alta, oponiéndose al paso de estas, y sin embargo, XC disminuirá con lo que permitirá su paso a través de C1, expulsándola de nuevo hacia la red. Igualmente C2 intentará realizar la misma función que C1 en el caso de que alguna frecuencia armónica haya pasado por la bobina, e igualmente la misma función realizarán C3 y C4, aunque en este caso intentaran expulsarla por la toma de tierra adecuadamente conectada.
Por ello, se recomienda el uso de estos filtros EMI, con el fin de intentar al menos minimizar el efecto armónico y parásito que pueden afectarnos a nuestro transmisor. Si bien no siempre es efectivo según el nivel de ruido, es recomendable su uso.
Adicionalmente, podemos instalar a la salida de red ferritas en configuración EMC (choke de red) con el fin de intentar no dejar pasar RF desde la red y viceversa, y así intentar evitar generar ruido que puede recibirse e incluso transferirse en la instalación eléctrica.
La instalación básica y combinadas de estos elementos puede resumirse en el montaje de la imagen donde se muestran tanto el filtro de red, como los filtros EMI de distinto material de ferrita.
NOTA IMPORTANTE: En la experimentación de estos filtros, se ha podido comprobar que, el testigo de neón existente en los interruptores de las regletas de conexión, o interruptores en general con este tipo de testigo, crean un pequeño ruido, llegando a niveles S de 1 o 2. Este fenómeno ocurre porque los testigos de neón, funcionan ionizando gas, lo que genera ruido eléctrico en los ciclos de encendido y apagado de la corriente alterna, siendo esta señal más notable en equipos de HF.
¿Por qué sucede?
- Ruido eléctrico (EMI): Al encenderse y apagarse cada ciclo (100-120 veces por segundo en una red de 50/60 Hz), el neón genera armónicos que contaminan la línea eléctrica.
- Funcionamiento no lineal: Cuando el gas neón se ioniza, conduce corriente repentinamente, lo que crea picos de interferencia de radiofrecuencia (RFI).
- Efecto de antena: Los cables que alimentan el neón pueden actuar como antenas, radiando ese ruido hacia equipos sensibles cercanos, como equipos de audio, Wi-Fi o radio.
Por lo tanto, como recomendación, utilizar interruptores sin dispositivo de testigo.
Acadenas https://www.youtube.com/watch?v=J8EAuDA6k8I
http://j-rpm.com/2018/04/filtro-de-red-armonicos/
https://www.soselectronic.com/es/articles/schurter/por-que-necesito-un-filtro-para-la-linea-de-alimentacion-y-donde-debo-colocarlo-2261
https://gm3sek.com/2019/10/11/clean-up-your-shack-2019/