Utjämnande filter

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 23 april 2021; kontroller kräver 8 redigeringar .

Utjämningsfilter - en anordning för utjämning av krusningar efter likriktning av växelström.

Det enklaste utjämningsfiltret är en elektrolytisk kondensator med hög kapacitet kopplad parallellt med belastningen. Ofta installeras en filmkondensator (eller keramisk) med en liten parasitisk serieinduktans, en kapacitans av fraktioner eller enheter av mikrofarader, parallellt med en elektrolytisk kondensator för att eliminera högfrekventa och impulsbrus (elektrolytkondensatorn själv filtrerar dåligt hög- frekvensbrus på grund av stor parasitisk induktans ) [1] [2] .

Allmän information

I varje likriktarkrets vid utgången innehåller den likriktade spänningen, förutom den konstanta komponenten, en variabel som kallas spänningsrippel [3] . Spänningsrippeln är så betydande att det är relativt sällsynt att direkt driva belastningen från likriktaren (vid laddning av batterier, för att driva larmkretsar, elmotorer etc.) - där energimottagaren inte är känslig för den variabla komponenten i den likriktade Spänning. Spänningsrippel förvärras kraftigt och stör oftare till och med driften av elektroniska enheter. För att minska den variabla komponenten av den likriktade spänningen, det vill säga för att minska rippeln, installeras ett utjämningsfilter mellan likriktaren och lasten, som vanligtvis består av reaktanser (det vill säga de som inkluderar induktans och kapacitans ). Ett sådant filter fungerar som ett lågpassfilter [4] [5] och skär av högre övertoner .

Den variabla komponenten av den likriktade spänningen i det allmänna fallet är en samling av ett antal övertoner med olika amplituder, förskjutna i förhållande till den första i olika vinklar (se Fourier-serien ) . I detta fall har den första övertonen en amplitud många gånger större än amplituderna för högre övertoner. Beroende på syftet med utrustningen ställs olika krav på storleken och arten av den likriktade spänningsrippeln. Oftast, för radioutrustning, kännetecknas kvaliteten på utjämningen av värdet på den maximalt tillåtna amplituden för den variabla komponenten. I detta fall förlitar sig filtren på maximal undertryckning av den grundläggande övertonen.

Psofometrisk interferensfaktor

När man bedömer störningar som penetrerar från kraftkretsar till telefonkanaler är det nödvändigt att ta hänsyn inte bara till spänningsamplituden för en given överton , utan också en sådan parameter som frekvens . Detta förklaras av det faktum att mikrotelefonkretsar och det mänskliga örat har olika känslighet för vibrationer av olika frekvenser, även om deras amplitud är densamma. I detta avseende introduceras begreppet psofometrisk brusfaktor [6] , som beror på frekvensen och vars värde bestäms experimentellt, med hänsyn till mikrotelefonen och det mänskliga örat. $a_{k}$

Det effektiva värdet för den psofometriska rippelspänningen vid utgången av likriktaren kommer att vara: $U$

U={\sqrt {0,5[(U_{01m}\cdot a_{1})^{2}+(U_{02m}\cdot a_{2})^{2}+... +(U_{0km}\cdot a_{k})^{2}]}},

var är de psofometriska koefficienterna för motsvarande övertoner;

{\displaystyle a_{1}...,a_{k))

{\displaystyle U_{1}...,U_{k))

är amplituderna för motsvarande övertoner för den likriktade spänningen.

Utjämningsfaktor

Huvudparametern för utjämningsfilter är utjämningsfaktorn, som är förhållandet mellan ingångsrippelfaktorn och utmatningsrippelfaktorn, det vill säga vid belastningen: $(K_{{Bx}})$ $(K_{H}),$

K_{{C}}=K_{{Bx}}/K_{{Ha}}=

(U_{01m}/U_{0})/(U_{H1m}/U_{H}),

var är amplituderna för den första övertonen av spänningarna vid filtrets ingång respektive utgång;

U_{01m},\ U_{H1m}

U_{0},\ U_{H}

är de konstanta komponenterna av spänningarna vid filtrets ingång och utgång.

Typer av utjämningsfilter

Induktivt utjämningsfilter

Det induktiva filtret består av en drossel kopplad i serie med lasten. Utjämningseffekten av ett sådant filter är baserad på förekomsten av självinduktion i induktorns EMF , vilket förhindrar en förändring i den likriktade strömmen. Induktorn väljs så att den induktiva resistansen för dess lindning ( ) är större än belastningsresistansen . När detta villkor är uppfyllt faller det mesta av den variabla komponenten på induktorlindningen. På belastningsresistansen finns det huvudsakligen en konstant komponent av den likriktade spänningen och en alternerande komponent, vars värde är mycket mindre än den variabla komponenten av spänningen som faller på induktorlindningen. $X_{L}=m\omega _{c}L$ $R_{H}.$ $U_{{0}}$

Utjämningskoefficienten för ett sådant filter är lika med:

K_{C}={\frac {\sqrt {R_{H}^{2}+(m\omega _{c}L)^{2))}{R_{H))},

var är belastningsmotståndet;

R_{{H}}

L

- induktans hos induktorlindningen;

\omega_{c}

är vinkelfrekvensen ;

m

- koefficient beroende på likriktarkretsen och visar hur många gånger frekvensen för grundövertonen för den likriktade spänningen är större än frekvensen för nätströmmen.

Kapacitivt utjämningsfilter

Ett kapacitivt filter analyseras vanligtvis inte separat, utan tillsammans med en likriktare . Dess utjämningseffekt är baserad på ackumuleringen av elektrisk energi i kondensatorns elektrostatiska fält och dess urladdning i frånvaro av ström genom likriktarventilerna vid tillfällen då den momentana spänningen vid likriktarutgången är lägre än spänningen över kondensatorn, genom belastningsmotståndet . Kondensatorn har reaktans : $(R)$

X_{C}=1/(\omega \cdot C),

var är kondensatorns kapacitans .

C

Utjämningskoefficienten för ett sådant filter kommer att vara som följer:

K_{C}={\frac {K_{1}}{K_{2}}}={\frac {\left({\frac {2}{m^{2}-1}}\right )}{\left({\frac {H}{rC}}\right)))),

där är rippelfaktorn vid likriktaringången i frånvaro av en kondensator;

K_1

K_{2}

- rippelkoefficient vid utgången av likriktaren i närvaro av en kondensator.

Med en ökning ökar utjämningskoefficienten för det induktiva filtret och det kapacitiva filtret minskar. Därför är det fördelaktigt att använda ett kapacitivt filter vid likriktning av enfas [7] och ett induktivt filter vid likriktning av flerfasströmmar . $m$

Med en ökning ökar utjämningseffekten av det kapacitiva filtret, och det induktiva minskar. Därför är det fördelaktigt att använda ett kapacitivt filter vid låga belastningsströmmar och ett induktivt filter vid höga belastningsströmmar . $R_{{H}}$

LC-filter

Det L-formade induktiva kapacitiva filtret används mest. För att jämna ut krusningar med ett sådant filter är det nödvändigt att kapacitansen hos kondensatorn för den lägre frekvensen av krusningsspektrumet är mycket mindre än belastningsresistansen, och också mycket mindre än induktorns induktiva resistans för den första övertonen.

När dessa villkor är uppfyllda, och försummar induktorns aktiva motstånd, kommer utjämningskoefficienten för ett sådant L-format filter att vara lika med:

K_{c}=m^{2}\omega _{c}^{2}LC-1.

Eftersom är filtrets naturliga frekvens, alltså $1/{\sqrt {LC}}=\omega _{0}$

K_{c}=(m\omega _{c}/\omega _{0})^{2}-1.

En av huvudvillkoren för valet är att säkerställa filtrets induktiva respons. En sådan reaktion är nödvändig för ökad stabilitet hos likriktarens yttre egenskaper, såväl som i fall där germanium, kisel [8] eller gasutloppsventiler används i likriktare . $L$ $C$

För att säkerställa den induktiva impedansen är det nödvändigt att uppfylla olikheten:

L>2R_{H}/(m^{2}-1)m\omega _{c}.

Vid design av filtret är det också nödvändigt att säkerställa ett sådant förhållande mellan induktorns och kondensatorns reaktanser, vid vilken resonans inte kunde uppstå vid rippelfrekvensen för den likriktade spänningen och frekvensen av lastströmändringen.

Ett U-format filter kan representeras som ett tvåsektionsfilter bestående av ett kapacitivt filter med en kapacitans och ett L-format filter med och . $LC$ $C_{{0}}$ $L$ $C_{1}$

Utjämningskoefficienten för ett sådant filter kommer att vara lika med:

K_{{c}}=

{2rC_{{0}} \över (m^{2}-1)H}

(m^{2}\omega _{c}^{2}LC_{1}-1).

I ett U-format filter når utjämningskoefficienten sitt maximala värde när kapacitanserna är lika $C_{1}=C_{0}.$

Om det är nödvändigt att tillhandahålla en stor utjämningskoefficient, är det tillrådligt att använda ett flerlänksfilter, ett filter som består av två eller flera enkellänksfilter. Utjämningskoefficienten för ett sådant filter kommer att vara lika med:

K_{c}=

K_{c1}\cdot K_{c2}\cdot K_{c3}\cdot ...\cdot K_{cn},

det vill säga den totala utjämningskoefficienten kommer att vara lika med produkten av utjämningskoefficienterna för alla seriekopplade filter.

Om alla filterlänkar består av samma element ( och ), vilket praktiskt taget är det mest ändamålsenliga, då: ${\displaystyle C_{1}=C_{2}=\cdot =C_{n))$ ${\displaystyle L_{1}=L_{2}=\cdot =L_{n))$

{\displaystyle K_{c1}=K_{c2}=\cdot =K_{cn))

och

K_{c}=K_{zv}^{n}=(m\omega _{c})^{2n}(L_{zv}C_{zv})^{n},

var är utjämningskoefficienten för varje länk;

K_{{zv}}

C_{{zv}}

, - respektive induktansen och kapacitansen för varje länk;

L_{{zv}}

n

- antal länkar.

RC-filter

I lågeffektlikriktare används i vissa fall filter, som inkluderar aktivt motstånd och kapacitans. I ett sådant filter är spänningsfallet och energiförlusten över motståndet relativt stora , men dimensionerna och kostnaden för ett sådant filter är mindre än för ett induktivt-kapacitivt. Utjämningskoefficienten för ett sådant filter kommer att vara lika med: $R$

K_{{c}}=

mw_{{c}}CR

R_{H} \över R_{H}+R.

Filterresistansvärdet bestäms baserat på det optimala värdet av dess effektivitet. Det optimala effektivitetsvärdet ligger i intervallet från 0,6 till 0,8. $R$

Beräkningen av det U-formade aktiva kapacitiva filtret utförs på samma sätt som i fallet med det U-formade LC-filtret, genom att dela upp detta filter i kapacitiva och L-formade RC-filter.

Smoothing Reactor

En statisk elektromagnetisk anordning utformad för att använda sin induktans i en elektrisk krets för att reducera innehållet av högre övertoner (krusningar) i den likriktade strömmen. Den används vid DC-traktionsstationer , på AC elektrisk rullande materiel (elektriska lok, elektriska tåg). Utjämningsreaktorn är vanligtvis ansluten i serie med likriktaren, så hela belastningsströmmen flyter genom den.

Anteckningar

↑ Sazhnev A. M., Rogulina L. G. Elektriska omvandlingsanordningar för radioelektroniska system: lärobok. ersättning. / 3.5 Utjämnande filter. / Novosibirsk, 2011. - 220 s., UDC 621.314.2 (075.8) С147
↑ Zhdankin V. Undertryckande av elektromagnetiska störningar i ingångskretsarna till DC-spänningsomvandlare. . Hämtad 29 november 2020. Arkiverad från originalet 5 augusti 2017. (obestämd)
↑ Effekt av rippelspänning på utspänningen . Hämtad 31 maj 2012. Arkiverad från originalet 19 juli 2011. (obestämd)
↑ Sedra, Adel; Smith, Kenneth C. Microelectronic Circuits, 3 ed (obestämd) . — Saunders College Publishing, 1991. - S. 60 . — ISBN 0-03-051648-X .
↑ Att bemästra Windows: Förbättra återuppbyggnaden . Hämtad 30 maj 2012. Arkiverad från originalet 22 september 2017. (obestämd)
↑ Psofometrisk brusfaktor . Hämtad 31 maj 2012. Arkiverad från originalet 3 april 2018. (obestämd)
↑ Växel enfasström . Datum för åtkomst: 31 maj 2012. Arkiverad från originalet den 7 juni 2012. (obestämd)
↑ Germanium och kiseldioder

Litteratur

Kitaev V. E., Bokunyaev A. A., Kolkanov M. F. Strömförsörjning av kommunikationsenheter. - M . : "Kommunikation" , 1975. - S. 328.

Bushuev V. M., Deminsky V. A., Zakharov L. F. Strömförsörjning av enheter och telekommunikationssystem. - M . : "Kommunikation" , 2009. - S. 383.

Raymond Mack. Byta strömförsörjning . - M . : Förlag "Dodeka XXI", 2008. - S. 272 .

Mitrofanov A. V., Shchegolev A. I. Pulskällor för sekundär strömförsörjning i hushållsradioutrustning. - M . : Radio och kommunikation , 1985. - S. 37.

Veresov GP Strömförsörjning av radio-elektronisk hushållsutrustning . - M . : Radio och kommunikation, 1983. - 128 sid. — 60 000 exemplar. Arkiverad 27 juli 2009 på Wayback Machine

Kostikov V. G., Parfyonov E. M., Shakhnov V. A. Strömförsörjningskällor för elektroniska enheter. Kretslopp och design: Lärobok för gymnasieskolor. - 2. - M . : Hotline - Telecom, 2001. - 344 sid. - 3000 exemplar. — ISBN 5-93517-052-3 .

Se även

Länkar

Användbara artiklar

Onlineberäkning av RC-filter (LPF och HPF)
"Transistor utjämningsfilter" (ryska)
"Lriktare" (ryska)
"Utjämnande filter" (ryska)
"Multi-link filter" (ryska)
"L-formade filter" (ryska)
"LC-filter "
"RC-filter "
"Ventil" (ryska)
"Induktans" (ryska)
"Kondensor" (ryska)
"linjärt filter "
"RL-filter "
"RLC-filter "
"Polyfasströmmar" (ryska)
Effektivitet - artikel från Great Soviet Encyclopedia . (ryska)
impedans _
Huvudegenskaper och parametrar för filter (ryska)
Lågpassfilter _
Lågpassfilter (ryska)

Video

"Transistor utjämningsfilter", CHIP AND DIP (ryska)

Anteckningar

Alla utjämningsfilter appliceras beroende på belastningseffekten