Strömfilter

Olika elektroniska enheter kräver spänningskällor för att driva DC-enheterna. Utspänning likriktare har ett pulserande utseende. I den kan du välja medel- eller DC-komponenten för spänningen och den variabla komponenten som kallas rippelspänning eller rippel av utspänningen.

Således bestämmer krusningen avvikelsen av det momentana värdet på utspänningen från medelvärdet och kan vara både positiv och negativ. Spänning kännetecknas av två faktorer: vågornas frekvens och amplitud. I likriktare är rippelfrekvensen antingen densamma som frekvensen för inspänningen (i en halvvågslikriktare) eller dubbelt så hög (i en helvågslikriktare).

I en halvvågslikriktare används endast en halvvåg av ingångsspänningen för att erhålla utspänningen, och utspänningen är i form av enkelriktade halvvågor, som följer ingångsspänningens frekvens.

I helvågslikriktare (både nollpunkt och brygga) bildas utspänningens halvvågor av varje halvvåg av inspänningen. Därför är vågfrekvensen här dubbelt så hög som så nätverksfrekvens… Om strömfrekvensen i nätverket är 50 Hz, kommer frekvensen på vågorna i halvvågslikriktaren att vara densamma, och i helvågslikriktaren är den 100 Hz.

Amplituden för likriktarens utgångsspänningsrippel måste vara känd i ordning. för att bestämma effektiviteten hos de filter som är installerade vid utgången av likriktarna som avger mellanspänningskomponenten. Denna amplitud kännetecknas vanligtvis av rippelfaktorn (Erms), som definieras som förhållandet mellan det effektiva värdet av den variabla komponenten av utspänningen och dess medelvärde (Edc):

r = Erms /Edc

Ju lägre krusningsfaktor, desto högre effektivitet har filtret. Rippelfaktorn uttryckt i procent används också ofta i praktiken:

(Erms /Edc)x100%.

Lågpassfilter används ofta i nätaggregat. Dessa filter passerar från ingången till utgången, nästan utan dämpning eller dämpning, signaler vars frekvenser ligger under filtrets gränsfrekvens, och alla högre frekvenser överförs praktiskt taget inte till filtrets utgång.

Filter är körbara motstånd, induktorer och kondensatorer… Användningen av filter i strömförsörjningen syftar till att jämna ut likriktarens utspänningsrippel och isolera DC-komponenten i spänningen.

Filter som används i strömförsörjningsenheter är indelade i två huvudtyper:

• filter med kapacitiv ingång,

• induktiva ingångsfilter.

Olika kombinationer av införandet av filterelement används, som har olika namn (U-format filter, L-format filter, etc.). Huvudfiltertypen bestäms av filterelementet installerat direkt vid utgången av likriktaren.

I fig. 1a och 1b visar huvudtyperna av filter. I den första av dessa är filterkondensatorn ansluten till utgången på likriktaren och shuntar lasten. Genom filterkondensatorn är huvuddelen av AC-komponenten i likriktaren stängd. I den andra är en filterdrossel kopplad till likriktarens utgång, som bildar en seriekrets med lasten och förhindrar eventuella förändringar i strömmen i denna seriekrets.

Ris. 1

Ett kapacitivt ingångsfilter ger en högre utspänningsnivå än ett induktivt ingångsfilter, och ett induktivt ingångsfilter reducerar bättre spänningsrippel. Det är därför tillrådligt att använda ett kapacitivt ingångsfilter när en högre matningsspänning krävs, och ett induktivt ingångsfilter när en bättre DC-utgångskvalitet krävs.

Kapacitivt ingångsfilter

Innan man överväger driften av komplexa filter är det nödvändigt att förstå hur det enklaste kapacitiva filtret som visas i fig. 2a. Utspänning från likriktaren utan filter på displayen i fig. 2b, och i närvaro av ett filter - i fig. 2b. 2c. I frånvaro av en filterkondensator har spänningen i Rl en pulserande karaktär. Medelvärdet för denna spänning är likriktarens utspänning.

Ris. 2

I närvaro av en filterkondensator stängs huvuddelen av växelströmskomponenten av strömmen genom kondensatorn, förbi belastningen Rl... Med uppkomsten av den första halvvågen av utspänningen filterkondensatorn börjar laddas positiv till fallet kommer spänningen på den att ändras i enlighet med utgångsspänningen från likriktaren och i slutet av halva halvcykeln kommer den att nå sitt maximala värde.

Dessutom sjunker transformatorns sekundära spänning och kondensatorn börjar ladda ur genom R1, vilket håller den positiva spänningen och strömmen i lasten på en högre nivå än den skulle vara utan filtret.

Innan kondensatorn kan laddas ur helt, inträffar en andra positiv spänningshalvvåg, som återigen laddar kondensatorn till dess maximala värde. Så snart sekundärlindningsspänningen börjar minska, kommer kondensatorn åter att börja laddas ur till lasten. I framtiden växlar kondensatorns laddnings- och urladdningscykler i varje halvcykel,

Laddningsströmmen för kondensatorn flyter genom transformatorns sekundärlindning och paret likriktardioder som motsvarar denna halvcykel, och kondensatorns urladdningsström stängs genom belastningen Rl... Kondensatorns reaktans vid nätverksfrekvensen är liten jämfört med Rl. Därför flyter den variabla komponenten av strömmen huvudsakligen genom filterkondensatorn och flyter praktiskt taget genom Rl D.C..

Induktivt ingångsfilter

Överväg ett induktivt ingångsfilter eller ett L-format LC-filter. Dess inkludering i likriktaren och utspänningsvågformen visas i figur 3.

Ris. 3

Seriell anslutning filterchoke (L) med belastning förhindrar strömförändringar i kretsen. Utspänningen här är mindre än vid ett kapacitivt ingångsfilter eftersom drosseln bildar en seriekoppling med en impedans som bildas av parallellkopplingen av lasten och filterkondensatorn. En sådan anslutning leder till en bra utjämning av spänningsvågen som verkar vid filtrets ingång, vilket förbättrar kvaliteten på den konstanta utspänningen, även om den minskar dess värde.

AC-komponenten i likriktarens utspänning är nästan helt isolerad från drosselinduktansen, och den mittersta komponenten är matningsutgångsspänningen. Närvaron av en drossel leder till det faktum att varaktigheten av likriktardiodernas ledande tillstånd här, till skillnad från likriktaren med ett kapacitivt filter, är lika med halva perioden.

Chokereaktansen (L) minskar värdet på rippelspänningen eftersom den förhindrar att chokeströmmen ökar när likriktarens utspänning är större än belastningsspänningen, och förhindrar också att strömmen minskar om utgångsspänningen på likriktaren är lägre Därför är strömmen i belastningen under driftperioden praktiskt taget konstant, och vågspänningen beror inte på belastningsströmmen.

Flersektions induktivt-kapacitivt filter

Utspänningens filtreringskvalitet kan förbättras genom att seriekoppla flera filter. I fig. 4 visar ett tvåstegs LC-filter och visar grovt spänningsvågformerna vid olika punkter på filtret i förhållande till en gemensam punkt.

Ris. 4

Även om två seriekopplade LC-filter visas här, kan antalet anslutningar utökas. Att öka antalet anslutningar leder till en minskning av rippel (och filter med många anslutningar används just när det är nödvändigt att erhålla ett minimum rippel i utspänningen), men detta minskar stabiliteten hos stabilisatorer med sådana filter. Dessutom leder en ökning av antalet anslutningar till en ökning av motståndet kopplat i serie med strömförsörjningen, vilket leder till en ökning av förändringarna i utspänningen med en förändring av belastningsströmmen.

U-format filter

I fig. 5 visar ett U-format filter, så kallat eftersom dess grafiska representation liknar bokstaven P. Det är en kombination av kapacitiva och L-formade LC-filter.

Ris. 5

Ett motstånd R, som är anslutet till filtrets utgång, finns nästan alltid i strömförsörjning och är valfritt belastningsmotstånd… Dess syfte är tvåfaldigt.

För det första ger den en urladdningsväg för kondensatorerna när nätspänningen bryts och förhindrar därmed risken för elektriska stötar för servicepersonal.

För det andra ger den en extra belastning på strömförsörjningen även när den externa belastningen är avstängd och stabiliserar därmed utspänningsnivån. Detta motstånd kan också användas som ett element resistiv spänningsdelare för ytterligare utgångar.

Det U-formade filtret är ett filter med en kondensatoringång kompletterad med en L-formad anslutning.Huvudfiltreringsåtgärden utförs av kondensatorn C1, som laddas genom de ledande dioderna och laddas ur genom L och R... Liksom med ett konventionellt filter med en kapacitiv ingång är kondensatorns laddningstid betydligt kortare än urladdningstiden .

Choke L jämnar ut krusningarna av strömmen som flyter genom kondensatorn C2, vilket ger ytterligare filtrering. Spänningen över kondensatorn C2 är utspänningen. Även om dess värde är något mindre än vid matning med ett konventionellt kapacitivt filter, reduceras rippeln av utspänningen avsevärt.

Även om vi antar att kondensatorn C1 laddas genom likriktarens ledande dioder till värdet av amplituden för den ingående växelspänningen och sedan laddas ur genom R, kommer spänningen på kondensatorn C2 att vara mindre än den för C1, eftersom drossel L, som förhindrar alla förändringar i belastningsströmmen, står i kondensatorns C1 urladdningskrets och bildar tillsammans med C2 och R en spänningsdelare.

Laddningsströmmen för kondensatorerna C1 och C2 passerar genom transformatorns sekundärlindning och likriktarens ledande dioder. När C2 laddas flyter också denna ström genom drosseln L... Kondensator C1 laddas ur genom seriekopplade L och R, och C2 laddas ur endast genom motstånd R. Urladdningshastigheten för ingångskondensatorn C1 beror på värdet på motståndet R.

Urladdningstidskonstanten för kondensatorerna är direkt proportionell mot R-värdet... Om det är högt laddas kondensatorerna ur lite och utspänningen är hög.Vid lägre värden på R ökar urladdningshastigheten och utspänningen kommer att minska, eftersom en minskning av R innebär att urladdningsströmmen för kondensatorn ökar. Således, ju lägre kondensatorurladdningstidskonstanten är, desto lägre är medelvärdet för utspänningen.

U-format C-RC-filter

Till skillnad från det nyss diskuterade filtret i det U-formade C-RB C-filtret är ett motstånd R kopplat mellan de två kondensatorerna istället för en drossel.1 som visas i fig. 6.

Huvudskillnaderna och filterprestanda bestäms av olika chokerespons och AC-resistans. I det tidigare fallet är reaktanserna hos induktorn L och kondensatorn C2 sådana att spänningsdelaren som bildas av dem ger en relativt bättre utjämning av utspänningen.

I fig. 6, både DC- och AC-strömkomponenterna för den likriktade strömmen genom R1. På grund av spänningsfallet över R1 från DC-komponenten minskar utspänningen och ju större strömmen är, desto större är detta spänningsfall. Därför kan C-RC-filtret endast användas med låga belastningsströmmar. Liksom i fallet med induktiv-kapacitiva filter är det möjligt att använda en flernivåanslutning av filterkretsar.

Ris. 6

Att välja filter är i alla fall inte ett lätt problem, men i alla fall måste du förstå deras syfte och funktionsprinciper på grund av det faktum att de till stor del bestämmer den korrekta driften av nätaggregat.