Ako znížiť usmernené zvlnenie napätia

Napätie prijímané usmerňovačmi nie je konštantné, ale pulzujúce. Pozostáva z konštantných a variabilných zložiek. Čím väčšia je premenná zložka vzhľadom na konštantu, tým väčšie je rušenie a tým horšia je kvalita usmerneného napätia.

Variabilná zložka je tvorená harmonickými. Harmonické frekvencie sú definované rovnosťou

f (n) = kmf,

kde k je harmonické číslo, k = 1, 2, 3,…, m je počet impulzov usmerneného napätia, f je frekvencia sieťového napätia.

Hodnotí sa kvalita koeficientu zvlnenia usmerneného napätia p, ktorý závisí od priemernej hodnoty usmerneného napätia a amplitúdy základnej harmonickej v záťaži.

Poradie harmonických zložiek n = km obsiahnutých v usmernenej napäťovej krivke závisí len od počtu impulzov a nezávisí od mer. usmerňovacie obvody... Harmonické najnižšie čísla majú najvyššiu amplitúdu.

Efektívna hodnota napätia harmonickej zložky rádovo n závisí od priemernej hodnoty usmerneného napätia Ud ideálneho neregulovaného usmerňovača:

V skutočných obvodoch sa prechod prúdu z jednej diódy na druhú uskutočňuje v určitom konečnom časovom období, meranom v zlomkoch obdobie striedavého napätia a nazývaný uhol spínania... Prítomnosť uhlov spínania značne zvyšuje amplitúdu harmonických. V dôsledku toho vo vás rastie vzrušenie z usmernených vĺn.

Striedavá zložka usmerneného napätia, pozostávajúca z nízkofrekvenčných a vysokofrekvenčných harmonických, vytvára v záťaži striedavý prúd, ktorý ruší ostatné elektronické zariadenia.

Na zníženie zvlnenia usmerneného napätia medzi výstupnými svorkami usmerňovača a záťažou patrí vyhladzovací filter, ktorý výrazne znižuje zvlnenie usmerneného napätia potlačením harmonických.

Hlavnými prvkami vyhladzovacích filtrov sú induktory (škrtiace klapky) a kondenzátorya pri nízkych výkonoch a tranzistoroch.

Činnosť pasívnych filtrov (bez tranzistorov a iných zosilňovačov) je založená na frekvenčnej závislosti hodnoty odporu reaktívnych prvkov (induktora a kondenzátora). Odpor induktora Xl a kondenzátora X° C: Xl = 2πfL, X° C = 1 / 2πfC,

kde f je frekvencia prúdu pretekajúceho jalovým prvkom, L je indukčnosť tlmivky, C je kapacita kondenzátora.

Zo vzorcov pre odpor reaktívnych prvkov vyplýva, že so zvýšením frekvencie prúdu sa odpor cievky indukčnosť (tlmivka) zvyšuje a kondenzátor klesá. Pre jednosmerný prúd je odpor kondenzátora nekonečný a induktor je nulový.

Táto vlastnosť umožňuje induktoru voľne prechádzať jednosmernou zložkou usmerneného prúdu a harmonických oneskorení.Taktiež čím vyššie je harmonické číslo (čím vyššia je jeho frekvencia), tým účinnejšie spomaľuje. Naopak, kondenzátor úplne blokuje jednosmernú zložku prúdu a prepúšťa harmonické.

Hlavným parametrom charakterizujúcim účinnosť filtra je koeficient vyhladzovania (filtrovania).

q = p1 / p2,

kde p1 je faktor zvlnenia výstupu usmerňovača v obvode bez filtra, p2 je faktor zvlnenia výstupu filtra.

V praxi sa používajú pasívne filtre v tvare L, U a rezonančné filtre. Najpoužívanejšie sú tvary L a U, ktorých schémy sú znázornené na obrázku 1

Obrázok 1. Schémy pasívne vyhladzujúcich filtrov v tvare L (a) a U (b) na zníženie usmerneného zvlnenia napätia

Východiskové údaje pre výpočet indukčnosti filtračnej tlmivky L a kapacity filtračného kondenzátora C sú faktor zvlnenia usmerňovača, variantu zapojenia a požadovaný faktor zvlnenia výstupu filtra.

Výpočet parametrov filtra začína určením koeficientu vyhladzovania. Potom musíte náhodne vybrať filtračný obvod a kapacitu kondenzátora v ňom. Kapacita filtračného kondenzátora sa volí z kapacitného rozsahu uvedeného nižšie.

V praxi sa používajú kondenzátory s nasledujúcimi kapacitami: 50, 100, 200, 500, 1000, 2000, 4000 uF. Odporúča sa použiť menšie hodnoty kapacity tejto série pri vysokých prevádzkových napätiach a veľké kapacity pri nízkych napätiach.

Indukčnosť tlmivky vo filtračnom obvode tvaru L sa dá určiť z približného vyjadrenia

pre schému v tvare U —

Vo vzorcoch je kapacita nahradená v mikrofaradoch a výsledok sa získa v henry.

Filtrovanie zvlnenia usmerneného napätia