Udjævnende filter

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 23. april 2021; checks kræver 8 redigeringer .

Udjævningsfilter - en enhed til udjævning af krusninger efter ensretning af vekselstrøm.

Det enkleste udjævningsfilter er en elektrolytisk kondensator med høj kapacitet forbundet parallelt med belastningen. Ofte installeres en film- (eller keramisk) kondensator med en lille parasitisk serieinduktans, en kapacitans af fraktioner eller enheder af mikrofarader, parallelt med en elektrolytisk kondensator for at eliminere højfrekvent støj og impulsstøj (den elektrolytiske kondensator selv filtrerer dårligt høj- frekvensstøj på grund af stor parasitisk induktans ) [1] [2] .

Generel information

I ethvert ensretterkredsløb ved udgangen indeholder den ensrettede spænding, ud over den konstante komponent, en variabel kaldet spændingsrippel [3] . Spændingsrippelen er så markant, at det er relativt sjældent at direkte strømforsyne belastningen fra ensretteren (ved opladning af batterier, til at forsyne alarmkredsløb, elmotorer osv.) - hvor energimodtageren ikke er følsom over for den variable komponent i den ensrettede. spænding. Spændingsrippel forværres kraftigt og forstyrrer oftere endda driften af elektroniske enheder. For at reducere den variable komponent af den ensrettede spænding, det vil sige for at reducere krusningen, installeres et udjævningsfilter mellem ensretteren og belastningen, som normalt består af reaktanser (det vil sige dem, der inkluderer induktans og kapacitans ). Et sådant filter fungerer som et lavpasfilter [4] [5] , der afskærer højere harmoniske .

Den variable komponent af den ensrettede spænding er i det generelle tilfælde en samling af en række harmoniske med forskellige amplituder, forskudt i forhold til den første i forskellige vinkler (se Fourier-serien ) . I dette tilfælde har den første harmoniske en amplitude mange gange større end amplituderne af højere harmoniske. Afhængigt af udstyrets formål stilles der forskellige krav til størrelsen og arten af den ensrettede spændingsrippel. Oftest, for radioudstyr, er kvaliteten af udjævning kendetegnet ved værdien af den maksimalt tilladte amplitude af den variable komponent. I dette tilfælde er filtrene afhængige af den maksimale undertrykkelse af den grundlæggende harmoniske.

Psophometrisk interferensfaktor

Ved vurdering af interferens, der trænger ind fra strømkredsløb til telefonkanaler, er det nødvendigt at tage hensyn til ikke kun spændingsamplituden af en given harmonisk , men også en sådan parameter som frekvens . Dette forklares ved, at mikrotelefonkredsløb og det menneskelige øre har forskellig følsomhed over for vibrationer af forskellige frekvenser, selvom deres amplitude er den samme. I denne henseende introduceres begrebet psophometrisk støjfaktor [6] , som afhænger af frekvensen, og hvis værdi bestemmes eksperimentelt under hensyntagen til mikrotelefonen og det menneskelige øre. $a_{k}$

Den effektive værdi af den psophometriske rippelspænding ved udgangen af ensretteren vil være: $U$

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

hvor er de psophometriske koefficienter for de tilsvarende harmoniske;

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

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

er amplituderne af de tilsvarende harmoniske af den ensrettede spænding.

Udjævningsfaktor

Hovedparameteren for udjævningsfiltre er udjævningsfaktoren, som er forholdet mellem input -ripple-faktoren og output-ripple-faktoren, det vil sige ved belastningen: $(K_{{Bx}})$ $(K_{H}),$

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

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

hvor er amplituderne af den første harmoniske af spændingerne ved henholdsvis filterets indgang og udgang;

U_{01m},\ U_{H1m}

U_{0},\ U_{H}

er de konstante komponenter af spændingerne ved filterets indgang og udgang.

Typer af udjævningsfiltre

Induktivt udjævningsfilter

Det induktive filter består af en drossel forbundet i serie med belastningen. Udjævningseffekten af et sådant filter er baseret på forekomsten af selvinduktion i induktorens EMF , hvilket forhindrer en ændring i den ensrettede strøm. Induktoren vælges således, at den induktive modstand af dens vikling ( ) er større end belastningsmodstanden Når denne betingelse er opfyldt , falder det meste af den variable komponent på induktorviklingen. På belastningsmodstanden er der hovedsageligt en konstant komponent af den ensrettede spænding og en vekslende komponent, hvis værdi er meget mindre end den variable komponent af spændingen, der falder på induktorviklingen. $X_{L}=m\omega _{c}L$ $R_{H}.$ $U_{{0}}$

Udjævningskoefficienten for et sådant filter er lig med:

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

hvor er belastningsmodstanden;

R_{{H}}

L

- induktans af induktorviklingen;

\omega_{c}

er vinkelfrekvensen ;

m

- koefficient afhængig af ensretterkredsløbet og viser, hvor mange gange frekvensen af den ensrettede spændings grundharmoniske er større end frekvensen af netstrømmen.

Kapacitivt udjævningsfilter

Et kapacitivt filter analyseres normalt ikke separat, men sammen med en ensretter . Dens udjævningseffekt er baseret på akkumulering af elektrisk energi i kondensatorens elektrostatiske felt og dens afladning i fravær af strøm gennem ensretterventilerne på tidspunkter, hvor den øjeblikkelige spænding ved ensretterudgangen er lavere end spændingen over kondensatoren, gennem belastningsmodstanden . Kondensatoren har reaktans : $(R)$

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

hvor er kondensatorens kapacitans .

C

Udjævningskoefficienten for et sådant filter vil være som følger:

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

hvor er rippelfaktoren ved ensretterindgangen i fravær af en kondensator;

K_1

K_{2}

- krusningskoefficient ved udgangen af ensretteren i nærvær af en kondensator.

Med en stigning øges udjævningskoefficienten for det induktive filter, og det kapacitive falder. Derfor er det fordelagtigt at anvende et kapacitivt filter ved ensretter enfaset [7] og et induktivt filter ved ensretter flerfasestrømme . $m$

Med en stigning øges udjævningseffekten af det kapacitive filter, og det induktive falder. Derfor er det fordelagtigt at bruge et kapacitivt filter ved lave belastningsstrømme og et induktivt filter ved høje belastningsstrømme . $R_{{H}}$

LC-filter

Det L-formede induktiv-kapacitive filter er mest udbredt. For at udjævne krusninger med et sådant filter er det nødvendigt, at kapacitansen af kondensatoren for den lavere frekvens af krusningsspektret er meget mindre end belastningsmodstanden og også meget mindre end induktorens induktive modstand for den første harmoniske.

Når disse betingelser er opfyldt, under hensyntagen til induktorens aktive modstand, vil udjævningskoefficienten for et sådant L-formet filter være lig med:

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

Da er filterets naturlige frekvens, altså $1/{\sqrt {LC}}=\omega _{0}$

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

En af hovedbetingelserne for valget er at sikre filterets induktive respons. En sådan reaktion er nødvendig for større stabilitet af ensretterens ydre egenskaber, såvel som i tilfælde, hvor germanium, silicium [8] eller gasudledningsventiler anvendes i ensrettere . $L$ $C$

For at sikre den induktive impedans er det nødvendigt at opfylde uligheden:

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

Ved design af filteret er det også nødvendigt at sikre et sådant forhold mellem induktorens og kondensatorens reaktanser, hvor resonans ikke kunne forekomme ved rippelfrekvensen af den ensrettede spænding og frekvensen af belastningsstrømmens ændring.

Et U-formet filter kan repræsenteres som et to-sektionsfilter bestående af et kapacitivt filter med en kapacitans og et L-formet filter med og . $LC$ $C_{{0}}$ $L$ $C_{1}$

Udjævningskoefficienten for et sådant filter vil være lig med:

K_{{c}}=

{2rC_{{0}} \over (m^{2}-1)H}

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

I et U-formet filter når udjævningskoefficienten sin maksimale værdi, når kapacitanserne er ens $C_{1}=C_{0}.$

Hvis det er nødvendigt at tilvejebringe en stor udjævningskoefficient, er det tilrådeligt at bruge et multilink-filter, et filter sammensat af to eller flere single-link-filtre. Udjævningskoefficienten for et sådant filter vil være lig med:

K_{c}=

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

det vil sige, at den samlede udjævningskoefficient vil være lig med produktet af udjævningskoefficienterne for alle serieforbundne filtre.

Hvis alle filterlinks består af de samme elementer ( og ), hvilket praktisk talt er det mest hensigtsmæssige, så: ${\displaystyle C_{1}=C_{2}=\cdot =C_{n))$ ${\displaystyle L_{1}=L_{2}=\cdot =L_{n))$

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

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

hvor er udjævningskoefficienten for hvert led;

K_{{zv}}

C_{{zv}}

, - henholdsvis induktansen og kapacitansen af hvert led;

L_{{zv}}

n

- antal links.

RC-filter

I laveffektensrettere bruges i nogle tilfælde filtre, som inkluderer aktiv modstand og kapacitans. I et sådant filter er spændingsfaldet og energitabet over modstanden relativt stort , men dimensionerne og omkostningerne ved et sådant filter er mindre end dem for et induktivt-kapacitivt. Udjævningskoefficienten for et sådant filter vil være lig med: $R$

K_{{c}}=

mw_{{c}}CR

R_{H} \over R_{H}+R.

Filtermodstandsværdien bestemmes ud fra den optimale værdi af dets effektivitet. Den optimale effektivitetsværdi ligger i området fra 0,6 til 0,8. $R$

Beregningen af det U-formede aktivt-kapacitive filter udføres på samme måde som ved det U-formede LC-filter, ved at opdele dette filter i kapacitive og L-formede RC-filtre.

Udjævningsreaktor

En statisk elektromagnetisk enhed designet til at bruge sin induktans i et elektrisk kredsløb for at reducere indholdet af højere harmoniske (ripples) i den ensrettede strøm. Det bruges på DC-traktionsstationer , på AC elektrisk rullende materiel (elektriske lokomotiver, elektriske tog). Udjævningsreaktoren er normalt forbundet i serie med ensretteren, så hele belastningsstrømmen løber igennem den.

Noter

↑ Sazhnev A. M., Rogulina L. G. Elektriske konverteringsanordninger til radio-elektroniske systemer: lærebog. godtgørelse. / 3,5 Udjævningsfiltre. / Novosibirsk, 2011. - 220 s., UDC 621.314.2 (075.8) С147
↑ Zhdankin V. Undertrykkelse af elektromagnetisk interferens i indgangskredsløbene på DC-spændingsomformere. . Hentet 29. november 2020. Arkiveret fra originalen 5. august 2017. (ubestemt)
↑ Effekt af rippelspænding på udgangsspænding . Hentet 31. maj 2012. Arkiveret fra originalen 19. juli 2011. (ubestemt)
↑ Sedra, Adel; Smith, Kenneth C. Microelectronic Circuits, 3 ed (ubestemt) . — Saunders College Publishing, 1991. - S. 60 . — ISBN 0-03-051648-X .
↑ Mestring af Windows: Forbedring af genopbygning . Hentet 30. maj 2012. Arkiveret fra originalen 22. september 2017. (ubestemt)
↑ Psophometrisk støjfaktor . Hentet 31. maj 2012. Arkiveret fra originalen 3. april 2018. (ubestemt)
↑ Enfaset vekselstrøm . Dato for adgang: 31. maj 2012. Arkiveret fra originalen den 7. juni 2012. (ubestemt)
↑ Germanium- og siliciumdioder

Litteratur

Kitaev V. E., Bokunyaev A. A., Kolkanov M. F. Strømforsyning til kommunikationsenheder. - M . : "Kommunikation" , 1975. - S. 328.

Bushuev V. M., Deminsky V. A., Zakharov L. F. Strømforsyning til enheder og telekommunikationssystemer. - M . : "Kommunikation" , 2009. - S. 383.

Raymond Mack. Skift af strømforsyninger . - M . : Forlaget "Dodeka XXI", 2008. - S. 272 .

Mitrofanov A. V., Shchegolev A. I. Pulskilder til sekundær strømforsyning i husholdningsradioudstyr. - M . : Radio og kommunikation , 1985. - S. 37.

Veresov GP Strømforsyning af radio-elektronisk husholdningsudstyr . - M . : Radio og kommunikation, 1983. - 128 s. — 60.000 eksemplarer. Arkiveret 27. juli 2009 på Wayback Machine

Kostikov V. G., Parfyonov E. M., Shakhnov V. A. Strømforsyningskilder til elektroniske enheder. Kredsløb og design: Lærebog for gymnasier. - 2. - M . : Hotline - Telecom, 2001. - 344 s. - 3000 eksemplarer. — ISBN 5-93517-052-3 .

Se også

Noter

Alle udjævningsfiltre påføres afhængigt af belastningseffekten

Udjævnende filter

Generel information

Psophometrisk interferensfaktor

Udjævningsfaktor

Typer af udjævningsfiltre

Induktivt udjævningsfilter

Kapacitivt udjævningsfilter

LC-filter

RC-filter

Udjævningsreaktor

Noter

Litteratur

Se også

Links

Noter