Teljesítményszűrők

Különféle elektronikus eszközöknek feszültségforrásra van szükségük az egyenáramú eszközök táplálásához. Kimeneti feszültség egyenirányítók lüktető megjelenésű. Ebben kiválasztható a feszültség átlagos vagy egyenáramú összetevője és a változó komponens, amelyet hullámfeszültségnek vagy a kimeneti feszültség hullámzásának neveznek.

Így a hullámosság határozza meg a kimeneti feszültség pillanatnyi értékének eltérését az átlagtól, és lehet pozitív és negatív is. A feszültséget két tényező jellemzi: a hullámok frekvenciája és amplitúdója. Az egyenirányítókban a hullámosság frekvenciája megegyezik a bemeneti feszültség frekvenciájával (félhullámú egyenirányítóban), vagy kétszer olyan magas (teljes hullámú egyenirányítóban).

A félhullámú egyenirányítóban a bemeneti feszültségnek csak egy félhullámát használjuk fel a kimeneti feszültség előállítására, a kimeneti feszültség pedig egyirányú félhullámok formájában, követve a bemeneti feszültség frekvenciáját.

A teljes hullámú egyenirányítókban (nullapont és híd is) a kimeneti feszültség félhullámait a bemeneti feszültség minden félhulláma alkotja. Ezért a hullámfrekvencia itt kétszer akkora hálózati frekvencia… Ha a hálózatban az áram frekvenciája 50 Hz, akkor a félhullámú egyenirányítóban a hullámok frekvenciája azonos, a teljes hullámú egyenirányítóban pedig 100 Hz.

Az egyenirányító kimeneti feszültség hullámzásának amplitúdóját sorrendben kell ismerni. a középfeszültségű komponenst kibocsátó egyenirányítók kimenetére szerelt szűrők hatásfokának meghatározására. Ezt az amplitúdót általában a hullámossági tényezővel (Erms) jellemezzük, amelyet a kimeneti feszültség változó komponense effektív értékének az átlagos értékéhez (Edc) viszonyított arányaként határoznak meg:

r = Erms /Edc

Minél alacsonyabb a hullámossági tényező, annál nagyobb a szűrő hatásfoka. A százalékban kifejezett hullámzási tényezőt is gyakran használják a gyakorlatban:

(Erms /Edc)x100%.

Az aluláteresztő szűrőket általában tápegységekben használják. Ezek a szűrők a bemenetről a kimenetre, szinte csillapítás vagy csillapítás nélkül továbbítják azokat a jeleket, amelyek frekvenciája a szűrő vágási frekvenciája alatt van, és minden magasabb frekvenciát gyakorlatilag nem továbbítanak a szűrő kimenetére.

A szűrők végrehajthatók ellenállások, induktorok és kondenzátorok… A tápegységekben található szűrők célja az egyenirányító kimeneti feszültség hullámzásának kiegyenlítése és a feszültség egyenáramú összetevőjének leválasztása.

A tápegységekben használt szűrők két fő típusra oszthatók:

• szűrők kapacitív bemenettel,

• induktív bemeneti szűrők.

A szűrőelemek beépítésének különböző kombinációit alkalmazzák, amelyek eltérő elnevezéssel rendelkeznek (U-alakú szűrő, L-alakú szűrő stb.). A fő szűrő típusát a közvetlenül az egyenirányító kimenetére szerelt szűrőelem határozza meg.

ábrán. Az 1a. és 1b. ábra a szűrők fő típusait mutatja. Ezek közül az elsőben a szűrőkondenzátor az egyenirányító kimenetére csatlakozik és söntöli a terhelést. A szűrőkondenzátoron keresztül az egyenirányító váltakozó áramú alkatrészének fő része le van zárva. A másodikban az egyenirányító kimenetére egy szűrőfojtó van csatlakoztatva, amely soros áramkört képez a terheléssel, és megakadályozza, hogy ebben a soros áramkörben az áramerősség megváltozzon.

Rizs. 1

A kapacitív bemeneti szűrő magasabb kimeneti feszültséget biztosít, mint az induktív bemeneti szűrő, az induktív bemeneti szűrő pedig jobban csökkenti a feszültség hullámzását. Ezért célszerű kapacitív bemeneti szűrőt használni, ha nagyobb tápfeszültségre van szükség, és induktív bemeneti szűrőt, ha jobb egyenáramú kimeneti minőségre van szükség.

Kapacitív bemeneti szűrő

Mielőtt megvizsgálnánk a komplex szűrők működését, meg kell értenünk az ábrán látható legegyszerűbb kapacitív szűrő működését. 2a. A szűrő nélküli egyenirányító kimeneti feszültsége a kijelzőn az ábrán. 2b. ábra, és szűrő jelenlétében - a 2. 2c. Szűrőkondenzátor hiányában az Rl-ben lévő feszültség pulzáló jellegű. Ennek a feszültségnek az átlagos értéke az egyenirányító kimeneti feszültsége.

Rizs. 2

Szűrőkondenzátor jelenlétében az áram váltóáram-komponensének fő része a kondenzátoron keresztül záródik, megkerülve az Rl terhelést... A kimeneti feszültség első félhullámának megjelenésével a szűrőkondenzátor töltődni kezd pozitív, a rajta lévő feszültség az egyenirányító kimeneti feszültségének megfelelően változik, és a félciklus felének végén eléri a maximális értékét.

Ezenkívül a transzformátor szekunder feszültsége csökken, és a kondenzátor kisülni kezd az R1-en keresztül, így a terhelésben a pozitív feszültség és áram magasabb szinten marad, mint a szűrő nélkül.

Mielőtt a kondenzátor teljesen kisüthetne, egy második pozitív feszültség félhullám lép fel, ami ismét a maximális értékre tölti fel a kondenzátort. Amint a szekunder tekercs feszültsége csökkenni kezd, a kondenzátor ismét kisütni kezd a terhelésre. A jövőben a kondenzátor töltési és kisütési ciklusai minden félciklusban váltakoznak,

A kondenzátor töltőárama a transzformátor szekunder tekercsén és ennek a félciklusnak megfelelő egyenirányító diódapáron folyik át, a kondenzátor kisülési árama pedig az Rl terhelésen keresztül záródik... A kondenzátor reaktanciája a a hálózati frekvencia kicsi az Rl-hez képest. Ezért az áram változó komponense főként a szűrőkondenzátoron folyik át, és gyakorlatilag az Rl-n keresztül folyik D.C..

Induktív bemeneti szűrő

Vegyünk egy induktív bemeneti szűrőt vagy egy L alakú LC szűrőt. Az egyenirányítóba való beépítését és a kimeneti feszültség hullámformáját a 3. ábra mutatja.

Rizs. 3

Soros csatlakozás szűrőfojtó (L) terheléssel gátolja az áramváltozást az áramkörben. A kimeneti feszültség itt kisebb, mint egy kapacitív bemeneti szűrőnél, mert a fojtótekercs soros kapcsolatot képez a terhelés és a szűrőkondenzátor párhuzamos kapcsolásával kialakított impedanciával. Egy ilyen kapcsolat a szűrő bemenetén ható feszültséghullám jó simításához vezet, javítva az állandó kimeneti feszültség minőségét, bár csökkenti annak értékét.

Az egyenirányító kimeneti feszültségének váltakozó áramú összetevője szinte teljesen el van szigetelve a fojtóinduktivitástól, a középső komponens pedig a táp kimeneti feszültsége. A fojtószelep jelenléte azt a tényt eredményezi, hogy az egyenirányító diódák vezető állapotának időtartama itt, a kapacitív szűrővel rendelkező egyenirányítótól eltérően, egyenlő a periódus felével.

A fojtó reaktancia (L) csökkenti a fojtófeszültség értékét, mert megakadályozza a fojtóáram növekedését, ha az egyenirányító kimeneti feszültsége nagyobb, mint a terhelési feszültség, valamint megakadályozza az áram csökkenését, ha az egyenirányító kimeneti feszültsége kisebb. mint az átlagos érték, ezért a terhelésben az áram az üzemidő alatt gyakorlatilag állandó, és a hullámok feszültsége nem függ a terhelési áramtól.

Több szekciós induktív-kapacitív szűrő

A kimeneti feszültség szűrési minősége több szűrő sorba kapcsolásával javítható. ábrán. A 4. ábra egy kétfokozatú LC szűrőt mutat, és hozzávetőlegesen mutatja a feszültség hullámformáit a szűrő különböző pontjain egy közös ponthoz viszonyítva.

Rizs. 4

Bár itt két sorba kapcsolt LC-szűrő látható, a csatlakozások száma növelhető. A csatlakozások számának növelése a hullámosság csökkenéséhez vezet (és a sok csatlakozású szűrőket pontosan akkor használják, ha minimális hullámzást kell elérni a kimeneti feszültségben), de ez csökkenti az ilyen szűrőkkel ellátott stabilizátorok stabilitását. Ezenkívül a csatlakozások számának növekedése a tápegységgel sorba kapcsolt ellenállás növekedéséhez vezet, ami a terhelési áram változásával a kimeneti feszültség változásához vezet.

U alakú szűrő

ábrán. Az 5. ábrán egy U-alakú szűrő látható, amelyet azért hívnak, mert grafikus ábrázolása a P betűhöz hasonlít. Ez kapacitív és L-alakú LC-szűrők kombinációja.

Rizs. 5

A szűrő kimenetére csatlakoztatott R ellenállás szinte mindig jelen van a tápegységekben, és opcionális terhelési ellenállás… Célja kettős.

Először is, kisülési utat biztosít a kondenzátorok számára, ha a hálózati feszültség megszakad, és így megakadályozza a szervizszemélyzet áramütésének lehetőségét.

Másodszor, további terhelést biztosít a tápegységnek még akkor is, ha a külső terhelés ki van kapcsolva, és így stabilizálja a kimeneti feszültség szintjét. Ez az ellenállás elemként is használható rezisztív feszültségosztó további kimenetekhez.

Az U alakú szűrő egy kondenzátor bemenettel rendelkező szűrő, amelyet L-alakú csatlakozás egészít ki.A fő szűrési műveletet a C1 kondenzátor hajtja végre, amely a vezető diódákon keresztül töltődik fel, és L-n és R-n keresztül kisüt... A hagyományos, kapacitív bemenetű szűrőhöz hasonlóan a kondenzátor töltési ideje lényegesen rövidebb, mint a kisütési idő .

Az L fojtó kisimítja a C2 kondenzátoron átfolyó áram hullámait, további szűrést biztosítva. A C2 kondenzátor feszültsége a kimeneti feszültség. Bár értéke valamivel kisebb, mint a hagyományos kapacitív szűrővel történő betáplálásnál, a kimeneti feszültség hullámzása jelentősen csökken.

Még ha feltételezzük is, hogy a C1 kondenzátort az egyenirányító vezető diódáin keresztül a bemeneti váltakozó feszültség amplitúdójának értékéig töltjük, majd R-en keresztül kisütjük, a C2 kondenzátor feszültsége kisebb lesz, mint a C1-é, mert a A terhelési áram változását megakadályozó L fojtó a C1 kondenzátor kisülési áramkörében áll, és C2-vel és R-vel együtt feszültségosztót képez.

A C1 és C2 kondenzátorok töltőárama a transzformátor szekunder tekercsén és az egyenirányító vezető diódáin halad át. Ezenkívül a C2 feltöltésekor ez az áram az L fojtótekercsen keresztül folyik... A C1 kondenzátor sorosan kapcsolt L és R-en keresztül kisül, a C2 pedig csak az R ellenálláson keresztül. A C1 bemeneti kondenzátor kisülési sebessége az ellenállás értékétől függ R.

A kondenzátorok kisülési időállandója egyenesen arányos az R értékkel... Ha ez magas, akkor a kondenzátorok kisülnek egy kicsit és a kimeneti feszültség magas.Alacsonyabb R értéknél a kisülési sebesség nő, és a kimeneti feszültség csökken, mivel az R csökkentése a kondenzátor kisülési áramának növelését jelenti. Így minél kisebb a kondenzátor kisülési időállandója, annál alacsonyabb a kimeneti feszültség átlagos értéke.

U alakú C-RC szűrő

Az U-alakú C-RB C-szűrőnél az imént tárgyalt szűrőtől eltérően a két kondenzátor közé fojtótekercs helyett R ellenállás van csatlakoztatva.1 ábrán látható módon. 6.

A fő különbségeket és a szűrő teljesítményét az eltérő fojtóreakció és az AC ellenállás határozza meg. Az előző esetben az L tekercs és a C2 kondenzátor reaktanciái olyanok, hogy az általuk kialakított feszültségosztó a kimeneti feszültség viszonylag jobb simítását biztosítja.

ábrán. A 6. ábrán az R1-en keresztüli egyenirányított áram egyen- és váltakozó áramú összetevői egyaránt. Az egyenáramú komponenstől származó R1 feszültségesése miatt a kimeneti feszültség csökken, és minél nagyobb az áram, annál nagyobb ez a feszültségesés. Ezért a C-RC-szűrő csak kis terhelési áram mellett használható. Az induktív-kapacitív szűrőkhöz hasonlóan lehetőség van a szűrőáramkörök többszintű csatlakoztatására.

Rizs. 6

A szűrők kiválasztása mindenesetre nem egyszerű probléma, de mindenesetre meg kell értenie céljukat és működési elveiket, mivel nagymértékben meghatározzák a tápegységek helyes működését.