Elektromos szűrők – meghatározás, osztályozás, jellemzők, fő típusok

Az ipari energiaforrások praktikusak szinuszos feszültséggörbék… Ugyanakkor számos esetben a váltakozó áramok és feszültségek, amelyek periodikusak, élesen eltérnek a harmonikusoktól.

Elektromos szűrők használhatók a feszültséghullámok simítására egyenirányítókban, demodulátorokban, amelyek az amplitúdómodulált nagyfrekvenciás rezgéseket viszonylag lassú jelfeszültség-változásokká alakítják át, és más hasonló eszközökben.

A legegyszerűbb esetben korlátozhatja magát a terhelés soros kapcsolatára induktorok, amelynek ellenállása a harmonikus sorrend növekedésével növekszik, és viszonylag kicsi az alacsony frekvenciájú rezgések és még inkább az állandó komponens esetében. Hatékonyabb az U-alakú, T-alakú és L-alakú szűrők használata.

Az elektromos szűrők alapvető definíciói és osztályozása

A szűrő szelektivitása az a képessége, hogy a bemenetére belépő áramok teljes frekvenciaspektrumából kiválaszthat egy bizonyos frekvenciatartományt, amely a hasznos jelben rejlik.

A jó szelektivitás elérése érdekében a szűrőnek a kívánt jelhez tartozó frekvenciákon minimális csillapítással kell átengednie az áramokat, és az összes többi frekvencián maximális csillapítással kell rendelkeznie. Ezzel a szűrővel összhangban a következő definíció adható.

Az elektromos szűrőt négypólusú eszköznek nevezzük, amely egy bizonyos frekvenciasávban kis csillapítással (sávszélességgel) áramot ad át, és ezen a sávon kívüli frekvenciájú áramokat – nagy csillapítással, vagy ahogy szokták mondani, nem ad át (nem halad át) átviteli sáv).

Az áramkörök felépítése szerint a szűrőket lánc (oszlop) és hídszűrőkre osztják. A láncszűrők T-, P- és L-alakú hídáramkörök szerint készült szűrők. A hídszűrők hídáramkörön készült szűrők.

Az elemek jellegétől függően a szűrőket a következőkre osztják:

• LC – melynek elemei az induktivitás és a kapacitás;

• RC – melynek elemei aktív ellenállások és kapacitások;

• rezonátor – amelynek elemei rezonátorok.

Az energiaforrások jelenléte szerint a szűrőkörben a következőkre oszthatók:

• passzív – nem tartalmaz energiaforrást az áramkörben;

• aktív - energiaforrásokat tartalmaz az áramkörben lámpa vagy kristályerősítő formájában; néha aktív elemszűrőknek is nevezik.

A szűrő teljesítményének teljes jellemzéséhez ismerni kell annak elektromos jellemzőit, amelyek magukban foglalják a csillapítás, a fáziseltolódás és a karakterisztikus impedancia frekvenciafüggését.

A legjobb egy olyan szűrő, amely minimális elemszámmal rendelkezik:

• a csillapítási jellemző maximális meredeksége;

• nagy csillapítás a nem átviteli sávban;

• minimális és állandó csillapítás az áteresztősávban;

• a jellemző impedancia maximális állandósága az áteresztősávban;

• lineáris fázisválasz;

• a frekvenciasáv és szélesség egyszerű és zökkenőmentes beállításának lehetősége;

• olyan jellemzők állandósága, amelyek nem függnek: a szűrő bemenetén ható feszültségektől (áramoktól), a környezet hőmérsékletétől és páratartalmától, valamint a külső elektromos és mágneses zavarok hatásától;

• különböző frekvenciatartományokban való munkavégzés képessége;

• a szűrő méretét, súlyát és költségét minimálisra kell csökkenteni.

Sajnos nincs egyetlen olyan elemi szűrőtípus sem, amelynek jellemzői megfelelnének ezeknek a követelményeknek. Ezért az adott körülményektől függően olyan típusú szűrőket használnak, amelyek jellemzői a legjobban megfelelnek a műszaki követelményeknek. Nagyon gyakran szükséges szűrőket alkalmazni különféle típusú elemi csatlakozásokból álló összetett áramkörökre.

A leggyakoribb szűrőtípusok

ábrán. Az 1. ábra egy egyszerű L alakú szűrő diagramját mutatja, amelynek L tekercs és C kondenzátor van csatlakoztatva az rpr vevő és az V egyenirányító közé.

A váltakozó áramok minden frekvencián jelentős tekercsellenállással találkoznak, és egy párhuzamosan kapcsolt kondenzátor vezeti át a maradék nagyfrekvenciás áramokat a párhuzamos ágon. Ez jelentősen csökkenti a feszültség hullámzását a terhelésben. rNS.

Két vagy több hasonló hivatkozásból álló szűrők is használhatók. Néha egyszerű ellenállásos szűrőket használnak az induktorok helyett.

Rizs. 1.A legegyszerűbb simító, L alakú elektromos szűrő

Fejlettebbek az általuk használt rezonáns szűrők rezonancia jelenségek.

Ha az induktor és a kondenzátor sorba van kötve, amikor fwL = 1 / (kwV), akkor az áramkör a legnagyobb vezetőképességgel (aktív) az fw frekvencián és meglehetősen nagy vezetőképességgel rendelkezik a rezonanciához közeli frekvenciasávban. Ez az áramkör egy egyszerű sávszűrő.

Ha az induktort és a kondenzátort párhuzamosan csatlakoztatjuk, egy ilyen áramkörnek a legkisebb a vezetőképessége a rezonanciafrekvencián, és viszonylag alacsony a vezetőképessége a rezonanciafrekvenciához közeli frekvenciasávban. Az ilyen szűrő egy bizonyos frekvenciasáv blokkolószűrője.

Egy egyszerű sáváteresztő szűrő teljesítményének javítására lehetőség van egy olyan séma alkalmazására (2. ábra), amelyben a vevővel párhuzamosan egy induktor és egy kondenzátor van egymással párhuzamosan csatlakoztatva. Az ilyen áramkör a kecskék frekvenciájával is rezonanciára van hangolva, és nagyon nagy ellenállást mutat a kiválasztott frekvenciasávban lévő áramok számára, és sokkal kisebb ellenállást más frekvenciájú áramok esetén.

Rizs. 2. Egy egyszerű sávszűrő vázlata

Hasonló szűrő használható olyan modulátorokban, amelyek meghatározott frekvencián modulált rezgéseket állítanak elő. Az M modulátorra kisfrekvenciás Uc jelfeszültség kerül, amely modulált nagyfrekvenciás rezgésekké alakul, és a szűrő elválasztja a feszültséget a szükséges frekvenciától, amelyet az rNS terhelésre táplálunk.

Tegyük fel például, hogy nem szinuszos váltóáram folyik át az áramkörön, és nagyon nagy harmadik és ötödik harmonikus áramokat kell kiküszöbölni a vevő áramgörbéjéből.Ezt követően felváltva beépítünk két, rezonanciára hangolt áramkört a harmadik és ötödik harmonikusra az áramkörbe (3. ábra, a).

A 3 W-os frekvenciára rezonanciára hangolt bal vonali impedancia nagyon nagy ezen a frekvencián, és kicsi az összes többi harmonikus esetében; hasonló szerepe van az 5w frekvenciára rezonanciára hangolt jobb áramkörnek... Ezért a bemeneti vevő áramgörbéje szinte nem fogja tartalmazni a harmadik és ötödik harmonikust (3. ábra, b), amelyeket elnyom a szűrő.

Rizs. 3. A harmadik és ötödik felharmonikusra rezonanciára hangolt sorosan kapcsolt rezonanciaáramkörök vázlata: a — kapcsolási rajz; b — a vevő feszültségének, áramkörének és bemeneti áramának görbéi

Rizs. 4. Sáváteresztő szűrő kimeneti feszültség görbéje

Egyes esetekben kifinomultabb sáváteresztő szűrőket hajtanak végre, valamint olyan cut-off szűrőket, amelyek átengedik vagy nem engedik át egy bizonyos frekvencián kezdődő rezgéseket. Az ilyen szűrők T-alakú vagy U-alakú csatlakozásokból állnak.

A szűrők működési elve az, hogy a frekvenciák frekvenciasávjában, például egy sávszűrőben n + 1 frekvencián lép fel a rezonancia, ahol n a kapcsolatok száma. ábrán látható egy Uout = f (w) görbe egy ilyen három csatlakozásból álló szűrőhöz. 4. Rezonancia a w1, w2, w3 és w4 frekvenciákon lép fel.

Lásd még ebben a témában: Teljesítményszűrők ésBemeneti és kimeneti szűrők frekvenciaváltókhoz