Hoe de gelijkgerichte spanningsrimpel te verminderen
De door de gelijkrichters ontvangen spanning is niet constant, maar pulserend. Het bestaat uit constante en variabele componenten. Hoe groter de variabele component ten opzichte van de constante, hoe groter de storing en hoe slechter de kwaliteit van de gelijkgerichte spanning.
De variabele component wordt gevormd door harmonischen. De harmonische frequenties worden bepaald door de gelijkheid
f (n) =kmf,
waar k het harmonische getal is, k = 1, 2, 3,…, m is het aantal pulsen van de gelijkgerichte spanning, f is de frequentie van de netspanning.
De kwaliteit van de gelijkgerichte spanningsrimpelcoëfficiënt p wordt geëvalueerd, die afhangt van de gemiddelde waarde van de gelijkgerichte spanning en de amplitude van de fundamentele harmonische in de belasting.
De volgorde van de harmonische componenten n = km in de gelijkgerichte spanningscurve hangt alleen af van het aantal pulsen en is niet afhankelijk van de specifieke gelijkrichter circuits... De harmonischen van de laagste getallen hebben de hoogste amplitude.
De effectieve spanningswaarde van de harmonische component in de orde van n hangt af van de gemiddelde waarde van de gelijkgerichte spanning Ud van een ideale niet-gereguleerde gelijkrichter:
In echte circuits vindt de stroomovergang van de ene diode naar de andere plaats binnen een bepaalde eindige tijdsperiode, gemeten in fracties periode van wisselende spanning en een schakelhoek genoemd... De aanwezigheid van schakelhoeken vergroot de amplitude van harmonischen aanzienlijk. Het resultaat is dat je gelijkgerichte golfopwinding krijgt.
De AC-component van de gelijkgerichte spanning, bestaande uit laag- en hoogfrequente harmonischen, creëert een wisselstroom in de belasting die interfereert met andere elektronische apparaten.
Om de rimpel van de gelijkgerichte spanning tussen de uitgangsklemmen van de gelijkrichter en de belasting te verminderen, is een afvlakfilter opgenomen, dat de rimpel van de gelijkgerichte spanning aanzienlijk vermindert door harmonischen te onderdrukken.
De belangrijkste elementen van afvlakfilters zijn inductoren (gaspedaal) en condensatoren, en bij lage vermogens en transistors.
De werking van passieve filters (zonder transistors en andere versterkers) is gebaseerd op de frequentieafhankelijkheid van de weerstandswaarde van de reactieve elementen (inductor en condensator). Inductorweerstand Xl en condensator X° C: Xl = 2πfL, X° C = 1 / 2πfC,
waar f de frequentie is van de stroom die door het reactieve element vloeit, L is de inductantie van de smoorspoel, C is de capaciteit van de condensator.
Uit de formules voor de weerstand van de reactieve elementen volgt dat met een toename van de frequentie van de stroom, de weerstand van de spoel inductantie (smoorspoel) neemt toe en de condensator af. Voor gelijkstroom is de weerstand van de condensator oneindig en is de inductor nul.
Met deze functie kan de inductor vrijelijk de DC-component van de gelijkgerichte stroom en vertragingsharmonischen doorgeven.Hoe hoger het harmonische getal (hoe hoger de frequentie), hoe effectiever het vertraagt. Integendeel, de condensator blokkeert de DC-component van de stroom volledig en geeft harmonischen door.
De belangrijkste parameter die de effectiviteit van het filter kenmerkt, is de afvlakkingscoëfficiënt (filtering).
q = p1 / p2,
waar p1 de rimpelfactor is van de gelijkrichteruitgang in een circuit zonder filter, is p2 de rimpelfactor van de filteruitgang.
In de praktijk worden passieve L-vormige, U-vormige en resonantiefilters gebruikt. De meest gebruikte zijn L-vormig en U-vormig, waarvan de diagrammen worden getoond in figuur 1
Figuur 1. Schema's van passief afvlakkende L-vormige (a) en U-vormige (b) filters om gelijkgerichte spanningsrimpels te verminderen
De initiële gegevens voor het berekenen van de inductantie van de filtersmoorspoel L en de capaciteit van de filtercondensator C zijn de rimpelfactor van de gelijkrichter, circuitvariant en de vereiste rimpelfactor van de filteruitgang.
De berekening van de filterparameters begint met de bepaling van de afvlakcoëfficiënt. Dan moet je willekeurig het filtercircuit en de capaciteit van de condensator erin kiezen. De capaciteit van de filtercondensator wordt gekozen uit het onderstaande capaciteitsbereik.
In de praktijk worden condensatoren met de volgende capaciteiten gebruikt: 50, 100, 200, 500, 1000, 2000, 4000 uF. Het wordt aanbevolen om kleinere capaciteitswaarden van deze serie te gebruiken bij hoge bedrijfsspanningen en grote capaciteiten bij lage spanningen.
De smoorspoelinductantie in het L-vormige filtercircuit kan worden bepaald uit de geschatte uitdrukking
voor een U-vormig schema —
In de formules wordt de capaciteit vervangen in microfarads en het resultaat wordt verkregen in henries.
Spanning gelijkgerichte rimpelspanningsfiltering