Jak snížit usměrněné zvlnění napětí

Napětí přijímané usměrňovači není konstantní, ale pulzující. Skládá se z konstantních a proměnných složek. Čím větší je proměnná složka vzhledem ke konstantě, tím větší je rušení a horší kvalita usměrněného napětí.

Proměnná složka je tvořena harmonickými. Harmonické frekvence jsou definovány rovností

f (n) = kmf,

kde k je harmonické číslo, k = 1, 2, 3,…, m je počet pulsů usměrněného napětí, f je frekvence síťového napětí.

Hodnotí se kvalita součinitele zvlnění usměrněného napětí p, který závisí na průměrné hodnotě usměrněného napětí a amplitudě základní harmonické v zátěži.

Pořadí harmonických složek n = km obsažených v usměrněné křivce napětí závisí pouze na počtu impulsů a nezávisí na měrném usměrňovací obvody... Harmonické s nejnižšími čísly mají nejvyšší amplitudu.

Efektivní hodnota napětí harmonické složky řádu n závisí na průměrné hodnotě usměrněného napětí Ud ideálního neregulovaného usměrňovače:

Ve skutečných obvodech se proudový přechod z jedné diody na druhou odehrává v určitém konečném časovém období, měřeno ve zlomcích období střídavého napětí a nazývá se spínací úhel... Přítomnost spínacích úhlů značně zvyšuje amplitudu harmonických. V důsledku toho ve vás roste vzrušení z usměrněných vln.

Střídavá složka usměrněného napětí, sestávající z nízkofrekvenčních a vysokofrekvenčních harmonických, vytváří v zátěži střídavý proud, který ruší ostatní elektronická zařízení.

Pro snížení zvlnění usměrněného napětí mezi výstupními svorkami usměrňovače a zátěží patří vyhlazovací filtr, který výrazně snižuje zvlnění usměrněného napětí potlačením harmonických.

Hlavními prvky vyhlazovacích filtrů jsou induktory (škrticí klapky) a kondenzátorya při nízkých výkonech a tranzistorech.

Činnost pasivních filtrů (bez tranzistorů a jiných zesilovačů) je založena na frekvenční závislosti hodnoty odporu reaktivních prvků (induktoru a kondenzátoru). Odpor induktoru Xl a kondenzátor X° C: Xl = 2πfL, X° C = 1 / 2πfC,

kde f je frekvence proudu procházejícího jalovým prvkem, L je indukčnost tlumivky, C je kapacita kondenzátoru.

Ze vzorců pro odpor reaktivních prvků vyplývá, že se zvýšením frekvence proudu se odpor cívky indukčnost (tlumivka) zvyšuje a kondenzátor klesá. Pro stejnosměrný proud je odpor kondenzátoru nekonečný a induktor nulový.

Tato vlastnost umožňuje induktoru volně procházet stejnosměrnou složkou usměrněného proudu a zpožďovacími harmonickými.Také čím vyšší je harmonické číslo (čím vyšší je jeho frekvence), tím efektivněji zpomaluje. Naopak kondenzátor zcela blokuje stejnosměrnou složku proudu a propouští harmonické.

Hlavním parametrem charakterizujícím účinnost filtru je koeficient vyhlazení (filtrace).

q = p1 / p2,

kde p1 je faktor zvlnění výstupu usměrňovače v obvodu bez filtru, p2 je faktor zvlnění výstupu filtru.

V praxi se používají pasivní filtry ve tvaru L, U a rezonanční filtry. Nejpoužívanější jsou tvary L a U, jejichž schémata jsou na obrázku 1

Obrázek 1. Schémata pasivně vyhlazujících filtrů ve tvaru L (a) a U (b) pro snížení usměrněného zvlnění napětí

Výchozími údaji pro výpočet indukčnosti filtrační tlumivky L a kapacity filtračního kondenzátoru C jsou faktor zvlnění usměrňovače, varianta zapojení a požadovaný faktor zvlnění výstupu filtru.

Výpočet parametrů filtru začíná stanovením koeficientu vyhlazování. Poté musíte náhodně vybrat filtrační obvod a kapacitu kondenzátoru v něm. Kapacita filtračního kondenzátoru se volí z kapacitního rozsahu uvedeného níže.

V praxi se používají kondenzátory s následujícími kapacitami: 50, 100, 200, 500, 1000, 2000, 4000 uF. Doporučuje se používat menší kapacitní hodnoty této řady při vysokých provozních napětích a velké kapacity při nízkých napětích.

Z přibližného vyjádření lze určit indukčnost tlumivky ve filtračním obvodu tvaru L

pro schéma ve tvaru U —

Ve vzorcích je kapacita nahrazena v mikrofaradech a výsledek je získán v henry.

Napětí Rectified Ripple Voltage Filtering