So reduzieren Sie die Welligkeit der gleichgerichteten Spannung

Die von den Gleichrichtern empfangene Spannung ist nicht konstant, sondern pulsierend. Es besteht aus konstanten und variablen Komponenten. Je größer der variable Anteil gegenüber der Konstanten ist, desto größer ist die Störung und desto schlechter ist die Qualität der gleichgerichteten Spannung.

Der variable Anteil wird durch Harmonische gebildet. Die harmonischen Frequenzen werden durch die Gleichheit definiert

f (n) =kmf,

Dabei ist k die harmonische Zahl, k = 1, 2, 3,…, m die Anzahl der Impulse der gleichgerichteten Spannung, f die Frequenz der Netzspannung.

Bewertet wird die Qualität des Welligkeitskoeffizienten p der gleichgerichteten Spannung, der vom Mittelwert der gleichgerichteten Spannung und der Amplitude der Grundschwingung in der Last abhängt.

Die Reihenfolge der in der gleichgerichteten Spannungskurve enthaltenen harmonischen Komponenten n = km hängt nur von der Anzahl der Impulse und nicht von der spezifischen ab Gleichrichterschaltungen... Die Harmonischen der niedrigsten Zahlen haben die höchste Amplitude.

Der effektive Spannungswert der harmonischen Komponente in der Größenordnung von n hängt vom Mittelwert der gleichgerichteten Spannung Ud eines idealen ungeregelten Gleichrichters ab:

In realen Schaltkreisen erfolgt der Stromübergang von einer Diode zur anderen innerhalb einer bestimmten endlichen Zeitspanne, gemessen in Bruchteilen Periode wechselnder Spannung und als Schaltwinkel bezeichnet... Das Vorhandensein von Schaltwinkeln erhöht die Amplitude der Harmonischen erheblich. Als Ergebnis steigern Sie die Gleichrichterwellen-Erregung.

Der Wechselstromanteil der gleichgerichteten Spannung, bestehend aus nieder- und hochfrequenten Oberschwingungen, erzeugt in der Last einen Wechselstrom, der andere elektronische Geräte stört.

Um die Welligkeit der gleichgerichteten Spannung zwischen den Ausgangsklemmen des Gleichrichters und der Last zu reduzieren, ist ein Glättungsfilter vorgesehen, der die Welligkeit der gleichgerichteten Spannung durch Unterdrückung von Oberwellen deutlich reduziert.

Die Hauptelemente von Glättungsfiltern sind Induktoren (Drosseln) und Kondensatorenund bei geringen Leistungen und Transistoren.

Der Betrieb passiver Filter (ohne Transistoren und andere Verstärker) basiert auf der Frequenzabhängigkeit des Widerstandswerts der reaktiven Elemente (Induktivität und Kondensator). Induktorwiderstand Xl und Kondensator X° C: Xl = 2πfL, X° C = 1 / 2πfC,

Dabei ist f die Frequenz des durch das Blindelement fließenden Stroms, L die Induktivität der Drossel und C die Kapazität des Kondensators.

Aus den Formeln für den Widerstand der reaktiven Elemente folgt, dass mit zunehmender Frequenz des Stroms der Widerstand der Spule zunimmt Induktivität (Drossel) steigt und der Kondensator sinkt. Bei Gleichstrom ist der Widerstand des Kondensators unendlich und der Induktor Null.

Diese Funktion ermöglicht es der Induktivität, die Gleichstromkomponente des gleichgerichteten Stroms frei durchzulassen und Oberwellen zu verzögern.Außerdem gilt: Je höher die harmonische Zahl (je höher ihre Frequenz), desto effektiver wird die Geschwindigkeit verlangsamt. Im Gegenteil, der Kondensator blockiert die Gleichstromkomponente vollständig und lässt Oberschwingungen durch.

Der Hauptparameter, der die Wirksamkeit des Filters charakterisiert, ist der Glättungskoeffizient (Filterkoeffizient).

q = p1 / p2,

Dabei ist p1 der Welligkeitsfaktor des Gleichrichterausgangs in einem Stromkreis ohne Filter, p2 der Welligkeitsfaktor des Filterausgangs.

In der Praxis werden passive L-förmige, U-förmige und resonante Filter verwendet. Die am häufigsten verwendeten sind L-förmig und U-förmig, deren Diagramme in Abbildung 1 dargestellt sind

Abbildung 1. Schematische Darstellung der passiven Glättung von L-förmigen (a) und U-förmigen (b) Filtern zur Reduzierung der gleichgerichteten Spannungswelligkeit

Ausgangsdaten zur Berechnung der Induktivität der Filterdrossel L und der Kapazität des Filterkondensators C sind der Welligkeitsfaktor des Gleichrichters, Schaltungsvariante und der erforderliche Welligkeitsfaktor des Filterausgangs.

Die Berechnung der Filterparameter beginnt mit der Bestimmung des Glättungskoeffizienten. Dann müssen Sie die Filterschaltung und die Kapazität des darin enthaltenen Kondensators zufällig auswählen. Die Kapazität des Filterkondensators wird aus dem unten angegebenen Kapazitätsbereich ausgewählt.

In der Praxis werden Kondensatoren mit folgenden Kapazitäten verwendet: 50, 100, 200, 500, 1000, 2000, 4000 uF. Es wird empfohlen, bei hohen Betriebsspannungen kleinere Kapazitätswerte dieser Serie und bei niedrigen Spannungen große Kapazitäten zu verwenden.

Die Drosselinduktivität im L-förmigen Filterkreis kann aus dem Näherungsausdruck bestimmt werden

für ein U-förmiges Schema –

In den Formeln wird die Kapazität in Mikrofarad eingesetzt und das Ergebnis in Henry ermittelt.

Spannungsgleichgerichtete Welligkeitsspannungsfilterung