فلاتر الطاقة

تتطلب الأجهزة الإلكترونية المختلفة مصادر جهد لتشغيل أجهزة التيار المستمر. انتاج التيار الكهربائي مقومات له مظهر نابض. في ذلك يمكنك تحديد متوسط ​​أو مكون التيار المستمر للجهد والمكون المتغير الذي يسمى تموج الجهد أو تموج جهد الخرج.

وبالتالي ، فإن التموج يحدد انحراف القيمة اللحظية لجهد الخرج عن المتوسط ​​ويمكن أن يكون موجبًا وسالبًا. يتميز الجهد بعاملين: تردد وسعة الموجات. في المقومات ، يكون تردد التموج إما هو نفسه تردد جهد الدخل (في مقوم نصف موجة) أو ضعف ارتفاعه (في مقوم كامل الموجة).

في مقوم نصف الموجة ، يتم استخدام نصف موجة واحدة فقط من جهد الدخل للحصول على جهد الخرج ، ويكون جهد الخرج على شكل موجات نصف أحادية الاتجاه ، بعد تردد جهد الدخل.

في مقومات الموجة الكاملة (كل من نقطة الصفر والجسر) ، تتشكل الموجات النصفية لجهد الخرج بواسطة كل نصف موجة من جهد الدخل. لذلك ، فإن تردد الموجة هنا هو ضعف ذلك تردد الشبكة... إذا كان تردد التيار في الشبكة 50 هرتز ، فسيكون تردد الموجات في مقوم نصف الموجة هو نفسه ، وفي مقوم الموجة الكاملة يكون 100 هرتز.

يجب معرفة سعة تموج جهد خرج المعدل بالترتيب. لتحديد كفاءة المرشحات المثبتة عند خرج المقومات الباعثة لمكون الجهد المتوسط. تتميز هذه السعة عادة بعامل التموج (Erms) ، والذي يتم تعريفه على أنه نسبة القيمة الفعالة للمكون المتغير لجهد الخرج إلى متوسط ​​قيمته (Edc):

r = Erms / Edc

كلما انخفض عامل التموج ، زادت كفاءة الفلتر. غالبًا ما يستخدم عامل التموج المعبر عنه كنسبة مئوية في الممارسة:

(Erms / Edc) x100٪.

تُستخدم مرشحات التمرير المنخفض بشكل شائع في مزودات الطاقة. تمر هذه المرشحات من المدخلات إلى المخرجات ، مع عدم وجود أي توهين أو توهين تقريبًا ، والإشارات التي تقل تردداتها عن تردد القطع للمرشح ، وجميع الترددات الأعلى لا تنتقل عمليًا إلى خرج المرشح.

المرشحات قابلة للتنفيذ المقاومات, المحاثات و المكثفات... يهدف استخدام المرشحات في مصادر الطاقة إلى تخفيف تموج جهد خرج المقوم وعزل مكون التيار المستمر للجهد.

تنقسم المرشحات المستخدمة في أجهزة الإمداد بالطاقة إلى نوعين رئيسيين:

• مرشحات ذات مدخلات سعوية ،

• مرشحات الإدخال الاستقرائي.

يتم استخدام مجموعات مختلفة من تضمين عناصر المرشح ، والتي لها أسماء مختلفة (مرشح على شكل حرف U ، مرشح على شكل حرف L ، إلخ). يتم تحديد نوع المرشح الرئيسي بواسطة عنصر المرشح المثبت مباشرة عند خرج المعدل.

في التين. يعرض 1a و 1b الأنواع الرئيسية للفلاتر. في أولهما ، يتم توصيل مكثف المرشح بإخراج المعدل ويقوم بتحويل الحمل. من خلال مكثف المرشح ، يتم إغلاق الجزء الرئيسي من مكون التيار المتردد للمقوم. في الثانية ، يتم توصيل خنق المرشح بإخراج المعدل ، والذي يشكل دائرة متسلسلة مع الحمل ويمنع أي تغييرات في التيار في هذه الدائرة التسلسلية.

أرز. 1

يوفر مرشح الإدخال السعوي مستوى جهد إخراج أعلى من مرشح إدخال حثي ، ويقلل مرشح إدخال حثي تموج الجهد بشكل أفضل. وبالتالي ، يُنصح باستخدام مرشح إدخال سعوي عند الحاجة إلى جهد إمداد أعلى ، ومرشح إدخال حثي عندما تكون هناك حاجة إلى جودة إخراج أفضل للتيار المستمر.

مرشح الإدخال السعوي

قبل النظر في تشغيل المرشحات المعقدة ، من الضروري فهم تشغيل أبسط مرشح سعوي كما هو موضح في الشكل. 2 أ. جهد الخرج للمقوم بدون مرشح على شاشة العرض في الشكل. 2 ب ، وبوجود مرشح - في الشكل. 2 ج. في حالة عدم وجود مكثف مرشح ، يكون للجهد في Rl طابع نابض. متوسط ​​قيمة هذا الجهد هو جهد خرج المقوم.

أرز. 2

في وجود مكثف مرشح ، يتم إغلاق الجزء الرئيسي من مكون التيار المتردد للتيار من خلال المكثف ، متجاوزًا الحمل Rl ... مع ظهور أول نصف موجة من جهد الخرج سيبدأ مكثف المرشح في الشحن موجبًا للحالة ، سيتغير الجهد عليه وفقًا لجهد خرج المقوم وفي نهاية نصف الدورة سيصل إلى قيمته القصوى.

بالإضافة إلى ذلك ، ينخفض ​​الجهد الثانوي للمحول ويبدأ المكثف في التفريغ خلال R1 ، مما يحافظ على الجهد الموجب والتيار في الحمل عند مستوى أعلى مما سيكون عليه بدون الفلتر.

قبل أن يتمكن المكثف من التفريغ بالكامل ، تحدث موجة ثانية موجبة نصف الجهد ، مرة أخرى شحن المكثف إلى قيمته القصوى. بمجرد أن يبدأ جهد اللف الثانوي في الانخفاض ، سيبدأ المكثف مرة أخرى في التفريغ للحمل. في المستقبل ، تتناوب دورات الشحن والتفريغ للمكثف في كل نصف دورة ،

يتدفق تيار الشحن للمكثف عبر الملف الثانوي للمحول وزوج من صمامات المعدل المقابلة لنصف الدورة ، ويتم إغلاق تيار التفريغ للمكثف من خلال الحمل R ... مفاعلة المكثف عند تردد الشبكة صغير مقارنة بـ Rl. لذلك ، يتدفق المكون المتغير للتيار بشكل أساسي من خلال مكثف المرشح ويتدفق عمليا عبر Rl العاصمة.

مرشح الإدخال الاستقرائي

ضع في اعتبارك مرشح إدخال حثي أو مرشح LC على شكل حرف L. يتم عرض تضمينه في المعدل وشكل موجة الجهد الناتج في الشكل 3.

أرز. 3

اتصال تسلسلي مرشح خانق (L) مع الحمل يمنع التغيرات الحالية في الدائرة. يكون جهد الخرج هنا أقل مما هو عليه مع مرشح إدخال سعوي لأن الخانق يشكل اتصالًا متسلسلًا بمقاومة تتكون من الاتصال المتوازي للحمل ومكثف المرشح. يؤدي مثل هذا الاتصال إلى تجانس جيد لموجة الجهد التي تعمل عند مدخلات المرشح ، مما يحسن جودة جهد الخرج الثابت ، على الرغم من أنه يقلل من قيمته.

يتم عزل مكون التيار المتردد لجهد خرج المعدل تمامًا تقريبًا عن محاثة الخنق ، والمكون الأوسط هو جهد خرج الإمداد. يؤدي وجود الخانق إلى حقيقة أن مدة الحالة الموصلة لثنائيات المعدل هنا ، على عكس المعدل مع مرشح سعوي ، تساوي نصف الفترة.

مفاعلة الخنق (L) تقلل من قيمة جهد التموج لأنها تمنع زيادة تيار الخنق عندما يكون جهد خرج المقوم أكبر من جهد الحمل ، كما يمنع التيار من التناقص إذا كان جهد خرج المقوم أقل من متوسط ​​القيمة.لذلك ، فإن التيار في الحمل أثناء فترة التشغيل ثابت عمليًا ، ولا يعتمد جهد الأمواج على تيار الحمل.

مرشح سعوي حثي متعدد الأقسام

يمكن تحسين جودة ترشيح جهد الخرج عن طريق توصيل عدة مرشحات على التوالي. في التين. يوضح الشكل 4 مرشح LC على مرحلتين ويظهر تقريبًا أشكال موجة الجهد عند نقاط مختلفة على المرشح بالنسبة إلى نقطة مشتركة.

أرز. 4

على الرغم من ظهور مرشحين LC متصلين بالسلسلة هنا ، يمكن زيادة عدد الاتصالات. تؤدي زيادة عدد التوصيلات إلى انخفاض التموج (ويتم استخدام المرشحات ذات الوصلات المتعددة بدقة عندما يكون ذلك ضروريًا للحصول على حد أدنى من التموج في جهد الخرج) ، ولكن هذا يقلل من ثبات المثبتات مع هذه المرشحات. بالإضافة إلى ذلك ، تؤدي الزيادة في عدد التوصيلات إلى زيادة المقاومة المتصلة على التوالي بمصدر الطاقة ، مما يؤدي إلى زيادة التغيرات في جهد الخرج مع تغير في تيار الحمل.

مرشح على شكل حرف U.

في التين. يوضح الشكل 5 مرشحًا على شكل حرف U ، يسمى كذلك لأن تمثيله الرسومي يشبه الحرف P. إنه مزيج من مرشحات LC بالسعة و LC على شكل.

أرز. 5

يكون المقاوم R ، المتصل بإخراج الفلتر ، موجودًا دائمًا تقريبًا في مزودات الطاقة وهو اختياري مقاومة الحمل... والغرض منه ذو شقين.

أولاً ، يوفر مسار تفريغ للمكثفات عند انقطاع جهد التيار الكهربائي وبالتالي يمنع احتمال حدوث صدمة كهربائية لموظفي الخدمة.

ثانيًا ، يوفر حملًا إضافيًا على مصدر الطاقة حتى عند إيقاف تشغيل الحمل الخارجي وبالتالي استقرار مستوى جهد الخرج. يمكن أيضًا استخدام هذا المقاوم كعنصر مقسم جهد مقاوم لنواتج إضافية.

المرشح على شكل حرف U عبارة عن مرشح به مدخل مكثف مكمل بوصلة على شكل حرف L.يتم تنفيذ إجراء الترشيح الرئيسي بواسطة المكثف C1 ، والذي يتم شحنه من خلال الثنائيات الموصلة ويتم تفريغه من خلال L و R ... كما هو الحال مع مرشح تقليدي مع مدخلات سعوية ، يكون وقت شحن المكثف أقصر بكثير من وقت التفريغ .

يعمل Choke L على تنعيم تموجات التيار المتدفق عبر المكثف C2 ، مما يوفر ترشيحًا إضافيًا. الجهد عبر المكثف C2 هو جهد الخرج. على الرغم من أن قيمته أصغر قليلاً مما هي عليه عند التغذية باستخدام مرشح سعوي تقليدي ، إلا أن تموج جهد الخرج ينخفض ​​بشكل كبير.

حتى لو افترضنا أن المكثف C1 مشحون من خلال الثنائيات الموصلة للمقوم إلى قيمة اتساع جهد الدخل المتردد ثم تفريغه خلال R ، فإن جهد المكثف C2 سيكون أقل من C1 ، لأن يقف الخنق L ، الذي يمنع أي تغييرات في تيار الحمل ، في دائرة التفريغ للمكثف C1 ويشكل ، مع C2 و R ، مقسم جهد.

يمر تيار الشحن للمكثفات C1 و C2 عبر الملف الثانوي للمحول والصمامات الثنائية الموصلة للمقوم. أيضًا ، عندما يتم شحن C2 ، يتدفق هذا التيار عبر الخانق L ... يتم تفريغ المكثف C1 من خلال التصريفات L و R المتسلسلة ، و C2 فقط من خلال المقاومة R. يعتمد معدل تفريغ مكثف الإدخال C1 على قيمة المقاومة تم العثور على R.

ثابت وقت التفريغ للمكثفات يتناسب طرديًا مع قيمة R ... إذا كانت عالية ، فإن المكثفات تفرغ قليلاً ويكون جهد الخرج مرتفعًا.عند القيم المنخفضة لـ R ، يزداد معدل التفريغ وينخفض ​​جهد الخرج ، لأن تناقص R يعني زيادة تيار التفريغ للمكثف. وبالتالي ، كلما انخفض وقت تفريغ المكثف بشكل ثابت ، انخفض متوسط ​​قيمة جهد الخرج.

مرشح C-RC على شكل حرف U

على عكس المرشح الذي تمت مناقشته للتو في مرشح C على شكل حرف U ، يتم توصيل المقاوم R بين المكثفين بدلاً من الخانق 1 كما هو موضح في الشكل. 6.

يتم تحديد الاختلافات الرئيسية وأداء المرشح من خلال استجابة الخانق المختلفة ومقاومة التيار المتردد. في الحالة السابقة ، تكون تفاعلات المحث L والمكثف C2 بحيث أن مقسم الجهد الذي يتكون منهما يوفر تجانسًا أفضل نسبيًا لجهد الخرج.

في التين. 6 ، كل من مكونات التيار المستمر والتيار المتردد للتيار المعدل من خلال R1. نظرًا لانخفاض الجهد عبر R1 من مكون التيار المستمر ، ينخفض ​​جهد الخرج وكلما زاد التيار ، زاد انخفاض هذا الجهد. لذلك ، لا يمكن استخدام مرشح C-RC-filter إلا مع التيارات منخفضة الحمولة. كما في حالة المرشحات السعوية الحثية ، من الممكن استخدام اتصال متعدد المستويات لدوائر التصفية.

أرز. 6

إن اختيار المرشحات على أي حال ليس مشكلة سهلة ، ولكن على أي حال تحتاج إلى فهم الغرض منها ومبادئ التشغيل نظرًا لحقيقة أنها تحدد إلى حد كبير التشغيل الصحيح لمصادر الطاقة.