מסנני כוח

מכשירים אלקטרוניים שונים דורשים מקורות מתח כדי להפעיל את התקני DC. מתח פלט מיישרים בעל מראה פועם. בו ניתן לבחור את הרכיב הממוצע או DC של המתח ואת הרכיב המשתנה הנקרא מתח אדוות או אדווה של מתח המוצא.

לפיכך, האדוות קובעת את הסטייה של הערך המיידי של מתח המוצא מהממוצע ויכולה להיות חיובית ושלילי כאחד. מתח מאופיין בשני גורמים: תדירות ומשרעת של הגלים. במיישרים, תדר האדוות זהה לתדר של מתח הכניסה (במיישר חצי גל) או גבוה פי שניים (במיישר גל מלא).

במיישר חצי גל משתמשים רק בחצי גל אחד של מתח הכניסה כדי לקבל את מתח המוצא, ומתח המוצא הוא בצורה של חצי גל חד כיווני, בעקבות תדירות מתח הכניסה.

במיישרים גל מלא (גם נקודת אפס וגם גשר), חצי הגלים של מתח המוצא נוצרים על ידי כל חצי גל של מתח הכניסה. לכן, תדירות הגלים כאן גבוהה פי שניים מזה תדר רשת... אם תדר הזרם ברשת הוא 50 הרץ, אזי תדר הגלים במיישר חצי הגל יהיה זהה, ובמיישר הגל המלא הוא 100 הרץ.

יש לדעת את המשרעת של אדוות מתח המוצא של המיישר לפי הסדר. לקבוע את יעילות המסננים המותקנים במוצא המיישרים הפולטים את רכיב המתח הבינוני. משרעת זו מאופיינת בדרך כלל בגורם האדוות (Erms), המוגדר כיחס בין הערך האפקטיבי של הרכיב המשתנה של מתח המוצא לערך הממוצע שלו (Edc):

r = Erms /Edc

ככל שגורם האדוות נמוך יותר, כך יעילות המסנן גבוהה יותר. גורם האדוות המבוטא כאחוז משמש לעתים קרובות גם בפועל:

(Erms /Edc)x100%.

מסננים נמוכים נמצאים בשימוש נפוץ בספקי כוח. מסננים אלו עוברים מהכניסה ליציאה, כמעט ללא הנחתה או הנחתה, אותות שתדריהם מתחת לתדר החיתוך של המסנן, וכל התדרים הגבוהים יותר כמעט אינם משודרים למוצא המסנן.

מסננים ניתנים להפעלה נגדים, משרנים ו קבלים... השימוש במסננים בספקי הכוח נועד להחליק את אדוות מתח המוצא של המיישר ולבודד את רכיב ה-DC של המתח.

מסננים המשמשים בהתקני אספקת חשמל מחולקים לשני סוגים עיקריים:

• מסננים עם קלט קיבולי,

• מסנני כניסה אינדוקטיביים.

נעשה שימוש בשילובים שונים של הכללת אלמנטים מסננים, בעלי שמות שונים (מסנן בצורת U, מסנן בצורת L וכו'). סוג המסנן הראשי נקבע על ידי אלמנט המסנן המותקן ישירות במוצא המיישר.

באיור. 1a ו-1b מציגים את סוגי המסננים העיקריים. בראשון מביניהם, קבל המסנן מחובר ליציאה של המיישר ומעביר את העומס. דרך קבל המסנן, החלק העיקרי של רכיב ה-AC של המיישר נסגר. בשני מחובר משנק מסנן למוצא המיישר היוצר מעגל סדרתי עם העומס ומונע כל שינוי בזרם במעגל הסדרתי הזה.

אורז. 1

מסנן כניסה קיבולי מספק רמת מתח פלט גבוהה יותר מאשר מסנן כניסה אינדוקטיבי, ומסנן כניסה אינדוקטיבי מפחית טוב יותר את אדוות המתח. לפיכך, רצוי להשתמש במסנן כניסה קיבולי כאשר נדרש מתח אספקה ​​גבוה יותר, ובמסנן כניסה אינדוקטיבי כאשר נדרשת איכות פלט DC טובה יותר.

מסנן קלט קיבולי

לפני ששוקלים את פעולתם של מסננים מורכבים, יש צורך להבין את פעולת המסנן הקיבולי הפשוט ביותר המוצג באיור. 2א. מתח המוצא של המיישר ללא פילטר על התצוגה באיור. 2ב, ובנוכחות מסנן - באיור. 2ג. בהיעדר קבל מסנן, למתח ב-Rl יש אופי פועם. הערך הממוצע של מתח זה הוא מתח המוצא של המיישר.

אורז. 2

בנוכחות קבל מסנן, החלק העיקרי של רכיב זרם החילופין של הזרם נסגר דרך הקבל, עוקף את העומס Rl... עם הופעת חצי הגל הראשון של מתח המוצא קבל המסנן יתחיל להיטען חיובי למקרה, המתח עליו ישתנה בהתאם למתח המוצא של המיישר ובתום חצי מחצי המחזור יגיע לערכו המקסימלי.

בנוסף, המתח המשני של השנאי יורד והקבל מתחיל להיפרק דרך R1, תוך שמירה על המתח והזרם החיובי בעומס ברמה גבוהה יותר ממה שהיה ללא המסנן.

לפני שהקבל יכול להתרוקן במלואו, מתרחש חצי גל מתח חיובי שני, שוב מטעין את הקבל לערכו המרבי. ברגע שמתח הפיתול המשני מתחיל לרדת, הקבל יתחיל שוב לפרוק לעומס. בעתיד, מחזורי הטעינה והפריקה של הקבל מתחלפים בכל חצי מחזור,

זרם הטעינה של הקבל זורם דרך הפיתול המשנית של השנאי וזוג דיודות המיישר התואמות לחצי מחזור זה, וזרם הפריקה של הקבל נסגר דרך העומס Rl... התגובה של הקבל ב- תדר הרשת קטן בהשוואה ל-Rl. לכן, המרכיב המשתנה של הזרם זורם בעיקר דרך קבל המסנן ולמעשה זורם דרך Rl זֶרֶם יָשָׁר.

מסנן קלט אינדוקטיבי

שקול מסנן כניסה אינדוקטיבי או מסנן LC בצורת L. הכללתו במיישר וצורת גל מתח המוצא מוצגים באיור 3.

אורז. 3

חיבור טורי משנק מסנן (L) עם עומס מעכב שינויים זרם במעגל. מתח המוצא כאן קטן מאשר עם מסנן כניסה קיבולי מכיוון שהמשנק יוצר חיבור סדרתי עם עכבה שנוצרת מהחיבור המקביל של העומס וקבל המסנן. חיבור כזה מוביל להחלקה טובה של גל המתח הפועל בכניסת המסנן, ומשפר את איכות מתח המוצא הקבוע, אם כי הוא מפחית את ערכו.

רכיב ה-AC של מתח המוצא של המיישר מבודד כמעט לחלוטין משראות המשנק, והרכיב האמצעי הוא מתח מוצא האספקה. הנוכחות של משנק מובילה לכך שמשך מצב המוליכה של דיודות המיישר כאן, בניגוד למיישר עם מסנן קיבולי, שווה למחצית התקופה.

תגובת המשנק (L) מפחיתה את הערך של מתח האדוות מכיוון שהיא מונעת מזרם המשנק להגדיל כאשר מתח המוצא של המיישר גדול ממתח העומס, וכן מונע מהזרם לרדת אם מתח המוצא של המיישר קטן מהערך הממוצע.לכן, הזרם בעומס במהלך תקופת הפעולה הוא כמעט קבוע, ומתח הגלים אינו תלוי בזרם העומס.

מסנן אינדוקטיבי-קיבולי רב-חלקי

ניתן לשפר את איכות הסינון של מתח המוצא על ידי חיבור מספר מסננים בסדרה. באיור. 4 מציג מסנן LC דו-שלבי ומראה בערך את צורות גל המתח בנקודות שונות על המסנן ביחס לנקודה משותפת.

אורז. 4

למרות שמוצגים כאן שני מסנני LC המחוברים בסדרה, ניתן להגדיל את מספר החיבורים. הגדלת מספר החיבורים מביאה לירידה באדוות (ומשתמשים במסננים בעלי חיבורים רבים דווקא כאשר יש צורך להשיג אדווה מינימלית במתח המוצא), אך הדבר מפחית את יציבות המייצבים עם מסננים כאלה. בנוסף, עלייה במספר החיבורים מביאה לעלייה בהתנגדות המחוברת בסדרה עם ספק הכוח, מה שמוביל לעלייה בשינויים במתח המוצא עם שינוי בזרם העומס.

מסנן בצורת U

באיור. 5 מציג מסנן בצורת U, שנקרא כך מכיוון שהייצוג הגרפי שלו דומה לאות P. זהו שילוב של מסנני LC קיבוליים ו-L בצורת L.

אורז. 5

נגד R, שמחובר לפלט של המסנן, קיים כמעט תמיד בספקי כוח והוא אופציונלי התנגדות עומס... מטרתו כפולה.

ראשית, הוא מספק נתיב פריקה עבור הקבלים כאשר מתח החשמל מופרע ובכך מונע אפשרות של התחשמלות לאנשי השירות.

שנית, הוא מספק עומס נוסף על ספק הכוח גם כאשר העומס החיצוני כבוי ובכך מייצב את רמת מתח המוצא. הנגד הזה יכול לשמש גם כאלמנט מחלק מתח התנגדות לתפוקות נוספות.

המסנן בצורת U הוא מסנן עם כניסת קבלים בתוספת חיבור בצורת L.פעולת הסינון העיקרית מתבצעת על ידי הקבל C1 הנטען דרך הדיודות המוליכות ונפרק דרך L ו-R... בדומה למסנן רגיל עם כניסה קיבולית, זמן הטעינה של הקבל קצר משמעותית מזמן הפריקה .

Choke L מחליק את אדוות הזרם הזורם דרך הקבל C2, ומספק סינון נוסף. המתח על פני הקבל C2 הוא מתח המוצא. למרות שערכו קטן במעט מאשר בהזנה עם מסנן קיבולי רגיל, האדוות של מתח המוצא מופחתת באופן משמעותי.

גם אם נניח שהקבל C1 נטען דרך הדיודות המוליכות של המיישר לערך משרעת מתח ה-AC המבוא ולאחר מכן נפרק דרך R, המתח של הקבל C2 יהיה פחות מזה של C1, מכיוון שה משנק L, המונע כל שינוי בזרם העומס, עומד במעגל הפריקה של הקבל C1 ויוצר יחד עם C2 ו-R מחלק מתח.

זרם הטעינה של הקבלים C1 ו-C2 עובר דרך הפיתול המשנית של השנאי והדיודות המוליכות של המיישר. כמו כן, כאשר C2 נטען, זרם זה זורם דרך המשנק L... קבל C1 נפרק דרך L ו-R המחוברים בסדרה, ו-C2 נפרק רק דרך התנגדות R. קצב הפריקה של קבל הכניסה C1 תלוי בערך ההתנגדות ר.

קבוע זמן הפריקה של הקבלים הוא פרופורציונלי ישר לערך R... אם הוא גבוה, אז הקבלים נפרקים מעט ומתח המוצא גבוה.בערכים נמוכים יותר של R, קצב הפריקה עולה ומתח המוצא יקטן, שכן ירידה ב-R פירושה הגדלת זרם הפריקה של הקבל. לפיכך, ככל שקבוע זמן פריקת הקבל נמוך יותר, כך הערך הממוצע של מתח המוצא נמוך יותר.

מסנן C-RC בצורת U

בניגוד למסנן שנדון זה עתה במסנן C-RB בצורת U, נגד R מחובר בין שני הקבלים במקום משנק.1 כפי שמוצג באיור. 6.

ההבדלים העיקריים וביצועי המסנן נקבעים על ידי תגובת החנק השונה והתנגדות AC. במקרה הקודם, הריאקטנסים של המשרן L ושל הקבל C2 הם כאלה שמחלק המתח שנוצר על ידם מספק החלקה טובה יותר יחסית של מתח המוצא.

באיור. 6, הן רכיבי זרם ה-DC וה-AC של הזרם המיושר דרך R1. עקב ירידת המתח על פני R1 מהרכיב DC, מתח המוצא יורד וככל שהזרם גדול יותר, כך נפילת מתח זו גדולה יותר. לכן, ניתן להשתמש במסנן C-RC רק עם זרמי עומס נמוך. כמו במקרה של מסננים אינדוקטיביים-קיבוליים, ניתן להשתמש בחיבור רב-מפלסי של מעגלי סינון.

אורז. 6

בחירת מסננים בכל מקרה היא בעיה לא קלה, אבל בכל מקרה אתה צריך להבין את מטרתם ועקרונות הפעולה שלהם בשל העובדה שהם קובעים במידה רבה את הפעולה הנכונה של ספקי כוח.