Cómo reducir la ondulación del voltaje rectificado
El voltaje que reciben los rectificadores no es constante, sino pulsante. Consta de componentes constantes y variables. Cuanto mayor sea la componente variable con respecto a la constante, mayor será la perturbación y peor la calidad de la tensión rectificada.
La componente variable está formada por armónicos. Las frecuencias armónicas están definidas por la igualdad
f(n) =kmf,
donde k es el número armónico, k = 1, 2, 3,…, m es el número de pulsos de la tensión rectificada, f es la frecuencia de la tensión de red.
Se evalúa la calidad del coeficiente p de ondulación de la tensión rectificada, que depende del valor medio de la tensión rectificada y de la amplitud del armónico fundamental en la carga.
El orden de los componentes armónicos n = km contenidos en la curva de tensión rectificada depende únicamente del número de pulsos y no depende de la específica circuitos rectificadores... Los armónicos de los números más bajos tienen la amplitud más alta.
El valor efectivo de la tensión de la componente armónica del orden de n depende del valor medio de la tensión rectificada Ud de un rectificador ideal no regulado:
En los circuitos reales, la transición de corriente de un diodo a otro tiene lugar dentro de un cierto período de tiempo finito, medido en fracciones. período de tensión alterna y llamado ángulo de conmutación... La presencia de ángulos de conmutación aumenta en gran medida la amplitud de los armónicos. Como resultado, crece la excitación de onda rectificada.
El componente de CA del voltaje rectificado, que consta de armónicos de baja y alta frecuencia, crea una corriente de CA en la carga que interfiere con otros dispositivos electrónicos.
Para reducir la ondulación del voltaje rectificado entre los terminales de salida del rectificador y la carga, incluya un filtro de suavizado, que reduce significativamente la ondulación del voltaje rectificado mediante la supresión de armónicos.
Los elementos principales de los filtros de suavizado son inductores (aceleradores) y condensadores, y a bajas potencias y transistores.
El funcionamiento de los filtros pasivos (sin transistores y otros amplificadores) se basa en la dependencia de la frecuencia del valor de resistencia de los elementos reactivos (inductor y condensador). Resistencia del inductor Xl y condensador X° C: Xl = 2πfL, X° C = 1 / 2πfC,
donde f es la frecuencia de la corriente que fluye a través del elemento reactivo, L es la inductancia del estrangulador, C es la capacitancia del capacitor.
De las fórmulas para la resistencia de los elementos reactivos se deduce que con un aumento en la frecuencia de la corriente, la resistencia de la bobina inductancia (estrangulador) aumenta y el condensador disminuye. Para corriente continua, la resistencia del capacitor es infinita y el inductor es cero.
Esta característica permite que el inductor pase libremente el componente de CC de la corriente rectificada y retarde los armónicos.Además, cuanto mayor sea el número armónico (cuanto mayor sea su frecuencia), más efectivamente se ralentiza. Por el contrario, el capacitor bloquea completamente el componente DC de la corriente y deja pasar los armónicos.
El parámetro principal que caracteriza la efectividad del filtro es el coeficiente de suavizado (filtrado)
q = p1 / p2,
donde p1 es el factor de ondulación de la salida del rectificador en un circuito sin filtro, p2 es el factor de ondulación de la salida del filtro.
En la práctica, se utilizan filtros pasivos en forma de L, en forma de U y resonantes. Los más utilizados son en forma de L y en forma de U, cuyos diagramas se muestran en la Figura 1
Figura 1. Esquemas de suavizado pasivo de filtros en forma de L (a) y en forma de U (b) para reducir la ondulación del voltaje rectificado
Los datos iniciales para calcular la inductancia de la bobina de filtro L y la capacitancia del condensador de filtro C son el factor de ondulación del rectificador, la variante del circuito y el factor de ondulación requerido de la salida del filtro.
El cálculo de los parámetros del filtro comienza con la determinación del coeficiente de suavizado. Luego, debe elegir aleatoriamente el circuito de filtro y la capacitancia del capacitor que contiene. La capacitancia del condensador de filtro se selecciona del rango de capacitancia que se indica a continuación.
En la práctica se utilizan capacitores con las siguientes capacidades: 50, 100, 200, 500, 1000, 2000, 4000 uF. Se recomienda utilizar valores de capacitancia más pequeños de esta serie a voltajes de operación altos y capacitancias grandes a voltajes bajos.
La inductancia de estrangulamiento en el circuito de filtro en forma de L se puede determinar a partir de la expresión aproximada
para un esquema en forma de U -
En las fórmulas, la capacitancia se sustituye en microfaradios y el resultado se obtiene en henrios.
Filtrado de voltaje de ondulación rectificado de voltaje