Lastwelligkeitsfrequenz. Welligkeitsfaktor

Welligkeitsfaktor:

Das Verhältnis der Amplitude einer Harmonischen zum durchschnittlichen Wert der gleichgerichteten Spannung.

Gleichrichter dienen der Umwandlung von Wechselspannung aus dem Versorgungsnetz in Gleichspannung. Die Hauptkomponenten von Gleichrichtern sind Ventile – Elemente mit einer deutlich ausgeprägten nichtlinearen Strom-Spannungs-Kennlinie. Als solche Elemente werden Siliziumdioden verwendet.

Einweggleichrichter. Am einfachsten ist ein Einweggleichrichter (Abb. 1.1.2). Die Lastspannung und der Laststrom haben die in Abb. gezeigte Form. 1.1.3. Die Ausgangsspannung ist um den Spannungsabfall an der offenen Diode geringer als die Eingangsspannung.

Reis. 1.1.2

Durchschnittswert der gleichgerichteten Spannung:

Hier ist der Effektivwert der Eingangsspannung. Mithilfe der Formel (1.1.1) können Sie aus einem gegebenen Spannungswert die Eingangsspannung des Gleichrichters ermitteln.

Maximale Sperrspannung der Diode:

Maximaler Diodenstrom:

Reis. 1.1.3

Ein wichtiger Parameter des Gleichrichters ist der Welligkeitsfaktor der gleichgerichteten Spannung, der dem Verhältnis der maximalen und durchschnittlichen Spannungen entspricht. Bei einem Einweggleichrichter beträgt der Welligkeitsfaktor

Gleichgerichtete Spannung und Strom im Stromkreis in Abb. 1.1.2 eine hohe Pulsation aufweisen. Daher wird eine solche Schaltung in der Praxis in Geräten mit geringer Leistung verwendet, wenn kein hoher Grad an Glättung der gleichgerichteten Spannung erforderlich ist.

Vollweggleichrichter. Mit Vollweggleichrichtern lässt sich eine geringere gleichgerichtete Spannungswelligkeit erzielen. In Abb. In Abb. 1.1.4 zeigt eine Gleichrichterschaltung mit einem Ausgang vom Mittelpunkt der Sekundärwicklung des Transformators.

Reis. 1.1.4

In der Sekundärwicklung des Transformators werden Spannungen mit entgegengesetzter Polarität induziert. Die Dioden leiten abwechselnd jeweils für eine halbe Periode Strom. Während der positiven Halbwelle ist die Diode geöffnet VD 1 und negativ - eine Diode VD 2. Der Strom in der Last hat in beiden Halbwellen die gleiche Richtung, sodass die Spannung an der Last die in Abb. gezeigte Form hat. 1.1.5. Die Ausgangsspannung ist um den Spannungsabfall an der Diode geringer als die Eingangsspannung.

Reis. 1.1.5

Bei einem Vollwellengleichrichter ist der Gleichstromanteil von Strom und Spannung im Vergleich zu einer Einwegschaltung verdoppelt:

Aus der letzten Formel ermitteln wir den Effektivwert der Spannung der Sekundärwicklung des Transformators:

Der Welligkeitsfaktor ist in diesem Fall deutlich geringer als der eines Einweggleichrichters:

Da der Strom in der Sekundärwicklung eines Vollweg-Gleichrichtertransformators sinusförmig und nicht pulsierend ist, enthält er keinen Gleichanteil. Gleichzeitig werden Wärmeverluste reduziert, was eine Reduzierung der Abmessungen des Transformators ermöglicht.

Ein wesentlicher Nachteil der Schaltung in Abb. 1.1.4 besteht darin, dass an die gesperrte Diode eine Sperrspannung angelegt wird, die der doppelten Spannungsamplitude eines Zweigs der Sekundärwicklung des Transformators entspricht:

Daher ist es notwendig, Dioden mit einer hohen Sperrspannung zu wählen. Dioden werden in einem Brückengleichrichter effizienter genutzt (Abb. 1.6).

Reis. 1.1.6

Diese Schaltung hat die gleiche durchschnittliche Spannung und das gleiche Welligkeitsverhältnis wie die Mittelpunkt-Gleichrichterschaltung des Transformators. Der Vorteil besteht darin, dass die Sperrspannung an den Dioden halb so groß ist. Darüber hinaus enthält die Sekundärwicklung des Transformators halb so viele Windungen wie die Sekundärwicklung in der Schaltung in Abb. 1.1.4.

Der Welligkeitsfaktor wird am häufigsten bei der Betrachtung von Wechselstrom erwähnt. Dann wird der Welligkeitsfaktor von Spannung oder Strom berücksichtigt. Es gibt eine interne Unterteilung der Spannungs-(Strom-)Welligkeitskoeffizienten in: Spannungs-(Strom-)Welligkeitskoeffizient, Spannungs-(Strom-)Welligkeitskoeffizient durch den Durchschnittswert, durch den Effektivwert.

Im Allgemeinen besteht die Spannungswellenform am Ausgang eines Gleichrichtergeräts aus konstanten (nutzbaren) und wechselnden (pulsierenden) Komponenten.

DEFINITION

Spannungs-(Strom-)Welligkeitskoeffizient Sie nennen einen Wert, der dem Verhältnis des Amplitudenwerts (Maximalwerts) der variablen Komponente der pulsierenden Spannung (Strom) zur Gleichkomponente entspricht.

Wenn wir die gleichgerichtete Spannung in Form einer Fourier-Reihe als Summe einer konstanten Komponente () und einer bestimmten Anzahl () von Harmonischen mit Amplituden darstellen, kann der Spannungswelligkeitskoeffizient () durch die Formel bestimmt werden:

wobei n die harmonische Zahl ist.

In diesem Fall wird die Komponente im Gegensatz zu Pulsationen als nützliches Ergebnis der Gleichrichteraktivität angesehen. Wenn die Pulsationsform komplex ist, ist der Maximalwert möglicherweise nicht die erste Harmonische, aber normalerweise wird k als solche verstanden. Es wird in Berechnungen verwendet und in den technischen Unterlagen der Ausrüstung festgehalten.

Verschiedene Spannungs-(Strom-)Welligkeitskoeffizienten

Der durchschnittliche Welligkeitskoeffizient der Spannung (des Stroms) ist ein Wert, der dem Verhältnis des Durchschnittswerts der variablen Komponente der Welligkeitsspannung (des Stroms) zur konstanten Komponente entspricht.

Der auf dem Effektivwert basierende Spannungs-(Strom-)Welligkeitskoeffizient ist ein Parameter, der sich als Verhältnis des Effektivwerts der variablen Komponente der pulsierenden Spannung (des pulsierenden Stroms) zu ihrer konstanten Komponente ergibt.

Den Verbrauchern ist es oft egal, welche der Harmonischen am Ausgang des Gleichrichtergeräts die größte Reichweite hat. Von Interesse ist der Gesamtpulsationsbereich, der durch den absoluten Pulsationskoeffizienten () gekennzeichnet ist, der durch den Ausdruck bestimmt wird:

Oder verwenden Sie die Formel:

Der Spannungswelligkeitsfaktor wird mit einem Oszilloskop oder zwei Voltmetern gemessen.

Der Welligkeitsfaktor ist eine der wichtigsten Eigenschaften eines Gleichrichters – eines Geräts, das die Wechselspannung einer elektrischen Energiequelle in Gleichspannung umwandeln soll.

Einheiten

Der Pulsationskoeffizient wird als dimensionslose Größe betrachtet oder kann in Prozent angegeben werden.

Beispiele für Problemlösungen

BEISPIEL 1

Übung	Was sind die Welligkeitskoeffizienten für die erste Harmonische, die absoluten Welligkeitskoeffizienten in zwei Berechnungsoptionen, wenn die konstante Spannung am Ausgang des Gleichrichtergeräts 20 V beträgt und die Welligkeitsspannung beträgt?
Lösung	Wir ermitteln den Sfür die erste Harmonische mit dem Ausdruck: wobei n =1. Führen wir die Berechnungen durch: Den absoluten S(Option 1) ermitteln wir mit der Formel: Berechnen wir: Die zweite Option für den absoluten Spannungswelligkeitsfaktor: Berechnen wir es:
Antwort

BEISPIEL 2

Übung

Wenn eine Wechselspannung in Form einer Sinuskurve an die Primärwicklung des Anpassgeräts angelegt wird (Abb. 1), liegt an den Anschlüssen der Sekundärwicklung eine Spannung an: Die Diode leitet nur für die halbe Periode elektrischen Strom die Wechselspannung. In der positiven Hälfte der Periode, wenn das Potential an der Anode der Diode (VD) größer als Null ist, ist diese geöffnet und die gesamte Spannung der Sekundärwicklung des Transformators liegt an der Diode. Wie hoch wird der aktuelle Welligkeitskoeffizient basierend auf dem Durchschnittswert sein?

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Die Spannungswelligkeitsfrequenz an der Last entspricht einer Vollweg-Gleichrichterschaltung.
Vollwellen-Spannungsvervielfachung.| Halbwellen-Spannungsvervielfachungsschaltung. Die Spannungswelligkeitsfrequenz an der Last entspricht einer Vollweg-Gleichrichterschaltung.
ECDs mit variabler Spannungspulsationsfrequenz können bei viel geringeren Trägergasgeschwindigkeiten betrieben werden als Detektoren, die mit einer konstanten Pulsationsfrequenz arbeiten. Mit der in der Arbeit beschriebenen GLC-Methode mit ECD können Sie bis zu 40 Benzodiazepin-Proben pro Tag in einem klinischen Labor analysieren und die endgültigen Ergebnisse noch am selben Tag erhalten.
Dazu müssen die Eigenfrequenz des Filters und die Spannungswelligkeitsfrequenz stark voneinander abweichen.
Da (01п2шф) ist die Möglichkeit von Resonanzphänomenen bei Spannungswelligkeitsfrequenzen ausgeschlossen.
Tuning-Karte für die Fernseher Znamya-58 und Znamya-58M. a – Position der Steuerelemente zur Stromkreiseinstellung auf der Lampenseite. b - das gleiche, von der Installationsseite. c - Frequenzgang des Verstärkers vom Jl-Lampengitter. a - das gleiche, vom Lampengitter L. und - Frequenzgang des Bildkanals. e - das gleiche, HRC.| Frequenzgang des Videoverstärkers. Kurve / ist das Merkmal der zweiten Stufe. Kurve / / - die Gesamtcharakteristik der beiden Kaskaden. Die Spannungswelligkeit an der Kathode der L9-Lampe ist in der Phase entgegengesetzt und in der Frequenz gleich der Spannungswelligkeit am Gitter der Wahllampe. Durch die Addition dieser Spannungen sinkt der Gesamthintergrundpegel im Anodenkreis des Rahmeund die Stabilität der Rahmensynchronisation erhöht sich.
Glättungsfilterdrosseln können auch bedingt nach Energie, gekennzeichnet durch den Wert / 20L Nr., in Drosseln mit niedriger, mittlerer und hoher Leistung klassifiziert werden; nach Spannungs- und Stromwelligkeitsfrequenz: Niederfrequenz und Hochfrequenz; über die Konstruktionsmerkmale des Magnetkerns und der Wicklungen sowie über die Betriebseigenschaften.
Fotoelektrische Drehzahlmesserwandler basieren auf dem Auftreten einer pulsierenden elektrischen Spannung im Fotozellenkreis als Folge der periodischen Unterbrechung eines auf die Fotozelle einfallenden Lichtstrahls durch eine rotierende Turbine. Die Frequenz der Spannungspulsation im Fotozellenkreis ist proportional zur Drehung der Turbine. Solche Wandler erzeugen zwar kein Bremsmoment, sind aber konstruktiv aufwändiger als induktive oder induktive Wandler. Typischerweise sind der Illuminator (Glühbirne) und die Fotozelle auf verschiedenen Seiten der Turbine installiert und durch haltbares Glas von der zu messenden Substanz getrennt. Im Gehäuse der Turbine sind ein oder mehrere Löcher angebracht, die bei Drehung der Turbine eine periodische Beleuchtung der Fotozelle mit vom Illuminator einfallendem Licht bewirken. Um einen hochfrequenten Photostrom zu erhalten, werden verschiedene Mittel eingesetzt. In dieser Arbeit wird zu diesem Zweck ein Zahnrad verwendet, dessen Zahn jeweils den auf die Fotozelle einfallenden Lichtstrahl moduliert. Ein anderer Durchflussmesser verwendet drei fotoelektrische Wandler, die jeweils aus einer Lampe, einem Fotowiderstand und zwei optischen Prismen bestehen, die die Fotowiderstände und die Lampe von der Flüssigkeit trennen.
Ein Tachogenerator ist ein Gleichstromgenerator bestimmter Bauart, der eine strikte Proportionalität der Drehzahl zur Ausgangsspannung, Temperaturunabhängigkeit, Langzeitstabilität und geringe Welligkeit der Ausgangsspannung gewährleistet. Wenn die Spannungswelligkeitsfrequenz des Tachogenerators, die durch die Anzahl der Statorschlitze bestimmt wird, nahe an der Spannungswelligkeitsfrequenz des Wandlers liegt, können Schwebungen auftreten, die den Betrieb des Steuersystems stören. Bei einem sechspulsigen Wandler, dessen Hauptpulsfrequenz 300 Hz beträgt, können Schwebungen beispielsweise bei 30 Nuten und einer Drehzahl von etwa 600 U/min auftreten.
Basierend auf (95) werden L und C gemäß den Empfehlungen der Formeln (93) unter Berücksichtigung von Designüberlegungen und unter Vermeidung des Resonanzphänomens in den Filterelementen ausgewählt. Im letzteren Fall ist es erforderlich, dass die Eigenfrequenz des Filters u0l / ] / Z C kleiner als die Spannungswelligkeitsfrequenz der ersten Harmonischen und nicht ein Vielfaches davon ist.
Die Analyse zeigt, dass der Transformator in einer Vollwellenschaltung viel besser genutzt wird als in einer Halbwellenschaltung, da keine erzwungene Magnetisierung des Kerns durch die Gleichkomponente des Sekundärwicklungsstroms erfolgt. Der Durchschnitts- und Maximalwert des Ventilstroms halbiert sich bei gleichem Laststrom. Die Frequenz der Spannungswelligkeiten an der Last verdoppelt sich. Die Sperrspannung am Ventil ist immer noch hoch.
Daraus können wir schließen, dass es notwendig ist, sich auf die Werte der Speicherkapazität C – (Yun – 50) – 103 pF und der Spannung darüber t / 10 kV zu konzentrieren, was eine gewisse Schwierigkeit bei der Umsetzung darstellt eines solchen Lichtblitzgenerators. Auch bei Hochspannungsnetzteilen sollten Sie auf die Qualität achten. Das Strobotron kann mit der Spannungspulsfrequenz an den Elektroden gezündet werden, die durch die Netzfrequenz und die Mehrphasenbeschaffenheit des Gleichrichters bestimmt wird.

Gleichrichterschaltungen mit Spannungsvervielfachung können transformatorbasiert oder transformatorlos sein. Als Beispiel in Abb. Abbildung 4.22 zeigt Gleichrichterschaltungen mit Zwei-, Drei- und Sechsfachvervielfachungen. Die Funktionsweise dieser Schaltkreise ist bekannt und nur zur Erinnerung möchten wir darauf hinweisen, dass der Spannungsmultiplikationsfaktor ungefähr eine ganze Zahl ist, die Spannungswelligkeitsfrequenz an der Last durch die Versorgungsspannungsfrequenz (ynfc), die Anzahl der Ventile usw. bestimmt wird Kondensatoren ist gleich dem Spannungsmultiplikationsfaktor. Der Einsatz solcher Schaltungen ist nur bei geringen Lastströmen gerechtfertigt, wenn die Kondensatoren der Schaltung im Teilentladungsmodus arbeiten.

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

Der Wechselanteil wird durch Harmonische gebildet. Die harmonischen Frequenzen werden durch die Gleichheit bestimmt

f(n) = kmf ,

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

Bewertet wird die Qualität der gleichgerichteten Spannung Welligkeitsfaktor p, die vom Durchschnittswert 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 ab und ist nicht von der konkreten Impulszahl abhängig. Die Harmonischen der kleinsten Zahlen haben die größte Amplitude.

Der Effektivwert der Spannung der harmonischen Komponente der Ordnung n hängt vom Mittelwert der gleichgerichteten Spannung Ud eines idealen ungeregelten Gleichrichters ab:

In realen Schaltkreisen erfolgt der Stromübergang von einer Diode zur anderen über einen bestimmten endlichen Zeitraum, der in Bruchteilen gemessen und aufgerufen wird Kommutierungswinkel. Das Vorhandensein von Kommutierungswinkeln erhöht die Amplitude der Harmonischen erheblich. Dadurch wachsen sie gleichgerichtete Spannungswelligkeit.

Der Wechselanteil der gleichgerichteten Spannung, bestehend aus nieder- und hochfrequenten Oberwellen, erzeugt in der Last einen Wechselstrom, der sich störend auf andere elektronische Geräte auswirkt.

Für Reduzierung der gleichgerichteten Spannungswelligkeit zwischen den Ausgangsklemmen des Gleichrichters und der Last umfassen Anti-Aliasing-Filter, was die Welligkeit der gleichgerichteten Spannung durch Unterdrückung von Oberwellen deutlich reduziert.

Die Hauptelemente von Glättungsfiltern sind (Drosseln) und bei kleinen Leistungen Transistoren.

Der Betrieb passiver Filter (ohne Transistoren und andere Verstärker) basiert auf der Frequenzabhängigkeit des Widerstandswerts der reaktiven Elemente (Induktivität und Kondensator). Reaktanz von Induktor Xl und Kondensator Xc: Xl = 2πfL, Xc = 1/2πfC,

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

Aus den Formeln für den Widerstand reaktiver Elemente folgt, dass mit zunehmender Stromfrequenz der Widerstand der Spule zunimmt und der Widerstand des Kondensators abnimmt. Bei Gleichstrom ist der Widerstand des Kondensators unendlich und der Widerstand der Induktivität Null.

Diese Funktion ermöglicht es der Induktivität, die Gleichkomponente des gleichgerichteten Stroms frei durchzulassen und Oberwellen zu verzögern. Darüber hinaus gilt: Je höher die harmonische Zahl (je höher ihre Frequenz), desto effektiver wird sie verzögert. Im Gegenteil: Ein Kondensator blockiert den Gleichstromanteil vollständig und lässt Oberschwingungen durch.

Der Hauptparameter, der die Effizienz des Filters charakterisiert, ist Glättungs-(Filter-)Koeffizient

q = p1 / p2,

Dabei ist p1 der Welligkeitsfaktor am Gleichrichterausgang in einer Schaltung ohne Filter, p2 der Welligkeitsfaktor am Filterausgang.

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. Schaltkreise passiver Glättungsfilter in L-Form (a) und U-Form (b) zur Reduzierung der gleichgerichteten Spannungswelligkeit

Ausgangsdaten zur Berechnung der Induktivität der Filterdrossel L und der Kapazität des Filterkondensators C sind der Welligkeitsfaktor des Gleichrichters, die Möglichkeit des Schaltungsaufbaus sowie der erforderliche Welligkeitsfaktor am Filterausgang.

Die Berechnung der Filterparameter beginnt mit der Bestimmung des Glättungskoeffizienten. Als nächstes 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 μF. Es empfiehlt sich, bei hohen Betriebsspannungen kleinere Kapazitätswerte aus dieser Serie zu verwenden, bei niedrigen Spannungen größere Kapazitäten.

Die Induktivität der Induktivität in einer L-förmigen Filterschaltung kann aus dem Näherungsausdruck bestimmt werden

für ein U-förmiges Schema –

In der Formel wird die Kapazität in Mikrofarad eingesetzt und das Ergebnis in Henry erhalten.

Gleichgerichtete Spannungswelligkeitsfilterung