Elektrifiltrid — määratlus, klassifikatsioon, omadused, põhitüübid

Tööstuslikud energiaallikad pakuvad praktilist sinusoidsed pingekõverad… Samal ajal erinevad perioodilised vahelduvvoolud ja pinged järsult harmoonilistest.

Elektrifiltreid saab kasutada pingelainete tasandamiseks alaldid, demodulaatorid, mis muudavad amplituudmoduleeritud kõrgsagedusvõnkumised suhteliselt aeglasteks signaalipinge muutusteks ja muudes sarnastes seadmetes.

Lihtsamal juhul võite piirduda koormusega jadaühendusega induktiivpoolid, mille takistus suureneb harmoonilise järjekorra suurenedes ja on madalsageduslike võnkumiste ja veelgi enam konstantse komponendi puhul suhteliselt väike. Efektiivsem on kasutada U-kujulisi, T-kujulisi ja L-kujulisi filtreid.

Elektrifiltrite põhimõisted ja klassifikatsioon

Filtri selektiivsus on selle võime valida teatud kasulikule signaalile omane sagedusvahemik kogu selle sisendisse sisenevate voolude sagedusspektrist.

Hea selektiivsuse saavutamiseks peab filter läbima voolu sagedustel, mis on omased soovitud signaalile minimaalse sumbumisega ja omama maksimaalset sumbumist kõikidel muudel sagedustel. Selle filtri kohaselt saab anda järgmise definitsiooni.

Elektrifiltrit nimetatakse neljapooluseliseks seadmeks, mis edastab voolu teatud sagedusribas vähese sumbumisega (ribalaiusega) ja voolusid, mille sagedused jäävad sellest ribast väljapoole — suure sumbumisega või, nagu tavaliselt öeldakse, ei läbi (mitte- edastusriba).

Vastavalt ahelate ülesehitusele jagunevad filtrid ahel- (kolonn) ja sildfiltriteks. Kettfiltrid on T-, P- ja L-kujuliste sillaahelate järgi valmistatud filtrid. Sildfiltrid on sillaahelal valmistatud filtrid.

Sõltuvalt elementide olemusest jagatakse filtrid järgmisteks osadeks:

• LC — mille elemendid on induktiivsus ja mahtuvus;

• RC — mille elemendid on aktiivsed takistused ja võimsused;

• resonaator — mille elemendid on resonaatorid.

Vastavalt energiaallikate olemasolule filtriahelas jagunevad need järgmisteks osadeks:

• passiivne – ei sisalda vooluringis energiaallikaid;

• aktiivne - sisaldab ahelas energiaallikaid lambi või kristallvõimendi kujul; nimetatakse mõnikord ka aktiivelementide filtriteks.

Filtri jõudluse täielikuks iseloomustamiseks on vaja teada selle elektrilisi omadusi, sealhulgas sumbumise, faasinihke ja iseloomuliku impedantsi sagedussõltuvusi.

Parim on filter, millel on minimaalse arvu elementidega:

• summutuskarakteristiku maksimaalne järsus;

• kõrge sumbumine mitteedastusribas;

• minimaalne ja pidev sumbumine pääsuribas;

• pääsuriba iseloomuliku impedantsi maksimaalne püsivus;

• lineaarne faasireaktsioon;

• sagedusriba ja selle laiuse hõlpsa ja sujuva reguleerimise võimalus;

• karakteristikute püsivus, mis ei sõltu: filtri sisendil mõjuvatest pingetest (vooludest), keskkonna temperatuurist ja niiskusest, samuti väliste elektriliste ja magnetiliste häirete mõjust;

• võime töötada erinevates sagedusvahemikes;

• filtri suurus, kaal ja maksumus peavad olema minimaalsed.

Kahjuks ei ole olemas ühte elementaarset tüüpi filtrit, mille omadused vastaksid kõigile neile nõuetele. Seetõttu kasutatakse olenevalt konkreetsetest tingimustest seda tüüpi filtreid, mille omadused vastavad kõige paremini tehnilistele nõuetele. Väga sageli on vaja rakendada filtreid keerulistele ahelatele, mis koosnevad erinevat tüüpi elementaarsetest ühendustest.

Kõige tavalisemad filtrite tüübid

Joonisel fig. 1 on kujutatud lihtsa L-kujulise filtri skeem, mille induktiivpool L ja kondensaator C on ühendatud vastuvõtja rpr ja alaldi V vahele.

Kõigi sageduste vahelduvvoolud vastavad olulisele induktiivpooli takistusele ja paralleelselt ühendatud kondensaator edastab kõrgsageduslikud jääkvoolud mööda paralleelset haru. See vähendab oluliselt pinge pulsatsiooni koormuses. rNS.

Kasutada saab ka kahest või enamast sarnasest lingist koosnevaid filtreid. Mõnikord kasutatakse induktiivpoolide asemel lihtsaid takistitega filtreid.

Riis. 1.Lihtsaim siluv L-kujuline elektrifilter

Täiustatud on nende kasutatavad resonantsfiltrid resonantsnähtused.

Kui induktiivpool ja kondensaator on ühendatud järjestikku, kui fwL = 1 / (kwV), on vooluahelal kõrgeim juhtivus (aktiivne) sagedusel fw ja resonantsilähedases sagedusribas üsna kõrge juhtivus. See ahel on lihtne ribapääsfilter.

Kui induktiivpool ja kondensaator on ühendatud paralleelselt, on sellisel ahelal madalaim juhtivus resonantssagedusel ja suhteliselt madal juhtivus resonantssagedusele lähedases sagedusribas. Selline filter on teatud sagedusriba blokeeriv filter.

Lihtsa ribapääsfiltri jõudluse parandamiseks on võimalik kasutada skeemi (joonis 2), kus induktiivpool ja kondensaator on paralleelselt ühendatud vastuvõtjaga paralleelselt. Selline vooluahel on samuti häälestatud resonantsi kitsede sagedusega ja sellel on valitud sagedusriba voolude jaoks väga kõrge takistus ja muude sageduste voolude jaoks palju väiksem takistus.

Riis. 2. Lihtsa ribapääsfiltri skeem

Sarnast filtrit saab kasutada modulaatorites, mis tekitavad teatud sagedusel moduleeritud võnkumisi. Modulaatorile M rakendatakse madalsageduslikku signaalipinget Uc, mis muundatakse moduleeritud kõrgsageduslikeks võnkudeks ning filter eraldab pinge vajalikust sagedusest, mis suunatakse koormusele rNS.

Oletame näiteks, et ahelat läbib mittesinusoidne vahelduvvool ja vastuvõtja voolukõveralt tuleb elimineerida väga suured kolmanda ja viienda harmoonilise voolud.Järgmisena lülitame ahelasse vaheldumisi kaks ahelat, mis on häälestatud resonantsile kolmanda ja viienda harmoonilise jaoks (joonis 3, a).

Vasakpoolse liini impedants, mis on häälestatud resonantsile sagedusel 3w, on sellel sagedusel väga suur ja kõigi teiste harmooniliste puhul väike; sarnast rolli mängib sagedusele 5w resonantsile häälestatud parempoolne vooluahel... Seetõttu ei sisalda sisendvastuvõtja voolukõver peaaegu kolmandat ja viiendat harmoonilist (joon. 3, b), mis surutakse maha. filter.

Riis. 3. Skeem järjestikku ühendatud resonantsahelatega, mis on häälestatud resonantsile kolmanda ja viienda harmoonilise jaoks: a — skeem; b — vastuvõtja pinge ja vooluahela ning voolu inp kõverad

Riis. 4. Bandpassfiltri väljundpinge kõver

Mõnel juhul tehakse keerukamaid ribapääsfiltreid, aga ka väljalülitusfiltreid, mis läbivad või ei lase läbi teatud sagedusel algavaid võnkumisi. Sellised filtrid koosnevad T- või U-kujulistest ühendustest.

Filtrite tööpõhimõte seisneb selles, et sageduste sagedusalas, näiteks ribapääsfiltris, tekib resonants n + 1 sagedustel, kus n on ühenduste arv. Sellise kolmest ühendusest koosneva filtri kõver Uout = f (w) on näidatud joonisel fig. 4. Resonants tekib sagedustel w1,w2,w3 ja w4.

Vaata ka sellel teemal: Võimsusfiltrid jaSagedusmuundurite sisend- ja väljundfiltrid