पॉवर फिल्टर्स

डीसी उपकरणांना उर्जा देण्यासाठी विविध इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांना व्होल्टेज स्त्रोतांची आवश्यकता असते. आउटपुट व्होल्टेज रेक्टिफायर्स एक pulsating देखावा आहे. त्यामध्ये तुम्ही व्होल्टेजचा सरासरी किंवा डीसी घटक आणि व्हेरिएबल घटक निवडू शकता ज्याला रिपल व्होल्टेज किंवा आउटपुट व्होल्टेजचा रिपल म्हणतात.

अशाप्रकारे, लहर सरासरीपासून आउटपुट व्होल्टेजच्या तात्काळ मूल्याचे विचलन निर्धारित करते आणि सकारात्मक आणि नकारात्मक दोन्ही असू शकते. व्होल्टेज दोन घटकांद्वारे दर्शविले जाते: लाटांची वारंवारता आणि मोठेपणा. रेक्टिफायर्समध्ये, रिपल फ्रिक्वेंसी एकतर इनपुट व्होल्टेजच्या वारंवारतेइतकीच असते (अर्ध-वेव्ह रेक्टिफायरमध्ये) किंवा दुप्पट जास्त (फुल-वेव्ह रेक्टिफायरमध्ये).

अर्ध-वेव्ह रेक्टिफायरमध्ये, इनपुट व्होल्टेजची फक्त एक अर्ध-वेव्ह आउटपुट व्होल्टेज मिळविण्यासाठी वापरली जाते आणि इनपुट व्होल्टेजच्या वारंवारतेनुसार आउटपुट व्होल्टेज एकदिशात्मक अर्ध-लहरींच्या स्वरूपात असते.

फुल-वेव्ह रेक्टिफायर्समध्ये (शून्य-बिंदू आणि ब्रिज दोन्ही), इनपुट व्होल्टेजच्या प्रत्येक अर्ध-वेव्हद्वारे आउटपुट व्होल्टेजच्या अर्ध-लहरी तयार होतात. त्यामुळे येथे तरंग वारंवारता त्याच्यापेक्षा दुप्पट आहे नेटवर्क वारंवारता… जर नेटवर्कमधील विद्युत् प्रवाहाची वारंवारता 50 Hz असेल, तर अर्ध-वेव्ह रेक्टिफायरमधील लहरींची वारंवारता सारखीच असेल आणि पूर्ण-वेव्ह रेक्टिफायरमध्ये ती 100 Hz असेल.

रेक्टिफायर आउटपुट व्होल्टेज रिपलचे मोठेपणा क्रमाने ज्ञात असणे आवश्यक आहे. मध्यम व्होल्टेज घटक उत्सर्जित करणार्‍या रेक्टिफायर्सच्या आउटपुटवर स्थापित केलेल्या फिल्टरची कार्यक्षमता निश्चित करण्यासाठी. हे मोठेपणा सहसा रिपल फॅक्टर (Erms) द्वारे दर्शविले जाते, जे आउटपुट व्होल्टेजच्या व्हेरिएबल घटकाच्या प्रभावी मूल्याचे सरासरी मूल्य (Edc) चे गुणोत्तर म्हणून परिभाषित केले जाते:

r = Erms /Edc

रिपल फॅक्टर जितका कमी असेल तितकी फिल्टरची कार्यक्षमता जास्त. टक्केवारी म्‍हणून व्‍यक्‍त केलेला रिपल फॅक्‍टर देखील सरावात वापरला जातो:

(Erms/Edc)x100%.

कमी पास फिल्टर सामान्यतः वीज पुरवठ्यामध्ये वापरले जातात. हे फिल्टर इनपुटमधून आउटपुटवर जातात, जवळजवळ कोणतेही क्षीणन किंवा क्षीणन नसतात, सिग्नल ज्यांची फ्रिक्वेन्सी फिल्टरच्या कटऑफ फ्रिक्वेन्सीपेक्षा कमी असते आणि सर्व उच्च फ्रिक्वेन्सी प्रत्यक्षपणे फिल्टरच्या आउटपुटमध्ये प्रसारित होत नाहीत.

फिल्टर एक्झिक्युटेबल आहेत प्रतिरोधक, प्रेरक आणि कॅपेसिटर… वीज पुरवठ्यामध्ये फिल्टरचा वापर रेक्टिफायर आउटपुट व्होल्टेज रिपल गुळगुळीत करणे आणि व्होल्टेजचा डीसी घटक वेगळे करणे हे आहे.

वीज पुरवठा उपकरणांमध्ये वापरलेले फिल्टर दोन मुख्य प्रकारांमध्ये विभागलेले आहेत:

• कॅपेसिटिव्ह इनपुटसह फिल्टर,

• प्रेरक इनपुट फिल्टर.

फिल्टर घटकांच्या समावेशाचे वेगवेगळे संयोजन वापरले जातात, ज्याची नावे भिन्न आहेत (U-shaped फिल्टर, L-shaped फिल्टर इ.). मुख्य फिल्टर प्रकार रेक्टिफायरच्या आउटपुटवर थेट स्थापित केलेल्या फिल्टर घटकाद्वारे निर्धारित केला जातो.

अंजीर मध्ये. 1a आणि 1b मुख्य प्रकारचे फिल्टर दाखवतात. यापैकी पहिल्यामध्ये, फिल्टर कॅपेसिटर रेक्टिफायरच्या आउटपुटशी जोडलेला असतो आणि लोड कमी करतो. फिल्टर कॅपेसिटरद्वारे, रेक्टिफायरच्या एसी घटकाचा मुख्य भाग बंद केला जातो. दुस-यामध्ये, रेक्टिफायरच्या आउटपुटशी फिल्टर चोक जोडलेला असतो, जो लोडसह एक मालिका सर्किट बनवतो आणि या मालिका सर्किटमध्ये विद्युत् प्रवाहातील कोणतेही बदल प्रतिबंधित करतो.

तांदूळ. १

एक कॅपेसिटिव्ह इनपुट फिल्टर प्रेरक इनपुट फिल्टरपेक्षा उच्च आउटपुट व्होल्टेज पातळी प्रदान करतो आणि एक प्रेरक इनपुट फिल्टर व्होल्टेज रिपल कमी करते. अशा प्रकारे, जेव्हा जास्त पुरवठा व्होल्टेज आवश्यक असेल तेव्हा कॅपॅसिटिव्ह इनपुट फिल्टर वापरणे उचित आहे आणि जेव्हा चांगली DC आउटपुट गुणवत्ता आवश्यक असेल तेव्हा एक प्रेरक इनपुट फिल्टर वापरणे चांगले.

कॅपेसिटिव्ह इनपुट फिल्टर

जटिल फिल्टरच्या ऑपरेशनचा विचार करण्यापूर्वी, अंजीर मध्ये दर्शविलेल्या सर्वात सोप्या कॅपेसिटिव्ह फिल्टरचे ऑपरेशन समजून घेणे आवश्यक आहे. 2अ. अंजीर मध्ये डिस्प्लेवर फिल्टरशिवाय रेक्टिफायरचे आउटपुट व्होल्टेज. 2b, आणि फिल्टरच्या उपस्थितीत - अंजीर मध्ये. 2c. फिल्टर कॅपेसिटरच्या अनुपस्थितीत, Rl मधील व्होल्टेजमध्ये स्पंदन करणारा वर्ण असतो. या व्होल्टेजचे सरासरी मूल्य हे रेक्टिफायरचे आउटपुट व्होल्टेज आहे.

तांदूळ. 2

फिल्टर कॅपॅसिटरच्या उपस्थितीत, विद्युत प्रवाहाच्या पर्यायी घटकाचा मुख्य भाग कॅपेसिटरद्वारे बंद केला जातो, लोड Rl ला मागे टाकून... आउटपुट व्होल्टेजच्या पहिल्या अर्ध-वेव्हच्या देखाव्यासह फिल्टर कॅपेसिटर चार्ज होण्यास सुरवात होईल केससाठी सकारात्मक, त्यावरील व्होल्टेज रेक्टिफायरच्या आउटपुट व्होल्टेजनुसार बदलेल आणि अर्ध्या चक्राच्या अर्ध्या शेवटी त्याच्या कमाल मूल्यापर्यंत पोहोचेल.

याव्यतिरिक्त, ट्रान्सफॉर्मर दुय्यम व्होल्टेज कमी होते आणि कॅपेसिटर R1 द्वारे डिस्चार्ज करण्यास सुरवात करते, सकारात्मक व्होल्टेज आणि विद्युत प्रवाह हे फिल्टरशिवाय उच्च पातळीवर ठेवते.

कॅपेसिटर पूर्णपणे डिस्चार्ज होण्यापूर्वी, दुसरी पॉझिटिव्ह व्होल्टेज हाफ-वेव्ह उद्भवते, पुन्हा कॅपेसिटरला त्याच्या कमाल मूल्यापर्यंत चार्ज करते. दुय्यम वळण व्होल्टेज कमी होण्यास सुरुवात होताच, कॅपेसिटर पुन्हा लोडवर डिस्चार्ज करणे सुरू करेल. भविष्यात, कॅपेसिटरचे चार्ज आणि डिस्चार्ज चक्र प्रत्येक अर्ध-चक्रामध्ये पर्यायी असतात,

कॅपेसिटरचा चार्जिंग करंट ट्रान्सफॉर्मरच्या दुय्यम वळणातून आणि या अर्ध-चक्राशी संबंधित रेक्टिफायर डायोडच्या जोडीतून वाहतो आणि कॅपेसिटरचा डिस्चार्ज करंट लोड Rl... द्वारे बंद होतो... येथे कॅपेसिटरची अभिक्रिया Rl च्या तुलनेत नेटवर्क वारंवारता लहान आहे. म्हणून, विद्युत् प्रवाहाचा व्हेरिएबल घटक प्रामुख्याने फिल्टर कॅपेसिटरमधून वाहतो आणि व्यावहारिकपणे आरएलमधून वाहतो. डी.सी..

प्रेरक इनपुट फिल्टर

प्रेरक इनपुट फिल्टर किंवा एल-आकाराचे एलसी फिल्टर विचारात घ्या. रेक्टिफायरमध्ये त्याचा समावेश आणि आउटपुट व्होल्टेज वेव्हफॉर्म आकृती 3 मध्ये दर्शविले आहे.

तांदूळ. 3

सीरियल कनेक्शन फिल्टर चोक (एल) लोडसह सर्किटमधील वर्तमान बदलांना प्रतिबंधित करते. येथे आउटपुट व्होल्टेज कॅपेसिटिव्ह इनपुट फिल्टरपेक्षा कमी आहे कारण चोक लोड आणि फिल्टर कॅपेसिटरच्या समांतर कनेक्शनद्वारे तयार केलेल्या प्रतिबाधासह मालिका कनेक्शन बनवते. अशा कनेक्शनमुळे फिल्टरच्या इनपुटवर कार्य करणार्‍या व्होल्टेज वेव्हचे चांगले स्मूथिंग होते, स्थिर आउटपुट व्होल्टेजची गुणवत्ता सुधारते, जरी ते त्याचे मूल्य कमी करते.

रेक्टिफायर आउटपुट व्होल्टेजचा AC घटक चोक इंडक्टन्सपासून जवळजवळ पूर्णपणे वेगळा केला जातो आणि मधला घटक पुरवठा आउटपुट व्होल्टेज असतो. चोकच्या उपस्थितीमुळे येथे रेक्टिफायर डायोड्सच्या कंडक्टिंग स्टेटचा कालावधी, कॅपेसिटिव्ह फिल्टरसह रेक्टिफायरच्या विपरीत, अर्ध्या कालावधीच्या बरोबरीचा असतो.

चोक रिएक्टन्स (L) रिपल व्होल्टेजचे मूल्य कमी करते कारण जेव्हा रेक्टिफायरचे आउटपुट व्होल्टेज लोड व्होल्टेजपेक्षा जास्त असेल तेव्हा ते चोक करंट वाढण्यापासून प्रतिबंधित करते आणि रेक्टिफायरचे आउटपुट व्होल्टेज कमी असल्यास विद्युत् प्रवाह कमी होण्यापासून प्रतिबंधित करते. सरासरी मूल्यापेक्षा. म्हणून, ऑपरेशनच्या कालावधीत लोडमधील विद्युत् प्रवाह व्यावहारिकदृष्ट्या स्थिर असतो आणि लाटांचे व्होल्टेज लोड करंटवर अवलंबून नसते.

मल्टी-सेक्शन प्रेरक-कॅपेसिटिव्ह फिल्टर

आउटपुट व्होल्टेजची फिल्टरिंग गुणवत्ता मालिकेत अनेक फिल्टर जोडून सुधारली जाऊ शकते. अंजीर मध्ये. 4 हे दोन-स्टेज LC फिल्टर दाखवते आणि एका सामान्य बिंदूच्या सापेक्ष फिल्टरवरील वेगवेगळ्या बिंदूंवरील व्होल्टेज वेव्हफॉर्म्स साधारणपणे दाखवते.

तांदूळ. 4

दोन मालिका-कनेक्ट केलेले LC-फिल्टर येथे दाखवले असले तरी, कनेक्शनची संख्या वाढवता येते. कनेक्शन्सची संख्या वाढवल्याने रिपल कमी होते (आणि आउटपुट व्होल्टेजमध्ये किमान रिपल प्राप्त करणे आवश्यक असताना अनेक कनेक्शन असलेले फिल्टर तंतोतंत वापरले जातात), परंतु यामुळे अशा फिल्टरसह स्टॅबिलायझर्सची स्थिरता कमी होते. याव्यतिरिक्त, कनेक्शनच्या संख्येत वाढ झाल्यामुळे वीज पुरवठ्यासह मालिका जोडलेल्या प्रतिरोधकतेमध्ये वाढ होते, ज्यामुळे लोड करंटमधील बदलासह आउटपुट व्होल्टेजमधील बदलांमध्ये वाढ होते.

यू-आकाराचे फिल्टर

अंजीर मध्ये. 5 हे U-आकाराचे फिल्टर दाखवते, त्याला असे म्हणतात कारण त्याचे ग्राफिकल प्रतिनिधित्व P अक्षरासारखे दिसते. हे कॅपेसिटिव्ह आणि L-आकाराचे LC-फिल्टरचे संयोजन आहे.

तांदूळ. ५

एक प्रतिरोधक R, जो फिल्टरच्या आउटपुटशी जोडलेला असतो, जवळजवळ नेहमीच वीज पुरवठ्यामध्ये असतो आणि पर्यायी असतो. लोड प्रतिकार… त्याचा उद्देश दुहेरी आहे.

प्रथम, जेव्हा मुख्य व्होल्टेजमध्ये व्यत्यय येतो तेव्हा ते कॅपेसिटरसाठी डिस्चार्ज मार्ग प्रदान करते आणि अशा प्रकारे सेवा कर्मचार्‍यांना इलेक्ट्रिक शॉक लागण्याची शक्यता टाळते.

दुसरे, बाह्य भार बंद असतानाही ते वीज पुरवठ्यावर अतिरिक्त भार प्रदान करते आणि अशा प्रकारे आउटपुट व्होल्टेज पातळी स्थिर करते. हे रेझिस्टर घटक म्हणून देखील वापरले जाऊ शकते प्रतिरोधक व्होल्टेज विभाजक अतिरिक्त आउटपुटसाठी.

U-shaped फिल्टर हे L-shaped कनेक्शनद्वारे पूरक कॅपेसिटर इनपुटसह फिल्टर आहे.मुख्य फिल्टरिंग क्रिया कॅपेसिटर C1 द्वारे केली जाते, जी कंडक्टिंग डायोडद्वारे चार्ज केली जाते आणि L आणि R द्वारे डिस्चार्ज केली जाते... कॅपेसिटिव्ह इनपुटसह पारंपारिक फिल्टरप्रमाणे, कॅपेसिटरचा चार्जिंग वेळ डिस्चार्जिंग वेळेपेक्षा लक्षणीयरीत्या कमी असतो. .

चोक एल कॅपेसिटर C2 मधून वाहणाऱ्या विद्युत् प्रवाहाच्या तरंगांना गुळगुळीत करते, अतिरिक्त फिल्टरिंग प्रदान करते. कॅपेसिटर C2 मधील व्होल्टेज हे आउटपुट व्होल्टेज आहे. जरी त्याचे मूल्य पारंपारिक कॅपेसिटिव्ह फिल्टरसह फीडिंगच्या तुलनेत थोडेसे लहान असले तरी, आउटपुट व्होल्टेजची लहर लक्षणीयरीत्या कमी होते.

जरी आपण असे गृहीत धरले की कॅपेसिटर C1 रेक्टिफायरच्या कंडक्टिंग डायोडद्वारे इनपुट एसी व्होल्टेजच्या मोठेपणाच्या मूल्यापर्यंत चार्ज केला जातो आणि नंतर R द्वारे डिस्चार्ज केला जातो, तरीही कॅपेसिटर C2 चे व्होल्टेज C1 पेक्षा कमी असेल, कारण चोक एल, जो लोड करंटमधील कोणत्याही बदलांना प्रतिबंधित करतो, कॅपेसिटर C1 च्या डिस्चार्ज सर्किटमध्ये उभा राहतो आणि C2 आणि R, व्होल्टेज डिव्हायडरसह तयार होतो.

कॅपेसिटर C1 आणि C2 चा चार्जिंग करंट ट्रान्सफॉर्मरच्या दुय्यम विंडिंगमधून आणि रेक्टिफायरच्या कंडक्टिंग डायोडमधून जातो. तसेच, जेव्हा C2 चार्ज केला जातो, तेव्हा हा प्रवाह चोक L मधून वाहतो... कॅपेसिटर C1 मालिका-कनेक्ट केलेल्या L आणि R द्वारे डिस्चार्ज होतो आणि C2 फक्त प्रतिरोध R द्वारे डिस्चार्ज होतो. इनपुट कॅपेसिटर C1 च्या डिस्चार्जचा दर प्रतिकाराच्या मूल्यावर अवलंबून असतो आर.

कॅपॅसिटरचा डिस्चार्ज टाइम कॉन्स्टंट हा थेट R व्हॅल्यूच्या प्रमाणात असतो… जर ते जास्त असेल, तर कॅपेसिटर थोडेसे डिस्चार्ज करतात आणि आउटपुट व्होल्टेज जास्त असते.R च्या कमी मूल्यांवर, डिस्चार्ज दर वाढतो आणि आउटपुट व्होल्टेज कमी होईल, कारण R कमी होणे म्हणजे कॅपेसिटरचा डिस्चार्ज करंट वाढवणे. अशा प्रकारे, कॅपेसिटर डिस्चार्ज वेळ स्थिर, आउटपुट व्होल्टेजचे सरासरी मूल्य जितके कमी असेल.

U-shaped C-RC फिल्टर

U-आकाराच्या C-RB C-फिल्टरमध्ये नुकत्याच चर्चा केलेल्या फिल्टरच्या विपरीत, Fig मध्ये दाखवल्याप्रमाणे choke.1 ऐवजी एक रेझिस्टर R दोन कॅपेसिटरमध्ये जोडलेला आहे. 6.

मुख्य फरक आणि फिल्टर कार्यप्रदर्शन वेगवेगळ्या चोक प्रतिसाद आणि AC प्रतिकारांद्वारे निर्धारित केले जाते. मागील प्रकरणात, इंडक्टर L आणि कॅपेसिटर C2 ची प्रतिक्रिया अशा आहेत की त्यांच्याद्वारे तयार केलेला व्होल्टेज डिव्हायडर आउटपुट व्होल्टेजची तुलनेने चांगली स्मूथिंग प्रदान करतो.

अंजीर मध्ये. 6, R1 द्वारे सुधारित करंटचे डीसी आणि एसी दोन्ही घटक. डीसी घटकापासून आर 1 वर व्होल्टेज ड्रॉप झाल्यामुळे, आउटपुट व्होल्टेज कमी होते आणि करंट जितका जास्त असेल तितका हा व्होल्टेज ड्रॉप होतो. म्हणून, सी-आरसी-फिल्टरचा वापर फक्त कमी लोड करंटसह केला जाऊ शकतो. प्रेरक-कॅपेसिटिव्ह फिल्टरच्या बाबतीत, फिल्टर सर्किट्सचे बहु-स्तरीय कनेक्शन वापरणे शक्य आहे.

तांदूळ. 6

कोणत्याही परिस्थितीत फिल्टर निवडणे ही एक सोपी समस्या नाही, परंतु कोणत्याही परिस्थितीत आपल्याला त्यांचे हेतू आणि ऑपरेशनची तत्त्वे समजून घेणे आवश्यक आहे कारण ते मोठ्या प्रमाणात वीज पुरवठ्याचे योग्य ऑपरेशन निर्धारित करतात.