Оценка мешающего действия пульсации напряжения

Если в выпрямленном напряжении имеются гармоники с часто­тами f₁, f₂, …f_n. амплитудные напряжения которых соответственно U₁, U₂, … U_n, то полное эффективное напряжение помех определяется как среднее квадратичное из выражения

. (4.1)

При оценке мешающего действия переменной составляющей выпрямленного напряжения прежде всего учитывают первую и ближайшие к ней гармонические составляющие, имеющие наи­большие амплитуды. Однако гармоники, которые имеют неболь­шие амплитуды, могут оказывать большее мешающее действие, если частоты этих гармоник совпадают с частотами рабочих сигналов, существующих в питаемой аппаратуре. При оценке ме­шающего действия переменной составляющей на работу аппарату­ры, предназначенную для сигналов, воспринимаемых органами слуха человека (телефонная, радиовещательная и др.), необходимо учитывать не только напряжение гармоник, совпадающих со спектром рабочих сигналов, но и чувствительность человеческого уха к колебаниям различных частот.

Если создать звуковые колебания на различных частотах с одинаковой интенсивностью и принять чувствительность челове­ческого уха к колебаниям с частотой 800 Гц за исходную, то колебания в диапазоне от 800 до 1100 Гц будут восприниматься, как более громкие звуки, а колебания ниже 800 Гц и выше 1100 Гц - как менее громкие. В связи с этим в акустике введено понятие о псофометрическом коэффициенте а_n, который позволяет учитывать сте­пень чувствительности человеческого уха к колебаниям различных частот. Значения этого коэффициента определены экспериментально.

В устройствах электропитания при оценке мешающего действия гармонических составляющих на выходе выпрямителя также поль­зуются псофометрическим коэффициентом. В этом случае он пока­зывает степень мешающего действия колебаний данной частоты по сравнению с мешающим действием колебаний с частотой 800 Гц.

Ниже приведены значения псофометрического коэффициента для наиболее часто встречающихся гармоник переменной составляю­щей выпрямленного напряжения.

Напряжение помех с учетом чувствительности органов слуха человека к колебаниям различных частот называют псофометрическим напряжением. Полное эффективное псофометрическое на­пряжение помех, содержащих ряд гармоник,

,

где а_х, а₂,.. . , а_n - псофометрические коэффициенты для соответствующих гармоник.

На характер и амплитуду пульсации выпрямленного напряжения существенное влияние оказывают не только схема выпрямления и наличие индуктивностей, приводящих к явлению перекрытия фаз, но и ряд других причин. Так, вследствие неравномерной нагрузки фаз трехфазной сети, асимметрии в схеме выпрямителя или наличия в схемах выпрямителей дросселей насыщения, обладающих значи­тельной нелинейностью, могут появиться гармоники с частотами, не характерными для принятой схемы выпрямления. В результате действия этих факторов амплитуды гармонических составляющих пульсирующего напряжения могут существенно отличаться от при­веденных значений (см. таблицу 4.1), поэтому при расчете фильтров чаще всего руководствуются данными, получаемыми измерением отдельных гармонических составляющих с помощью анализаторов спектра.

Полное эффективное (среднее квадратичное) напряжение пуль­сации измеряется вольтметром с квадратичной характеристикой детектирования и частотным диапазоном от 20 до 20000 Гц.

В связи с тем что гармоники в диапазонах частот ниже и выше 300 Гц по-разному сказываются на работе аппаратуры многока­нальной связи, при измерении напряжения пульсации вольтметр подключают к контролируемой цепи через специальные фильтры нижних и верхних частот с частотами среза 300 Гц. Псофометри­ческое напряжение пульсации измеряется псофометром. В отличие от вольтметра псофометр снабжен фильтром, позволяющим учесть различную чувствительность органов слуха к колебаниям различ­ных частот.

Допустимые амплитуды пульсации выпрямленного напряжения питания аппаратуры автоматики и связи обычно указываются в технических условиях на аппаратуру. Для стационарной аппара­туры проводной и радиорелейной связи, выпускавшейся до 1985 г., напряжения питания и допустимое напряжение пульсации при­ведены в табл. 4.2.

Для стационарной аппаратуры электросвязи, выпускаемой с 1985 г., постоянное напряжение питания и допустимое напряжение пульсации приведены в табл. 4.3.

Для радиоэлектронной аппаратуры допустимая амплитуда пульсации выпрямленного напряжения часто задается в виде коэффициента пульсации, выраженного в процентах. Ориентировочные допустимые коэффициенты пульсации для некоторых эле­ментов радиоаппаратуры приведены ниже.

Таблица 4.2

Таблица 4.3

Амплитуда пульсации напряжения на выходе схемы выпрямле­ния в большинстве случаев превышает допустимое значение. Для снижения амплитуды пульсации применяют сглаживающие фильтры.

Рисунок 4.1 – Сглаживающие фильтры

Схемы и конструкция фильтров могут быть самыми разнооб­разными. Простейшие фильтры (рисунок 4.1, а и б) обычно состоят из одного элемента (индуктивности или емкости). Одно- и многозвен­ные фильтры (рисунок 4.1, в, г и д) состоят из различных комбинаций L, С и R.. В резонансных фильтрах (рисунок 4.1, е и ж) имеются резо­нансные контуры, настроенные на одну из гармоник (обычно первую) выпрямленного напряжения. Электронные фильтры

(рисунок 4.1, з), в которых в качестве управляемого сопротивления, подавляющего переменную составляющую, используются схемы с транзисторами. В фильтрах с аккумуляторной батареей (рисунок 4.1, и) аккумуляторная батарея, кроме основного своего назначения -резервирования питания, выполняет вторую задачу - обеспечивает уменьшение пульсации. Для питания стационарной аппаратуры автоматики и связи на железнодорожном транспорте наиболее широкое распространение получили схемы фильтров (см. рисунок 4.1, а, г, д и и).

Основным параметром сглаживающих фильтров является коэф­фициент фильтрации, который показывает, во сколько раз фильтр уменьшает амплитуду напряжения соответствующей гармоники ,где U_{n вх} и U_{n вых} - амплитудные значения напряже­ния n-й гармоники соответственно на входе и выходе фильтра.