Сглаживающие фильтры
Сглаживающие фильтры предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения (рис. 83) до необходимого уровня.
Сглаживание пульсаций оценивают коэффициентом сглаживания q, который показывает, во сколько раз коэффициент пульсаций Кп.вых на выходе фильтра меньше коэффициента пульсаций Кп.вх на его входе, т. е. q = Кп.вх/ Кп.вых
Рисунок 83 - Пульсации выпрямленного напряжения
Основными элементами сглаживающих фильтров являются конденсаторы, катушки индуктивности и транзисторы, сопротивление которых различно для постоянного и переменного токов.
Сглаживающие фильтры можно разделить на пассивные и активные (электронные). Пассивные фильтры выполняются на основе реактивных элементов - дросселей и конденсаторов, которые оказывают соответственно большое и малое сопротивление переменному току и наоборот - постоянному. Активные (электронные) фильтры содержат электронные элементы – транзисторы.
В зависимости от типа фильтрующего элемента различают емкостные, индуктивные и электронные фильтры. По количеству фильтрующих звеньев фильтры делятся на однозвенные и многозвенные.
Емкостной фильтр
Этот тип фильтров относится к однозвенным фильтрам. Емкостный фильтр включают параллельно нагрузочному резистору Rн (рис. 84, а). Работу емкостного фильтра удобно рассматривать с помощью временных диаграмм, изображенных на рис. 84, б. В интервал времени t1 - t2 конденсатор через открытый диод Д заряжается до амплитудного значения напряжения u2, так как в этот период напряжение u2 > uс. В это время ток ia = ic + iн. В интервал времени t2 - t3, когда напряжение u2 становится меньше напряжения на конденсаторе uс, конденсатор разряжается на нагрузочный резистор Rн, заполняя разрядным током паузу в нагрузочном токе iн, которая имеется в однополупериодном выпрямителе в отсутствие фильтра. В этот интервал времени напряжение на резисторе RH снижается до некоторого значения, соответствующего времени t3, при котором напряжение u2 в положительный полупериод становится равным напряжению на конденсаторе uс. После этого диод вновь открывается, конденсатор Сф начинает заряжаться и процессы зарядки и разрядки конденсатора повторяются.
Рисунок 84 - Схема емкостного фильтра с однополупериодным выпрямителем (а),
временные диаграммы напряжений и токов (б)
Анализ временных диаграмм показывает, что с изменением емкости конденсатора Сф или сопротивления нагрузочного резистора Rн будет изменяться значение коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения. При этом, чем меньше разрядится конденсатор, тем меньше будут пульсации в выпрямленном токе iн. Разряд конденсатора Сф определяется постоянной времени разрядки τразр = СфRн. При τ > 10 коэффициент сглаживания определяется по формуле
q = 2π fс m Сф Rн
где fс – частота сети, m – число полупериодов выпрямленного напряжения.
Емкостный фильтр целесообразно применять с высокоомным нагрузочным резистором RH при мощности Рн не более нескольких десятков ватт.
Индуктивный фильтр
Индуктивность обладает малым сопротивлением постоянному току и большим переменному. Поэтому индуктивный фильтр (дроссель) включается последовательно с Rн (рис. 85, а). Сглаживание пульсаций основывается на явлении самоиндукции, которая изначально препятствует нарастанию тока, а затем поддерживает его при уменьшении (рис. 85, б).
Рисунок 85 - Схема индуктивного фильтра с однополупериодным выпрямителем (а); временные диаграммы напряжения и токов однополупериодного выпрямителя с индуктивным фильтром (б)
Индуктивные фильтры обычно применяют в трехфазных выпрямителях средней и большой мощностей, т. е. в выпрямителях, работающих на нагрузочные устройства с большими токами.
q = 2π fс m Lф /Rн
Дата добавления: 2021-01-11; просмотров: 399;