Фильтрация выпрямленного напряжения
Напряжение на нагрузке является пульсирующим. Его мгновенное значение uн изменяется в течение полупериода от максимального значения до нуля. Напряжение uн помимо постоянной составляющей Uн содержит переменную составляющую, представляющую собой сумму гармоник. Разложение в ряд Фурье кривой uн позволяет определить амплитуды этих гармоник.
Так для однополупериодной схемы выпрямления (рис.39) постоянная составляющая:
(20)
Гармонические составляющие имеют разную амплитуду, но наибольшую амплитуду имеет первая гармоника:
(21)
Сглаживающие фильтры применяют для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения до уровня, который требуется по условиям эксплуатации в устройствах, питаемых данным выпрямителем. Для оценки качества выпрямленного напряжения используют следующие величины:
· коэффициент пульсации (22)
· коэффициент сглаживания (23)
где – коэффициент фильтрации.
– потери напряжения на Rd устройства сглаживающего пульсации.
Тогда коэффициент сглаживания: (24)
Если потери отсутствуют (λ = 1) то: S = КФ (25)
Типы фильтров
Для сглаживания пульсаций применяют:
· Пассивные фильтры(R, L, C).
· Активные фильтры (включают в себя кроме пассивных элементов еще и активные – транзисторы).
1. Пассивные фильтры 1.1. «С» фильтр
Устройство схемы.
Емкость включается параллельно нагрузке (рис.40) и шунтирует ее по переменной составляющей тока (напряжения). Важно, чтобы сопротивление конденсатора для основной гармоники пульсаций было много меньше сопротивления нагрузки, так как только в этом случае падение напряжения от переменной составляющей тока на параллельно включенных конденсаторе и нагрузке будет мало:
(26)
Недостаток: применяется только для маломощных потребителей, при Rн ® ¥.
1.2. «L» фильтр
Устройство схемы.
Индуктивный фильтр (рис.41) включается последовательно с нагрузкой и представляет собой большое сопротивление для переменной составляющей тока (напряжения). Вследствие включения индуктивного фильтра переменная составляющая тока выпрямителя в нагрузке значительно уменьшается и падение напряжения от этой составляющей на сопротивлении нагрузки Rн становится незначительным. Так как реактивное сопротивление фильтра
Zф= W×Lф (27)
то фильтр лучше служит для сглаживания тока в нагрузке при больших Kп.
Недостаток: индуктивный фильтр применяется только при высокой частоте пульсации и малом сопротивлении нагрузки.
1.3. «Г» – образные фильтры 1.3.1. «L – C» фильтр
Устройство схемы.
Г–образный LC–фильтр (рис.42) состоит из индуктивности, включенной последовательно с сопротивлением нагрузки, и емкости, шунтирующей нагрузку. Назначение элементов L и С фильтра LC аналогично изложенному ранее. Коэффициент сглаживания для фильтра равен:
SГ = SLф×SCф. (28)
Потери напряжения на фильтре, сглаживающем напряжение: l @ 1.
Достоинство: большой коэффициент сглаживания SГ.
Недостаток: при малых частотах выпрямляемого напряжения габариты фильтра значительно возрастают.
1.3.2. «R–C» фильтр
Устройство схемы.
Г–образный RC–фильтр (рис.43) состоит из активного сопротивления R, включенного последовательно с нагрузкой Rн и емкости С, включенной параллельно нагрузке. Сопротивление R ограничивает переменную составляющую выпрямленного тока. Емкость С шунтирует сопротивление нагрузки для переменной составляющей тока. Хорошее сглаживание получается при условии:
RH>> (29)
т.е. в маломощных условиях (RH à ∞).
Достоинства: небольшие размеры, вес и стоимость, а также простота исполнения в связи с отсутствием сглаживающего дросселя.
Недостаток: потери мощности на сопротивлении R, вследствие чего RC–фильтр целесообразно применять только в выпрямителях на малые токи. Кроме того RC–фильтр имеет характеристики хуже, чем у «L–C» фильтра, так как l > 1, а значит коэффициент сглаживания S данной схемы меньше чем у «L–C» фильтра.
1.4. «П» образный фильтр
Устройство схемы.
П–образный фильтр (рис.44) представляет собой последовательное включение емкостного C и Г–образного LC - фильтров.
Достоинство: у П–образного фильтра коэффициент сглаживания больше, чем у «L–C» фильтра:
SП = SГ×SCф (30)
Дата добавления: 2016-01-26; просмотров: 2763;