Сглаживающие фильтры. Наличие значительных пульсаций выпрямленного напряжения у однофазных выпрямителейухудшает работу потребителей

Наличие значительных пульсаций выпрямленного напряжения у однофазных выпрямителейухудшает работу потребителей. Например, при питании двигателей постоянного тока пульсирующим напряжением увеличиваются потери в двигателях. При питании радиоаппаратуры пульсация напряжения ухудшает ее работу, создавая на выходе усилителей фон. Для уменьшения пульсации напряжения у потребителя на выходе выпрямителя устанавливается специальное устройство, называемое сглаживающим фильтром, основное назначение которого уменьшить переменную составляющую выпрямленного напряжения.

Рис. 6.10. Напряжение на нагрузке однополупериодного однофазного выпрямителя с емкостным фильтром

Простейшим фильтром в маломощных однофазных выпрямителях является конденсатор большой емкости, включаемый параллельно приемнику выпрямленного напряжения. При таком включении конденсатор заряжается до амплитудного значения напряжения u₂ в моменты времени, когда напряжение u₂ превышает напряжение на конденсаторе (интервал времени t₁-t₂ на рис. 6.10). В течение интервала времени t₂-t₃, когда напряжение u_c u₂, вентиль закрыт, а конденсатор разряжается через нагрузочный резистор R_н. С момента времени t₃ процесс повторяется. При включении емкостного фильтра напряжение u_н не уменьшается до нуля, а пульсирует в некоторых пределах, увеличивая среднее значение выпрямленного напряжения.

Рис. 6.11. П-образный фильтр

Большее уменьшение пульсации напряжения обеспечивают Г-образные фильтры, представляющие собой смешанные LC фильтры (рис. 6.11). Уменьшение пульсации LC фильтром объясняется шунтирующим действием конденсатора С_ф для переменной составляющей выпрямленного напряжения и значительным падением этой составляющей напряжения на катушке L_ф, которая называется дросселем. В результате доля переменной составляющей в выпрямленном напряжении резко снижается. Наряду с ослаблением переменной составляющей выпрямленного напряжения LC фильтр незначительно уменьшает и постоянную составляющую. Это происходит за счет падения напряжения на активном сопротивлении катушки. Если один Г-образный фильтр не обеспечивает необходимого уменьшения пульсации, последовательно включают несколько фильтров, например, Г-образный и емкостной фильтры, в совокупности, дающие так называемый П-образный фильтр. На рис. 6.11 второй конденсатор П-образного фильтра указан пунктиром.

В трехфазных выпрямителях большой и средней мощности в качестве фильтров используют дроссели (катушки с разомкнутым стальным сердечником), которые включаются последовательно с нагрузкой. Дроссели, обладая высоким индуктивным сопротивлением и малым активным, подавляют переменную составляющую выпрямленного напряжения и лишь незначительно ослабляют постоянную составляющую.

В реальных выпрямителях с ростом тока нагрузки выходное напряжение выпрямителя уменьшается вследствие падений напряжения в активном сопротивлении обмоток трансформатора и последовательных элементах сглаживающего фильтра а также падения напряжения на вентилях Нагрузочный ток и напряжение нагрузки связаны между собой следующим выражением:

= − − (6.31)

где - напряжение холостого хода выпрямителя. Зависимость = f(I) называется внешней характеристикой выпрямителя и определяет границы изменений тока, при которых выпрямленное напряжение не уменьшается ниже допустимой величины.