Коэффициенты фильтрации и сглаживания фильтра

Действие сглаживающего фильтра можно характеризовать коэффициентом фильтрации , который определяется, как отношение значений пульсации на входе и выходе фильтра:

Коэффициент фильтрации не учитывает падения напряжения на активном сопротивлении фильтрующего звена . Более точно сглаживающее действие ФУ оценивается коэффициентом сглаживания пульсаций q, который определяется как отношение коэффициентов пульсаций на входе и выходе ФУ:

(1.8)

Для большинства сглаживающих LC-фильтров низковольтных выпрямителей активным сопротивлением дросселя можно пренебречь и тогда:

Помимо полных коэффициентов фильтрации и сглаживания пульсаций используются коэффициенты фильтрации и сглаживания для каждой из гармоник сглаживаемого напряжения:

,

.

В тех случаях, когда требуются большие величины , применяются многозвенные фильтры, которые представляют собой ряд простых Г-образных четырехполюсников, соединенных последовательно. В данном случае суммарные коэффициенты фильтрации и сглаживания:

,

.

Эквивалентная схема сглаживающего фильтра. Расчет индуктивно-емкостных фильтров.

Любой из фильтров может быть представлен Г-образным четырехполюсником, к входным зажимам которого прикладывается напряжение вентильного блока , а к выходным подключена нагрузка . Напряжение в нагрузке . Обозначим полное комплексное сопротивление продольной ветви фильтра - . Для случая продольного фильтра:

, , ,

, ,

,

,

.

Для индуктивного фильтра получим:

,

,

,

.

При заданной схеме выпрямления (р), требуемая величина индуктивности:

.

Для емкостного фильтра:

В справочнике [13] зависимость коэффициента пульсаций по 1-й гармонике для однофазных выпрямителей с емкостным фильтром описывается функцией вида при , которая фактически дает тот же результат.

Сравнение этих выражений показывает, что с ростом пульсности p коэффициент сглаживания индуктивного фильтра увеличивается, а емкостного уменьшается.

Поэтому, при равных условиях, емкостной фильтр выгоднее применить при выпрямлении однофазных и двухфазных, а индуктивный при выпрямлении многофазных токов.

Сглаживающее действие емкостного фильтра при увеличении сопротивления нагрузки увеличивается, а индуктивного уменьшается. Поэтому емкостной фильтр выгоднее применить при малых, а индуктивный при больших токах нагрузки.

Расчет г-образного индуктивно-емкостного фильтра

Сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется более эффективно при помощи фильтров, составленных из повторяющихся Г-образных или П-образных звеньев. Для Г-образного LC-фильтра совместно с цепью нагрузки полное комплексное сопротивление:

Обычно и , , или , поэтому и . Окончательно для полного комплексного сопротивления получим:

.

Для Г-образного LC-фильтра:

, , ,

, ,

,

,

,

,

,

.

Рекомендации по выбору фильтров

Наибольшая нестабильность напряжения во всем диапазоне рабочих токов свойственна выпрямителю с емкостным фильтром, а наибольшая стабильность с индуктивным фильтром. П-образный фильтр по своей внешней характеристике при малых токах нагрузки приближается к емкостному, а Г-образный к индуктивному.

Если нагрузка меняется в пределах:

(1015) %, то можно рекомендовать любой фильтр;

(50100) % – П-образный фильтр или Г-образный фильтр;

(от 10100) % – Г-образный фильтр.

Напряжения U_dxxL и U_dxxC тем больше, чем меньше число фаз выпрямителя. Поэтому для получения более стабильной внешней характеристики следует применить схемы выпрямления с большим числом фаз.

Для работы выпрямителей принципиальное значение имеет характер фильтра, включенного на выходе выпрямителя. Выпрямители без сглаживающего фильтра применяются сравнительно редко и в тех случаях, когда пульсации напряжения на нагрузке не имеют существенного значения. Сглаживающий фильтр также часто отсутствует в многофазных выпря­мителях, имеющих малую пульсацию выпрямленного напряжения.

Допустимые пульсации на выходе источников питания зависят от характера нагрузки и могут составлять от тысячных долей процента (первые каскады микро­фонных усилителей) до единиц и десятков процентов (исполнительные устройства). Для уменьшения пульсаций используются дополнительные фильтры.

На практике используются два основных режима работы выпрямителей: работа на нагрузку с емкостной и индуктивной реакцией. Первый из этих режимов применяется в источниках электропитания малой мощности; основная область применения второго режима — источники средней и большой мощности.