7. Сглаживающие фильтры

Как правило, для питания электронной аппаратуры допускается очень малая пульсация напряжения (от одного процента для цифровых устройств до сотых долей процента и меньше для другой аппаратуры), на выходе же выпрямительных схем пульсации во много раз больше. Для их уменьшения применяют сглаживающие фильтры с необходимым коэффициентом сглаживания q=k_п/k^|_п где k_п и k^|_п — коэффициенты пульсаций до и после фильтра. Фильтр должен максимально уменьшить (подавить) переменные составляющие и с возможно меньшими потерями пропустить постоянную составляющую выпрямленного напряжения.

Для снижения пульсаций напряжения достаточно параллельно нагрузке включить конденсатор (рис. 42, а), который запасает энергию, заряжаясь во время возрастания напряжения выпрямителя, и разряжается на сопротивление нагрузки, когда оно снижается. На рис. 42, б, в показаны формы напряжения на нагрузке при однополупериодном и двухполупериодном выпрямителях.

Рис. 42. Сглаживающие фильтры

Значение емкости, обеспечивающей пульсацию, не превышающую 10%, можно определить по приближенным формулам: С₀50I₀/U₀ — для однополупериодной и С₀25I₀/U₀ — для двухполупериодных схем выпрямления. Здесь С₀ — в мкФ, I₀ — в мА, U₀ —в В.

Для дальнейшего снижения пульсаций применяют Г-образные LС-фильтры (рис. 42, г). Индуктивное сопротивление x_L=L_ф стремятся сделать значительно больше R_н, а емкостное сопротивление x_С=1/С_ф — значительно меньше R_н для того чтобы переменная составляющая выпрямленного тока замыкалась через С_ф, минуя R_н. Постоянная же составляющая тока через С_ф не проходит и целиком поступает в нагрузку. При этом для постоянной составляющей x_L=0 и падение напряжения от постоянной составляющей тока на индуктивности (обмотке) фильтра обусловлено лишь незначительным омическим сопротивлением провода обмотки.

Произведение L_фС_ф (Гн мкФ) определяют по формуле

где q —желаемый коэффициент сглаживания; f — частота сети, Гц; m= 1 и m = 2 для однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей.

Для лучшего сглаживания можно использовать двухзвенные фильтры (рис. 42, д), в которых q=q₁q₂.

Недостатком LС-фильтров является громоздкость дросселя и сложность его изготовления интегральной технологией. Эти недостатки устраняются в RС-фильтре (рис. 40, е). Однако их целесообразно применять только при токах I₀, не превышающих 10—15 мА, потому что на R_ф происходит падение напряжения как от переменной, так и от постоянной составляющих тока, что при больших токах I₀ резко снижает не только напряжение на выходе фильтра, но и его КПД. Подбор параметров фильтра можно производить по формуле

8. Тиристорные коммутаторы

Тиристорные коммутаторы тока в общем могут быть представлены двумя видами устройств: управляемыми выпрямителями и инверторами. В первом случае тиристоры работают в цепях переменного тока, во втором случае – в цепях постоянного тока.

Работу управляемого выпрямителя рассмотрим на примере однофазной однополупериодной схемы выпрямления рис. 43.

Рис. 43.

П ри изменении угла от 0 до  тиристор Д закрыт. Напряжение и ток нагрузки R_н отсутствуют. При угле  на тиристор подается управляющий сигнал U_у. Тиристор открывается и далее схема вплоть до 2 работает в обычном выпрямительном режиме. С момента 2 вышеописанная процедура повторяется. В данном устройстве  можно изменять от 0 до . При этом постоянные составляющие напряжения (U₀) и тока (I₀) нагрузки соответственно изменяются от до 0 и от до 0 ( , ).

Инвертор – это устройство, преобразующее напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока.

Работу тиристорного инвертора рассмотрим на примере рис. 44. В схеме резисторы R₁, R₂ служат для создания цепей заряда и разряда конденсатора С.

Конденсатором С, во-первых, формируется выходное напряжение инвертора U_вых, которое по форме и значению повторяет напряжение на конденсаторе U_C, а во-вторых, создается напряжение, обеспечивающее коммутацию (выключение) тиристоров Д₁, Д₂. Допустим, что в момент времени t=0 под воздействием U_у2 открывается тиристор Д₂. По цепочке R₁, C, Д₂ протекает ток i_q2, который относительно точки а на конденсаторе создает отрицательное напряжение U_C(U_вых). В момент t= на тиристор Д₁ подается U_у1. Тиристор открывается. При этом положительный потенциал точки а прикладывается к катоду тиристора Д₂. Он закрывается. По цепочке R₂, C, Д₁ протекает ток i_q1, создавая относительно точки а положительное напряжение на конденсаторе С. С момента времени 2 вышеописанная процедура повторяется, таким образом на выходе инвертора формируется переменное напряжение U_вых.