6.3.Расчет индуктивного фильтра

Если в выражении (II) для коэффициента сглаживания положить , то получим коэффициент сглаживания индуктивного фильтра

Рис.10

.

Так как активное сопротивление дросселя составляет примерно , то отношением по сравнению с единицей в формуле можно пренебречь. В этом случае получим приближенное значение коэффициента сглаживания индуктивного фильтра

.

Из этого выражения определяется величина индуктивности

.

Достоинством индуктивного фильтра является его простота. К недостаткам можно отнести следующее:

1. При отключении сопротивления нагрузки или при его резком изменении возникают перенапряжения, т.к. в дросселе появляется э.д.с. самоиндукции.

Для исключения больших перенапряжений при скачкообразном сбросе тока нагрузки необходимо шунтировать дроссель диодом в направлении обратному току выпрямителя.

2. Непостоянство сглаживающего действия фильтра при изменении сопротивления нагрузки (с увеличением тока нагрузки индуктивность дросселя уменьшается, и сглаживание дросселя снижается).

Несмотря на указанные недостатки, индуктивные фильтры на практике используются часто. Как видно из формулы, для они эффективны в многофазных схемах выпрямителей при больших мощностях, т.е. когда мало.

Широко индуктивные фильтры применяются в сильноточных низковольтных выпрямителях (с токами до 50-100 А), работающих при неизменных токах нагрузки.

Таким образом, индуктивные и индуктивно-емкостные фильтры в выпрямителях применяются, как правило, при токах нагрузки свыше одного ампера.

6.4. Расчет активно-емкостного фильтра

Полагая в выражении (II) , а получим формулу для

Рис.11

где . определения коэффициента сглаживания Г-образного активно-емкостного фильтра на рис.11.

Так как обычно на практике >>1, то из этого выражения определяют величину емкости _С конденсатора

.

Полагая при этом, что .

При величине напряжение на входе фильтра , а КПД фильтра равен 0,8.

Активно-емкостной Г-образный фильтр применяется в устройствах малой мощности (примерно 10-15 Вт). В таком фильтре создается относительно большое падение напряжения, и имеют место значительные потери энергии на резисторе , но габариты и стоимость такого фильтра меньше, чем индуктивно-емкостного.

6.5.Расчет емкостного фильтра

Выпрямители с емкостной реакцией нагрузки (с емкостным фильтром рис. 12) применяются в источниках электропитания малой мощности и током не более 1 А. Для хорошего сглаживания пульсации необходимо, чтобы .

Расчет схем с емкостной реакцией производится в следующей последовательности [53].

Рис.12

обмоток трансформатора, приведенное ко вторичной обмотке [60]:

, где - магнитная индукция в магнитопроводе для трансформаторов до 1000 ВА, принимается 1,2-1,6 Тл для сети Гц и 1,0-1,3 Тл для сети 400 Гц или выбирается по кривым ; - число стержней магнитопровода трансформатора, несущих обмотки ( =1 для магнитопроводов типа IIIЛ и 0Л, =2 для магнитопроводов типа IIЛ с обмотками на обоих стержнях, =3 – для трехфазных трансформаторов);

- частота тока питающей сети;

- коэффициент, зависящий от схемы выпрямления, определяется по таблицам [53] (например, он равен для мостовых схем: однофазной – 3,5·10³, а трехфазной – 4,5·10³).

2. Определяется параметр А, зависящий от угла отсечки диода, по формуле ,

где - сопротивление фазы выпрямителя:

.

Здесь - количество последовательно включенных и одновременно работающих диодов.

- сопротивление диода в прямом направлении (определяется из его вольтамперной характеристики).

Приближенно можно считать, что прямое падение напряжения у кремниевых диодов равно 1 В.

3. По найденному значению коэффициента А определяют коэффициент Н по кривым [53] (по А определяют и другие коэффициенты) и вычисляют емкость фильтра по формуле

,

где - измеряется в микрофарадах, - в процентах, - в Омах.

Коэффициент сглаживания емкостного фильтра определяется по известному выражению

,

где - коэффициент пульсации выпрямителей при ;

.

Если в начале расчета коэффициент задан, из приведенного выражения можно определить величину емкости фильтра.

Как следует из полученного выражения, для емкостной фильтр целесообразно применять в однофазовых схемах (при этом больше) и при малых мощностях нагрузки (чем меньше ток нагрузки, тем меньше А, а, следовательно, и Н, и больше ).

Установлено, что действие емкости фильтра считается эффективным, если постоянная времени разрядка в полтора-два раза превышает период пульсации или .

6.6.Многозвенные сглаживающие фильтры.

Для уменьшения пульсаций напряжения на нагрузке на практике широко используются также П-образные сглаживающие фильтры: C-L-C-фильтр (Рис.13), С-R-С-фильтр (Рис.14) и многозвенные L- C-фильтры, которые состоят из одинаковых Г-образных L-C-фильтров (Рис.15).

L₁= L₂=…= L_n; C₁= C₂=…=C_n.

Они обеспечивают большие коэффициенты сглаживания.

Рис.13

Рис.14

Рис.15

Требования к фильтрам.

1. Обеспечение требуемого коэффициента сглаживания:

,

где K_П.вх – величина пульсации на входе фильтра, которая известна (на выходе выпрямителя).

K_П.вых – величина пульсации на выходе фильтра, которая также известна, так как она задается (на нагрузке).

2. Обеспечение минимального падения напряжения на элементах фильтра (активные элементы).

3. Обеспечение минимальных перенапряжений и сверхтоков в переходных режимах.

4. Обеспечение минимальной массы и габаритов, а так же стоимости.

В двухзвенных индуктивно-емкостных фильтрах Г-образного типа коэффициент сглаживания фильтра определяется как произведение коэффициентов звеньев

Оптимальным считается фильтр, имеющий одинаковые элементы обоих звеньев ( , ).

При увеличении числа звеньев фильтра увеличивается собственная частота (резонансная частота), что обуславливает целесообразность применения двухфазного Г-образного фильтра только при >22, а трехфазного – при >220.

Резонансные фильтры (с параллельным и последовательными резонансными контурами) являются разновидностью -фильтров. Они обеспечивают хорошее сглаживание одной из гармоник выпрямленного напряжения, на которую контуры настроены в резонанс.

Действие полупроводниковых фильтров основано на свойстве транзистора создавать в определенных режимах работы различные сопротивления для переменного и постоянного токов.