Основні параметри і характеристики випрямлячів

1. Середнє значення випрямленої напруги

,

де Т - період випрямленої напруги.

Якщо випрямлена напруга змінюється по синусоїдальному закону, то для розглянутих схем можна одержати:

а) для однопівперіодної

б) для двопівперіодної

2. Коефіцієнт пульсації випрямленої напруги

де – амплітудне значення першої гармоніки пульсації, яке визначається шляхом розкладання випрямленої пульсуючої напруги в ряд Фур'є.

3. Навантажувальна (зовнішня) характеристика випрямляча - це залежність середнього значення випрямленої напруги від середнього значення струму в навантаженні: . Для всіх пристроїв електроживлення навантажувальна характеристика спадаюча (рис. 1.6), тобто при збільшенні струму навантаження середнє значення випрямленої напруги зменшується. Це пов'язано з тим, що при збільшенні струму навантаження збільшується падіння напруги на внутрішньому опорі пристрою, який визначається сумарним опором відкритих вентилів і активних опорів обмоток трансформатора. Експериментально внутрішній опір визначається за навантажувальною характеристикою як відношення приросту випрямленої напруги до приросту струму, що його викликав: .

а) б)

Рис. 1.6. Навантажувальна характеристика (а) та спрощена схема заміщення випрямляча на півперіоді роботи (б)

Згладжувальні фільтри

Згладжувальні фільтри - це пристрої, що здійснюють згладжування пульсацій випрямленої напруги і містять реактивні елементи – індуктивності або (і) ємності, здатні накопичувати енергію, а потім її віддавати.

Коли миттєве значення випрямленої напруги максимальне (надлишок енергії), в елементах фільтра відбувається її накопичення. Коли миттєве значення випрямленої напруги мінімальне (брак енергії), елементи фільтра передають накопичену енергію в навантаження. У результаті, забезпечується більш рівномірне надходження енергії у навантаження (кажуть, що забезпечується згладжування пульсацій випрямленої напруги).

До найпростіших фільтрів відносяться індуктивний і ємнісний (рис. 1.7,а,б).

а) б)

в) г)

Рис. 1.7. Схеми пасивних фільтрів: а) С-фільтр, б) L-фільтр, в) LC-фільтр,

г) RC-фільтр

Випрямлена напруга є пульсуючою, тобто в ній міститься постійна і змінна складові. Задача фільтру – передати в навантаження (наскільки можливо без втрат) постійну складову і придушити змінну. Для цього в індуктивному фільтрі дросель вибирається з умови , де – кутова частота першої гармоніки пульсації. При виконанні зазначеної умови практично вся змінна складова випрямленої напруги буде падати на дроселі. Для постійної складовий опір дроселя практично дорівнює нулеві, тому постійна складова буде передаватися в навантаження.

У ємнісному фільтрі необхідно виконати умову . У цьому випадку змінна складова буде замикатися через конденсатор , а постійна складова піде в навантаження.

Оскільки ефективність роботи фільтрів визначається об'ємом енергії, накопиченої в ньому, і енергія магнітного поля, що накопичується в індуктивності визначається як , то індуктивний фільтр більш ефективний при великих струмах навантаження (малих опорах навантаження ). Аналогічно, для ємності , отже С-фільтр доцільно застосовувати при малих струмах (великих та напругах).

Якщо сполучити два найпростіших фільтри, одержимо Г-подібний - фільтр (рис. 1.7,в), який сполучає у собі переваги індуктивного і ємнісного фільтрів, і добре працює як при великих, так і малих струмах навантаження.

Основний параметр фільтрів – це коефіцієнт згладжування, що дорівнює відношенню коефіцієнта пульсації на вході фільтра до коефіцієнта пульсацій на його виході:

Відношення змінної складової на вході фільтра до змінного складовій на його виході називається коефіцієнтом фільтрації :

.

Відношення постійної складової на виході фільтра до постійної складової на його вході називається коефіцієнтом передачі постійної складової :

.