2.2. Работа выпрямителя на нагрузку с ёмкостной реакцией

В выпрямительных устройствах применяются сглаживающие фильтры типа - Г, Т, П. Сглаживающие фильтры строят из ёмкостных и индуктивных элементов.

Если параллельно сопротивлению R_Н включена емкость С_Ф, то такой режим работы выпрямителя называется работой на нагрузку с ёмкостной реакцией [3].

При работе выпрямителя с ёмкостной нагрузкой уменьшаются пульсации выпрямленного напряжения. Сглаживание происходит за счет периодической подзарядки конденсатора С_Ф и последующей его частичной разрядки на нагрузку.

Энергия, затрачиваемая на заряд, составляет: W = 1/(2∙C∙U_C²). [Дж = Вт∙с].

Во время положительного полупериода диод пропускает ток i₂, который заряжает конденсатор и одновременно питает нагрузку (рис.2.2,д).

Когда амплитуда положительного напряжения U_2m на обмотке трансформатора уменьшается, конденсатор начинает разрежаться на нагрузку R_Н. Частичный разряд конденсатора продолжается до момента времени, когда вновь начинает расти амплитуда положительного напряжения U_2m. В результате конденсатор периодически подзаряжается до его максимального значения U_С. Оптимальная скорость разряда С определяется постоянной времени: τ_РАЗР = С_ф·R_Н ≈ (3÷5)T.

Величина конденсатора должна удовлетворять условию R_НС_Ф ≥ (1/f),

Для оптимального фильтра выполняется условие: X_L =ω·L_Ф <<R_H; X_C = 1/(ω·C_Ф)>>R_H.

При оптимальных L_Ф, С_Ф и R_Н выполняется условие: ∆U_ПОМ ≤ (0,1)U_ВЫП.

Например, при R_Н = 20 Ом, (τ_РАЗР = T ≈ С_ф·R_Н = 0,02 с), С = 0,001 (Ф),

Например, при R_Н = 30 Ом, (τ_РАЗР = T ≈ С_ф·R_Н = 0,02 с), С = 0,000666 (Ф),

или С_Ф = T/(U_В/I_В) (0,02c∙0,5 A/10 В) = [с/Ом] = [Ac/B] = 0,001 [Ф] = 1000 мкФ.

Для однополупериодного выпрямителя: С_Ф = [πI_Н/(ω·U_В∙k_ПОМ)]; [Ф].

Для 2-х-полупериодного выпрямителя: С_Ф = [πI_Н/(2ω·U_В∙k_ПОМ)]; [Ф].

* Коэффициент подавления помех k_П.П определяется отношением амплитуды

(ΔŨ_m.ПОМ) помехи к амплитуде вых. сигнала (Ũ_2m). k_П.П = ΔŨ_m.ПОМ /Ũ_2m.

Он оптимален для: а) однотактного k_П.П ≤ 0,1; б) 2-х-тактного k_П.П ≤ 0,05.

Избыточное значение емкости С_Ф приводит к возрастанию тока через диоды.

И мпульсный ток заряда находят из выр.: I_dS = C(U_C /dt), либо I_dS = U_И / 2r_И·r′_Н;

Н апример, I_dS = 0,001ф (10v/0,005c) = 2A, либо I_dS = 10/ 2·2·20 = 1,12 А.

при оптимальных значениях: r_И = (2÷0,1)Ом; r′_Н = (r_ВХ+R _Н) = (5÷10)·r_И.

2.3. Пример расчета параметров фильтра. Дано:

– U_ВХ = 220 В, f = 50 Гц, U_ВХ = +15–20%; при ±U (%) =0,35, К_П.UВХ = 0,67.

–схема выпрямителя - однофазная мостовая (аналог 2-х полупериодной);

– фильтры (C₁, L₁, L₂C₂, C₃L₃C₄);

– параметры потребителя: U_Н = 24(В), R_Н = 700(Ом) и К_ПОМ = 0,05.

Требуется:

1. Рассчитать параметры сглаживающих фильтров (C₁, L₁, L₂C₂, C₃L₃C₄).

2. Используя ПО EWВ исследовать и сравнить действие всех фильтров.

3. Рассчитанные значения C, L, R округлить до номинальных значений ряда Е6.

Рис.2.5. Схема преобразования, выпрямления и стабилизации напряжение

(для проекта использовать пакет Electronics Workbench)

Расчет сглаживающих фильтров (C₁, L₁, L₂C₂, C₃L₃C₄)

(для схемы выпрямителя – однофазная 2-х полупериодная, мостовая, К_П.ВХ = 0,67;

Для 2-х полупериодной схемы частота пульсаций m = 2, при  = 2f).

 = 2·3,14·50 = 314 (рад/с^-1)

Р ис. 2.6. Схемы сглаживающих фильтров: а) емкостный; б) индуктивный;

в) индуктивно-емкостной (Г-образный); г) комбинированный (П-образный)

Величина емкости конденсатора С₁ (рис.2.6, а)

.

Величина индуктивности дросселя L₁ (рис.2.6,б). L =(Ом/ω) =(Ом/2πf)=Ом*c.

.

Г образный фильтр L₂C₂ (рис.2.6, в)

Примем С₂ = 100 (мкФ); L₂ = (L₂ C₂)/ C₂ =

П - образный фильтр С₃L₃C₄ (рис.2.6, г).

К´_СГЛ = К_СГЛ(С3)·К_{СГЛ(L3·C4)} = 111,5.

Примем К_СГЛ(С3) = 10, тогда К_{СГЛ(L3 C4)} = 111,5/10 = 11,15.

= 62 мкФ.

; [1/(Ом*Гц)]; L₃ C_{4 =}