3 Сглаживающие фильтры

Рис. .4

С глаживающие фильтры предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения до необходимого уровня. Оценивают выпрямленное напряжение коэффициентом пульсаций kп – отношением амплитуды первой гармоники U_1m , к среднему выходному напряжению Ucp, т.е.

kп= U_1m/Ucp.

Обычно kп определяют как отношение половины размаха пульсаций ∆U (рисунок 4) к среднему выходному напряжению Ucp , т.e.

(1)

Сглаживание пульсаций оценивают коэффициентом сглаживания k_сгл, который показывает, во сколько раз коэффициент пульсаций kп_вых на выходе фильтра меньше коэффициента пульсаций kп_вх на его входе, т.е. k_сгл = kп_вх / kп_вых (2)

3.1 Индуктивный фильтр

Индуктивный сглаживающий фильтр (рисунок 5 а) представляет собой катушку индуктивности L (дроссель), активное сопротивление которой R_ДP (рисунок 5 б) постоянному току I невелико и значительно меньше сопротивления нагрузки R_Н. Поэтому напряжение на нагрузке U_RH близко по значению постоянной составляющей U₌ входного напряжения Uвх.

Рис. 5

Для переменной составляющей тока I₌ реактивное сопротивление Х_ДР значительно больше сопротивлений Rдр и Rн, поэтому основное падение напряжения, вызванное током I приходится на катушку индуктивности, а на нагрузке переменное напряжение невелико.

Коэффициент сглаживания такого фильтра может быть определен как:

(3)

Для улучшения сглаживания выбирают схему выпрямления с наибольшей частотой пульсаций fп индуктивность катушки L должна быть по возможности большей, а ее активное сопротивление R_ДP – малым.

Индуктивные сглаживающие фильтры применяют в сильноточных выпрямителях.

3.2 Ёмкостной фильтр

Ёмкостной фильтр (рисунок 5.6 а) представляет собой конденсатор Сф, сопротивление которого переменному току значительно меньше сопротивления нагрузки R_H. Поэтому общее сопротивление параллельно включенных конденсатора Сф и нагрузки R_H оказывается значительно меньше сопротивлений диодов и обмотки трансформатора, являющихся внутренним сопротивлением выпрямителя. Падение напряжения, вызываемое переменной составляющей выпрямленного тока, происходит в основном на внутреннем сопротивлении выпрямителя и лишь незначительное переменное напряжение пульсаций выделяется на нагрузке R_H. Сглаживание пульсаций тем лучше, чем больше ёмкость конденсатора Сф и сопротивление нагрузки R_H. Ёмкостные фильтры широко используются в источниках питания.

Рис. 6

3.3 Индуктивно-ёмкостной фильтр

Индуктивно-ёмкостной (LC) фильтр (рисунок 5.6 б) состоит из катушки индуктивности Lф и конденсатора Сф. Коэффициент сглаживания LC-фильтра определяется:

(4)

LC-фильтры обладают лучшими по сравнению с другими фильтрами параметрами, но громоздки и довольно дороги. Эти фильтры применяют в выпрямителях, предназначенных для питания выходных каскадов мощных передатчиков на электронных лампах, а также в тиристорных выпрямителях, так как тиристоры могут работать только на индуктивную нагрузку и выходят из строя, если первый элемент сглаживающего фильтра - конденсатор.