3.4. Пульсации выпрямленного напряжения. Сглаживание выпрямленных тока и напряжения

На рис. 3.5,а показана кривая выпрямленного напряжения преобра­зователя, построенная без учета процесса коммутации. Эта кривая состоит из участков синусоид и поэтому неизбежно содержит переменную составля­ющую, которую можно представить в виде гармонического ряда. Период пульсаций выпрямленного напряжения в целое число m раз меньше периода напряжения питающей сети переменного тока; соответственно, в выпрям­ленном напряжении имеются лишь гармонические составляющие с порядками

, где и - целые числа.

Амплитуда -й гармонической синусного ряда

.

Амплитуда -й гармонической косинусного ряда

(2.39)

Полная амплитуда -й гармонической

.

При учете процесса коммутации в выпрямителе кривая его выпрямлен­ного напряжения несколько сглаживается, и амплитуды гармоник в основ­ном уменьшаются (рис. 3.5,б) Существует несколько способов сглаживания выпрямленных тока и на­пряжения.

1. Сглаживание последовательно включенным дросселем (в выпрямите­лях средней и большой мощности). Требуемая индуктивность сглаживающего дросселя при заданных коэффициентах пульсации выпрямленного напря­жения и тока, рассчитанных по их низшей гармонике,

и

( и - действующие значения гармонических составляющих выпрям­ленного напряжения и тока порядка ) может быть рассчитана по формуле

2. Включение на выходе выпрямителя сглаживающего конденсатора параллельно сопротивлению нагрузки (в выпрямителях малой мощности).

3. Включение Г-образного фильтра, сочетающего в себе фильтрующее действие индуктивности и емкости. За счет индуктивности значительно уменьшается переменная составляющая тока нагрузки выпрямителя, изменяющая заряд конденсатора, в результате чего напряжение на выходе фильтра оказывается более сглаженным. Коэффициент пульсаций тока нагрузки совпадает с коэффициентом пульсаций выходного напряжения фильтра. Если не учитывать проводимость нагрузки (которая на частоте обычно гораздо меньше проводимости конденсатора C), действующие значения гармонических составляющих выпрямленного напряжения порядка на выходе. Степень сглаживания повышается при каскадном соединении нескольких Г-образных фильтров.

Вместо индуктивности в Г-образном фильтре может быть использован резистор, что применяется, однако, очень редко вследствие падения выпрям­ленного напряжения и потерь мощности в этом сопротивлении.

4. Включение П-образного фильтра. Конденсатор C1 вклю­чен непосредственно на выходе выпрямителя и предварительно сглаживает напряжение, подаваемое на вход Г-образного фильтра LC2.

5. Использование параллельных колебательных контуров, включенных последовательно. Эквивалентное сопротивление контура, настро­енного на частоту определенной гармоники,

является чисто активным и значительным. Если не учитывать сопротивление остальных контуров на той же гармонике, которое относительно мало, ампли­туда -й гармоники напряжения ( ) на нагрузке составляет - часть амплитуды той же гармоники на входе фильтра. Недостатками резонансных фильтров являются необходимость индиви­дуальной настройки каждого фильтра и снижение коэффициента фильтрации при изменении частоты внешнего источника питания. Для высокой фильтра­ции определенной гармоники используют параллельный и последовательный колебательные контуры совместно.