1.2 Пассивные сглаживающие фильтры
Активно-индуктивный (R-L) сглаживающий фильтр
Он представляет собой катушку с ферромагнитным сердечником
(
дроссель),
включаемую последовательно с нагрузкой.
Рисунок 7.3 Пассивный сглаживающий фильтр
Установим связь коэффициента сглаживания фильтра с параметрами его элементов.
(7.5)
Для получения достаточно хорошего сглаживания надо, чтобы q >>1. Как видно из формулы для этого следует увеличивать индуктивность дросселя, уменьшать сопротивление нагрузки и увеличивать число фаз выпрямления – р (пульсность).
Активно-индуктивный фильтр является габаритным устройством, поэтому для уменьшения его размеров стараются повысить пульсность в звене выпрямителя. Данный фильтр используется при постоянном токе нагрузки в цепях с повышенным током. При возрастании тока нагрузки (Iн) происходит увеличение энергии, накапливаемой в дросселе, при этом увеличивается ЭДС самоиндукции, что препятствует прохождению в нагрузку переменной составляющей тока. При этом улучшаются сглаживающие свойства фильтра.
Рисунок 7.4 График улучшения сглаживающих свойств фильтра
При работе на импульсную нагрузку а, именно при “сбросе” тока нагрузки Iн или отключении источника питания возникает перенапряжение, который может привести к выходу из строя элементов схемы. Поэтому при проектировании сглаживающих фильтров необходимо учитывать такие перенапряжения.
Рисунок
7.5 Схема активно-индуктивного фильтра
По законам Ома и Кирхгофа:
(7.6)
Таким образом, достоинствами схемы являются простота, небольшие потери мощности и незначительная зависимость выходного напряжения от изменения сопротивления нагрузки.
Недостатки фильтра:
1) перенапряжения, возникающие при отключении нагрузки или при резком изменении её величины. Поэтому в мощных выпрямителях рекомендуется параллельно дросселям включать разрядники, срабатывающие, когда напряжение на дросселе превышает определенный уровень;
2) непостоянство сглаживающего действия фильтра при изменении сопротивления нагрузки.
2Инверторы напряжения
2.1 Принцип инвертирования напряжения
Для построения схемы инвертора напряжения воспользуемся принципом дуальности. Инвертор является устройством, противоположным выпрямителю, т.к. он преобразует напряжение постоянного тока в разнополярное напряжение прямоугольной или синусоидальной формы. Поменяем местами источник с нагрузкой в схеме выпрямителя и получим схему инвертора напряжения:
Рисунок 11.1 Схема инвертора напряжения
Для формирования двухполярного напряжения необходимо определенным образом управлять ключевыми элементами. Обеспечить стабилизацию (регулирование) напряжения на выходе инвертора можно изменением длительности импульсов управления ключами в зависимости от дестабилизирующих факторов.
11.2 Транзисторный двухтактный инвертор напряжения с самовозбуждением
2.2Транзисторный инвертор с насыщающимся трансформатором
На рисунке представлена принципиальная схема транзисторного инвертора напряжения с насыщающимся трансформатором, где R1, R2 – создают смещение на базе транзисторов VT1 и VT2, работающих в ключевом режиме, конденсатор C – обеспечивает прохождение переменной составляющей напряжения обратной связи, обмотки WOC1, WOC2 – образуют цепь положительной обратной связи (ПОС) по напряжению для этого они включены согласно по отношению к обмоткам силового контура W11, W12. Запуск схемы обеспечивается за счет асимметрии плеч инвертора (транзисторы VT1, VT2 имеют различные ВАХ). Иногда приходится делать принудительный запуск схемы в момент включения, если асимметрия недостаточна для первоначального пуска.
Рисунок 11.2 Принципиальная схема транзисторного инвертора напряжения с насыщающимся трансформатором,
При преобладании коллекторного тока в полуобмотке W11 за счет разностного тока формируется ЭДС с полярностью, указанной красным цветом на рисунке. На выходе инвертора напряжения имеет место положительный сигнал прямоугольной формы. За счет обмотки ПОС происходит приоткрывание VT1 и призакрывание VT2. Нарастание коллекторного тока IК1 имеет лавинообразный характер, которое прекращается при заходе в область насыщения трансформатора. Скорость изменения потока (Ф0) снижается и происходит смена полярности ЭДС во всех обмотках трансформатора T, приоткрывается транзистор VT2 и процессы повторяются. Частота преобразования инвертора определяется выражением:
.
(11.1)
С увеличением тока нагрузки происходит уменьшение частоты преобразования за счет увеличения потерь на транзисторных ключах. Если рассматривать реальные процессы, то к концу полупериода работы инвертора напряжения происходит “спад” вершины импульса U2 за счет влияния цепи намагничивания на величину коллекторного тока, что приводит к значительным потерям на силовых ключах.