22. Сглаживающие фильтры. Схема замещения . Критерии качества
Сглаживающих свойств фильтров.
Для уменьшения переменной составляющей в кривой выпрямленного напряжения, т.е. для ослабления пульсации, между выпрямителем и нагрузкой устанавливается специальное устройство, называемое сглаживающим фильтром. Он относится к классу низкочастотных фильтров. Критерием качества сглаживающих свойств фильтров является коэффициент сглаживания q:
(7.2)
Как правило, низшая гармоника пульсаций выпрямленного напряжения имеет наибольшую амплитуду, а сглаживающее действие фильтра на этой частоте наименьшее, поэтому качество фильтра оценивается по первой гармонике.
Также работа фильтра оценивается коэффициентом полезного действия:
(7.3)
Д
ля
удовлетворения фильтрующих свойств
необходимо выполнение условий: Um2<<Um1,
U02
U01.
Представим сглаживающий фильтр в виде
Г- образной схемы
замещения
Рисунок 7.1 Слаживающий фильтр в виде Г-образной
схемы замещения
Выразим коэффициент сглаживания через параметры схемы замещения:
Для получения высокого значения коэффициента сглаживания Z1 и Z2 должны быть представлены реактивными элементами. В качестве Z1 выбирается дроссель. Так как дроссель установлен в цепи постоянного тока, то для исключения намагничивания сердечника ему предъявляется ряд требований: следует выбирать материалы, обладающие как можно меньшей остаточной индукцией, как можно большей индукцией насыщения и минимальной напряженностью магнитного поля, при которой достигается насыщения ферромагнетика. На высокой частоте используют альсифер, т.к. этот материал имеет достаточный запас по намагничиванию сердечника.
В качестве Z2 используют электролитический конденсатор, так как он удовлетворяет требованию:
Электролитическому конденсатору присущи следующие особенности:
- униполярность (при неверном подключении – взрывоопасен);
- необходима постоянная тренировка напряжением, т.к. он имеет свойство высыхать, при этом все параметры изменяются;
- чувствительность к пульсациям тока, напряжения и превышению максимально допустимого уровня напряжения.
Таким образом, расчет и выбор параметров сглаживающего фильтра источника электропитания проводится не только из условия получения необходимого коэффициента сглаживания пульсаций, но и с учетом ряда дополнительных требований (допустимого перенапряжения или сверхтока при переходных процессах, допустимых частотных искажений, вносимым в питаемое устройство, высокая надежность работы, малые габариты, масса и стоимость).
23. Пассивные сглаживающие фильтры. Активно-индуктивный rl- сглаживающий фильтр.
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.
Рисунок
7.5 Схема активно-индуктивного фильтра
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.