26. Схема удваивания напряжения (схема Латура). Временные диаграммы токов и напряжений в цепях и элементах схемы.

Принципиальная схема и осциллограммы напряжения в различных точках выпрямителя приведены на рисунке.

U2 - Напряжение вторичной обмотки трансформатора

Uн – Напряжение на нагрузке.

Отличительной особенностью данной схемы является то, что в одном полупериоде переменного напряжения от вторичной обмотки трансформатора “заряжается” один конденсатор, а во втором полупериоде от той же обмотки– другой. Поскольку конденсаторы включены последовательно, то результирующее напряжение на обоих конденсаторах ( на нагрузке) в два раза выше, чем можно получить от той же вторичной обмотки в схеме с однополупериодным выпрямителем.

Преимущества: Вторичную обмотку трансформатора можно расчитывать на значительно меньшее напряжение.

Недостатки: Значительные токи через вентили выпрямителя, Уровень пульсаций значительно выше, чем в схемах двухполупериодных выпрямителей.

Эта же схема может использоваться еще в двух вариантах:

Левая схема предназначена для получения двух напряжений питания одной полярности, правая – для получения двуполярного напряжения с общей точкой.

Во втором варианте схемы характеристики выпрямителя соответствуют характеристикам однополупериодного выпрямителя.

27. Фильтры. Общие сведения. Назначение. Типы и схемотехническая реализация. Классификация. Назначение сглаживающего фильтра в схеме выпрямителя. Влияние фильтра на процесс выпрямления напряжения. Показатели качества сглаживая фильтров.

Критериями качества сглаживающего фильтра являются:

 коэффициент сглаживания:

 , где   -   коэффициенты пульсации на входе и вы-ходе соответственно.

 КПД:

28. Индуктивный и емкостной сглаживая фильтры. Преимущества и недостатки. Особенности функционирования. Расчетные соотношения.

29. Индуктивно-емкостный сглаживающий фильтр. Особенности функционирования. Эквивалентная схема для простейших сглаживающих фильтров Вывод расчетных соотношений для коэффициента сглаживания.

Рис.1. Однозвенный Г-подобный LC-фильтр и его эквивалентная схема

Такие фильтр используются при большой мощности нагрузки. К достоинствам фильтра относится: малые габаритные размеры, малая зависимость коэффициента сглаживания от изменений тока нагрузки (различный характер зависимости q от Iн для реактивных элементов взаимно компенсирует влияние). Недостатки: в таких фильтрах возникают переходные процессы, усложняющие работу, как потребителя, так и источника питания, дроссели фильтров имеют большие габаритные размеры и массу, а их индуктивность, следовательно, коэффициенты сглаживания зависят от тока нагрузки. При включении и отключении сети, а также при резких изменениях нагрузки в фильтре возникают переходные процессы, которые могут привести к перенапряжениям и броскам тока в элементах фильтра и выпрямителя.

30. Резистивно-емкостной сглаживающий фильтр. Область применения, расчетные соотношения (коэффициенты сглаживания, кпд). Активно- емкостный (r-c) сглаживающий фильтр

Представляет собой конденсатор, включаемый параллельно нагрузке.

Получим выражение для коэффициента сглаживания через параметры схемы замещения:

где Z₂ – параллельное соединение R_Н и C_Ф :  Тогда q равен: 

где р – коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя,   τ – постоянная фильтра.

При однополупериодном выпрямлении конденсатор С_ф фильтра заряжается импульсом тока через вентиль и разряжается на нагрузку R_нодин раз в течение периода сети. В многофазном выпрямителе заряд и разряд конденсатора происходят с частотой пульсаций  , где Т_с – период сетевого напряжения.

Активно- емкостный фильтр используются при малых токах нагрузки, так как с ростом тока уменьшается постоянная цепи разряда τ, что увеличивает пульсацию напряжения (из-за глубокого разряда конденсатора).

К достоинствам фильтра можно отнести: отсутствие повышения уровня напряжения или его снижение при переходных процессах, простота, небольшие габаритные размеры и стоимость.Недостатком фильтра является: воздействие на выпрямитель ( угол отсечки тока меньше 180 градусов), поэтому при использовании такого фильтра с большой величиной емкости необходимо вводить в звено выпрямителя защитные элементы по току.

31. Резонансные фильтры помех (коэффициент сглаживания, преимущества и недостатки, область применения). Фильтрующие свойства аккумуляторной батареи при буферной работе. Резонансные сглаживая фильтры.

Резонансные сглаживающие фильтры

Резонансные сглаживающие фильтры используются на выходе выпрямительных устройств, в которых переменная составляющая выпрямленного напряжения близка по уровню к первой гармонике. Также они используются для аппаратуры, которая не чувствительна к высшим гармоническим составляющим напряжения. При больших отклонениях частоты питающего напряжения происходит “расстройка” относительно собственной частоты контура, что ухудшает сглаживающие свойства фильтра. Поэтому не допускается использование таких фильтров при больших отклонениях частоты питающего напряжения. Изменение тока нагрузки приводит к изменению индуктивности контура, что также уменьшает значение коэффициента сглаживания. Для исключения этого явления в дроссель вводят зазор или обмотку обратной связи, поддерживающую постоянство индуктивности. Последнее приводит к громоздкости фильтра и уменьшению его к.п.д., поэтому рекомендуется использовать такие фильтры при постоянстве тока нагрузки. Для подавления гармонических составляющих напряжения, кроме первой, используют дополнительные реактивные элементы. По сравнению с другими пассивными сглаживающими фильтрами этот тип фильтров менее громоздкий и имеет больший к.п.д.

Существует две модификации резонансных сглаживающих фильтров:

Фильтр с параллельным колебательным контуром (фильтр “пробка”)

В резонансном сглаживающем фильтре используется колебательный контур, настроенный на частоту пульсаций. Фильтр(контур) настраивается на частоту первой гармоники и создается большее сопротивление Z _к для ее прохождения. Конденсатор Cф сглаживает гармоники высших порядков.

Получим выражение для коэффициента сглаживания фильтра: 

где  ,

R_к - потери в дросселе колебательного контура.

Основное достоинство резонансного фильтра – более высокий коэффициент сглаживания, чем у раннее описанных LC-фильтров. К недостаткам относятся зависимость коэффициента сглаживания от частоты сети, зависимость индуктивности дросселя от тока нагрузки и малое значение коэффициента сглаживания для высших гармоник выпрямленного тока. Для ослабления напряжения высших гармоник последовательно с основным резонансным контуром включается ряд контуров, настроенных на их частоты.

 

 

 

Резонансный фильтр с последовательным колебательным контуром (режекторный фильтр)

Получим выражение для коэффициента сглаживания фильтра:

При настройке колебательного контура Z_К на частоту первой гармоники, сопротивление контура становится равным потерям в дросселе R_Ки первая гармоника выпрямленного напряжения не проходит в нагрузку.

Эффективность работы резонансных сглаживающих фильтров, характеризуемая величиной коэффициента сглаживания пульсаций, зависит от точности совпадения частоты пульсаций выпрямленного напряжения ω_п с собственной частотой LC-контура – ω_о. обеспечение условия ω_о = ω_п = р ω возможно лишь при высокой стабильности частоты сети  . Если в сети, питающей выпрямительное устройство, не может быть обеспечена высокая стабильность частоты, то применение резонансных сглаживающих фильтров нецелесообразно.

Из выше сказанного можно сделать несколько выводов. Сглаживающие LC-фильтры чаще всего применяются в выпрямителях большой и средней мощности. При большой мощности выпрямителя величина индуктивности дросселя получается сравнительно малой, поэтому падение напряжения на дросселе от постоянного тока незначительно и КПД фильтра достаточно высок.

К недостатком LC-фильтров относятся:

1. изменение индуктивности дросселя, а значит, и коэффициента сглаживания при изменении тока нагрузки;

2. значительная величина индуктивности дросселя для маломощных выпрямителей. В этом случае габариты и масса дросселя соизмеримы с габаритами и массой силового трансформатора;

3. наличие магнитного поля рассеяния, создаваемого дросселем фильтра, которое может быть источником помех для приемной и измерительной аппаратуры;

4. возникновение переходных процессов в фильтре, которые могут быть причиной искажения тока в нагрузке;

5. недостаточное сглаживание низкочастотных пульсаций, возникающих при медленных изменениях сетевого напряжения.

В маломощных выпрямителях вместо LC-фильтров применяются RC-фильтры, но это связано с понижением КПД.