Индуктивный фильтр и работа выпрямителя с таким фильтром

Индуктивный фильтр включается последовательно с нагрузкой, как показано на рис. 6 для выпрямителя с нулевым отводом.

Рис. 6

Работа выпрямителя с индуктивным фильтром иллюстрируется временными диаграммами напряжений и токов, приведенными на рис. 7. На рис 7,а представлена временная зависимость напряжения , подаваемого на вход трансформатора. Как и в случае активной нагрузки, диоды схемы в открытом и закрытом состоянии находятся попеременно. Время пребывания каждого диода в одном из этих состояний равно половине периода. В результате на входе фильтра действует напряжение , представленное на рис. 7,б пунктиром. Его временная зависимость такая же, как и при активной нагрузке. Напряжение обуславливает протекание тока в нагрузке i_н. Его зависимость от времени, которая представлена на рис. 7,в, можно объяснить следующим образом.

Рис.7

Пульсирующее напряжение можно представить как сумму постоянной составляющей, величина которой определяется соотношением (2), и гармонических составляющих. (Для упрощения рассмотрения можно ограничиться первой гармоникой). Ток в нагрузке также является суммой этих же компонент. Постоянная составляющая тока обусловлена постоянной составляющей выпрямленного напряжения и при пренебрежении активными потерями в фильтре

. (12)

Как видно, ее величина такая же, как и в случае отсутствия индуктивного фильтра (соотношение (4)).

Гармоническая составляющая тока (первая гармоника) обусловлена соответствующей составляющей напряжения , отстает по фазе от этого напряжения, а ее амплитуда вследствие падения напряжения на индуктивном сопротивлении фильтра, равном L_ф, будет тем меньше, чем больше индуктивность . Результат суммирования компонент тока в нагрузке на рис.7,в выделен штриховкой. Напряжение в нагрузке определяется законом Ома

и на рис. 7,б оно также отмечено штриховкой. Как видно, напряжение на выходе фильтра характеризуется меньшей пульсацией, чем на его входе.

Рис. 7,г и 7,д дают представление об импульсах токов, протекающих через открытые диоды. Поскольку диоды с нагрузкой включены последовательно, то сумма токов в диодах равна току в нагрузке. Значение среднего тока в каждом диоде определяется, как и в отсутствии фильтра, соотношением (8).

Временные диаграммы на рис.7 отражают случай, когда индуктивность фильтра является конечной величиной, а сопротивление нагрузки отлично от нуля. В случае , и, в частности при идеальном фильтре , пульсации тока и напряжения в нагрузке устраняются полностью, а токи в диодах будут представлять собой ряд прямоугольных импульсов с амплитудой, равной среднему значению тока в нагрузке .

Наличие индуктивного фильтра не отражается на условии пребывания диодов в закрытом состоянии.

Эффективность сглаживающего действия фильтра определяется отношением амплитуд переменных составляющих напряжения на его выходе и в нагрузке. Если рассматривать только первую гармонику выпрямленного напряжения U_m1, то амплитуда переменного тока в нагрузке сопротивлением R_н

.

Тогда амплитуда первой гармоники напряжения в нагрузке

.

Обычно R_н << L_ф. Поэтому

.

Следовательно, эффективность сглаживающего действия индуктивного фильтра увеличивается при увеличении частоты и его индуктивности, а также при уменьшении сопротивления нагрузки.