Сглаживающие фильтры (сф)

Сглаживающий фильтр (СФ) предназначен для преобразования однополярных пульсаций (выпрямленное напряжение) в постоянное напряжение (с уровнем пульсаций, удовлетворяющих требованию потребителя)

Действие сглаживающих фильтров основывается на использовании принципа инерционности: любая реакция системы отстаёт по скорости от воздействия на неё.

За счёт инерционности ликвидируются провалы импульсов до нуля, вследствие чего в нагрузке реализуется постоянное напряжение (средне-выпрямленное), которое в спектре полуволны выпрямленного напряжения представлено постоянной составляющей – гармоникой нулевой частоты).

Выпрямленное напряжение содержит (в спектре выпрямленных полуволн) две составляющие:

• Постоянная составляющая (средне-выпрямленное

напряжение) U_{в. ср} ;

• Гармоники, начиная с первой и выше (пульсации U_пульс )

Тема: Идеальный сглаживающий фильтр

Допущения: Элементы, из которых состоит СФ, идеальны. Т.е. проводимость изолятора конденсатора g_C  0 и сопротивление обмотки реактора r_L  ∞.

Реактор (дроссель) – индуктивная катушка, конструктивно состоящая из магнитопровода и размещённой на нём обмотки, предназначенная для использования в силовой цепи переменного электрического тока.

К _сп =

K_{п 1 вх}

Коэффициент сглаживания пульсаций это отношение коэффициентов пульсаций на

входе и выходе сглаживающего фильтра

K_{п 1 н}

где K_{п 1вх} = U_m1вх / U_{0 вх ;} K_{п 1н} = U_m1н / U_{0 н}

U_{в. ср} = U_{0 ВХ}

U_вып(t) = U_{в. ср}+∑U_∽(t)

↑ ↑

U₀ U_пульс

U_{пульс ВХ}

R_ВХ  0

U_{0 Н} = U_{0 ВХ}

СФ

U_{пульс ВХ}

U_{пульс. Н} = 0

r_ВХ  ∞

Идеальный СФ должен быть абсолютно прозрачен для постоянной составляющей (R_ВХ  0) и абсолютно непрозрачен для пульсаций (r_ВХ  ∞), т.е. пульсации полностью осаждаются на СФ (конкретно, на том элементе, который предназначается для этой цели: конденсатор, реактор, переход транзистора и т.д.).

Представим К _сп в виде:

U_{m1 вх} U_{0 н}

К _сп = ——— ——— = К _Ф . К ₀ ,

U_{m1 н} U_{0 вх}

U_{0 н}

г

U_{0 вх}

де К ₀ = - коэффициент передачи постоянной

составляющей (вход-выход);

U_{m1 вх}

U_{m1 н}

К _Ф = - коэффициент фильтрации пульсаций

К _сп реальных С Ф » 1

Индуктивный сглаживающий фильтр (L-фильтр)

ω_п L

К _сп =

R_Н

 = L / R_Н

U_{~ н}  min |

| Х_L = ω_п L » R_Н

К _сп < 10

I_{0 н} > 1 А

Емкостной сглаживающий фильтр (С-фильтр)

i_{~ вх}= i_{~ c}+ i_{~ н}

1

К _п1 = ————

2m_п f C R_н

 = С R_Н

I_{0 н}

С ≥ ———————

2m_п f К _п1 U_{0 н}

U_{~ н}  min |

| i_{~ н}  min | 1

| Х_С = ——— « R_Н

ω_п С

К _сп < 10

I_{0 н} < 1 А

Индуктивно-емкостной сглаживающий фильтр (LС-фильтр)

К _сп ≈ ω_п² L С

 =

2π √ L С

1

L

С

f₀ =

Х_L = ω_п L » R_Н » Х_С =

1

ω_п С

К _сп = 40  50

I_{0 н} > 1 А

_{Многозвенные сглаживающие фильтры}

R_ВЫХ =

1

_О

ω_п С

бычно: L₁ = L₂ = … = L_m = L

С₁ = С₂ = … = С_m = С

m

К _{сп 1} = К _{сп 2} = … = К _{сп m} =  К _{сп i}

i=1

_{Резонансные сглаживающие фильтры}

Получение больших значений К _сп возможно путём построения схемы СФ на основе простых индуктивного и емкостного СФ. Как указывалось ранее, СФ, начинающиеся с индуктивности, используются при значительных и больших токах нагрузки.

Рассмотрим резонансный СФ на основе индуктивного СФ. Фактически, это два фильтра в одном.

1. Параллельно реактору L подключается конденсатор С_к и полученный контур настраивается в резонанс с частотой 1-й гармоники входных пульсаций (как несущей основную массу энергии входных пульсаций). При этом этот фильтр-пробка (при высокой добротности контура) осаждает на себе 95-97% первой гармоники.

ω_{0 L Ск} = ω_{П 1}   » X_L = ω_{П 1} ∙ L

2. Так как резонансный фильтр высокодобротный, а, следовательно, узкополосный, то чем больше осаждается 1-я гармоника, тем свободней проходят в нагрузку верхние гармоники, начиная со второй. Поэтому параллельно сопротивлению нагрузки подключатся конденсатор С_ф. Полученный таким образом емкостной СФ настраивается но

уже на 2-ю гармонику входных пульсаций.

Х_С = « R_н

К _сп ≈  _{L Ск} / Х_С

1

ω_{п 2}