1.5 Сглаживающие фильтры

Для уменьшения уровня пульсаций (переменной доставляющей) выходного напряжения выпрямителя используются реактивные фильтры. Сглаживающие фильтры включаются между выпрямителем и нагрузкой и характеризуются коэффициентом сглаживания:

, (4)

где ,– коэффициенты пульсаций на входе и выходе фильтра соответственно.

Сглаживающие фильтры запасают энергию в моменты времени, когда напряжение на их входе максимально, и отдают её при уменьшении выпрямленного напряжения. Накопление (запасание) энергии можно осуществить лишь в реактивных элементах (катушках индуктивности или конденсаторах), поэтому фильтры реализуются из различного числа элементов, в зависимости от требований к. Коэффициент сглаживания (и габаритно-массовые показатели фильтра) зависит от схемы фильтра, требований к _, величины , , а такжеот , т.е. от схемы выпрямления. Выпрямители без фильтров используются в случаях, когда пульсации выпрямленного напряжения не сказываются на работе устройств, например для питания электродвигателей, реле, электромагнитов, гальванических ванн и т.д. Схемы наиболее широко используемых фильтров приведены на рисунке 6.

Рисунок 5 – Схема мостового выпрямителя (а) и временные диаграммы (б)

Рисунок 6 – Схемы фильтров: а - емкостного; б – индуктивного; в, г – Г-образных RC и LC; д, е – П-образных CLC и CRC

В устройствах малой и средней мощности используются фильтры, начинающиеся с емкости. Емкость конденсатора фильтра выбирают из условия

,

где –емкостное сопротивление конденсатора для первой гармоники выпрямленного напряжения. Поэтому ток вентиля в основном определяется скоростью изменения преобразуемого напряжения и емкостьюи может значительно превосходить номинальный ток нагрузки (обычно). С целью ограничения максимального значения токамежду выпрямителем и конденсатором фильтра включается резистор(рисунок 6, в). Включениенесколько уменьшает КПД и напряжение на нагрузке.

При индуктивном характере нагрузки (индуктивность включена последовательно с нагрузкой, рисунок 6, б) ЭДС самоиндукции противодействует изменению тока нагрузки. Индуктивность фильтра выбирают из условия , а так как , такие фильтры целесообразно использовать при больших токах нагрузки.

В выпрямителях малой мощности, как правило, используются фильтры, начинающиеся с емкости. Внешняя характеристика выпрямителя менее жесткая, чем при работе на активно-индуктивную нагрузку. При работе на индуктивность внешняя характеристика более стабильна и вентили не подвергаются перегрузке по току.

2 Описание лабораторной установки

Принципиальная электрическая схема стенда для исследования, выпрямительных устройств приведена на рисунке 7. Стенд позволяет изучить свойства однотактных и двухтактных однофазных, а также двухфазной однотактной схем выпрямления при работе на активную нагрузку без фильтра и с простыми двухзвенными П-образными,фильтрами. Переключателиислужат для выбора типа исследуемой схемы выпрямления, адля подключения фильтра и нагрузки. Среднее напряжениенагрузкиизмеряется вольтметром, а ток– амперметром(магнитоэлектрической системы).

Для измерения (и визуального наблюдения) переменных составляющих тока и напряженияв отдельных элементах схемы предусмотрены гнездадля подключения осциллографа. Для снятия осциллограммы тока через вентиль последовательно с ним включен резистор.

Рисунок 7 – Схема экспериментальной установки