3. Резистивно-емкостные фильтры

Данные фильтры (рис. 2) можно применять в выпрямителях небольшой мощности при сопротивлениях нагрузки, измеряемых десятками кОм.

а) б)

Рис. 2. Схема резистивно-емкостного фильтра (а),

его эквивалентная схема (б)

Коэффициент сглаживания Г-образного RС-фильтра

Так как R_ф ≥ 0,2/R_Н, напряжения U₀ и U'₀ различаются не менее чем на 20 %.

Для получения достаточно большого коэффициента сглаживания должны выполняться условия

R_Н >> X_C

и

R_Ф >> X_C.

С учетом этих условий можно записать

Выражая R_Ф и R_Н в Омах, емкость С в микрофарадах, получим:

для f_C = 50 Гц

для f_C = 400 Гц

При расчете RС-фильтра задаются требуемым коэффициентом сглаживания, а также одним из параметров: либо сопротивлением резистора R_Ф= (0,2÷1,0) R_Н, либо емкостью С, а затем с помощью приведенных формул определяют значение неизвестного параметра (соответственно емкости С или сопротивления R_Ф).

Существенным недостатком RC-фильтров является уменьшение КПД вследствие потерь напряжения на резисторе ΔU_Ф= I₀R_Ф, что допустимо только для маломощных выпрямителей.

4. Индуктивный фильтр

Индуктивный фильтр представляет собой катушку с ферромагнитным сердечником (дроссель), включаемую последовательно с нагрузкой (рис. 3). Переменная составляющая выпрямленного тока создает в магнитопроводе дросселя магнитный поток, индуцирующий в его обмотке противо-ЭДС, которая препятствует изменениям тока в цепи. Уменьшение амплитуды переменной составляющей выпрямленного тока вызывает уменьшение пульсаций напряжения на нагрузке. В этом и состоит сглаживающее действие дросселя, включенного последовательно с нагрузкой.

Рис. 3. Схема индуктивного фильтра

Коэффициент сглаживания индуктивного фильтра легко определить из того, что для переменного тока пульсаций схема представляет делитель, в котором

.

С учетом этого легко определить коэффициент сглаживания индуктивного фильтра

В этой формуле числитель mω_сL является индуктивным сопротивлением дросселя X_L. Таким образом, для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения необходимо, чтобы индуктивное сопротивление дросселя X_L было значительно больше сопротивления нагрузки R_н.

Для получения достаточно большого коэффициента сглаживания необходимо увеличивать индуктивность дросселя L и число фаз т. Поэтому индуктивные фильтры целесообразно применять в многофазных выпрямителях большой мощности (большие токи нагрузки при относительно небольшом значении R_н).

Достоинства индуктивного фильтра состоят в следующем: простота схемы, небольшие потери мощности, а также незначительная зависимость выходного напряжения от изменения сопротивления нагрузки R_н.

Недостатки индуктивного фильтра:

1) перенапряжения, возникающие при отключении нагрузки или внезапном изменении ее величины, связанные с появлением ЭДС самоиндукции дросселя при резком изменении тока нагрузки. С целью устранения этого недостатка в мощных выпрямителях параллельно дросселям включаются разрядники, замыкающие обмотку дросселя, когда напряжение на дросселе превышает определенный уровень;

2) зависимость коэффициента сглаживания q от изменений сопротивления нагрузки R_н, так как при этом меняется индуктивность дросселя L. Это связано с увеличением постоянного подмагничивающего поля дросселя, которое изменяется в соответствии с изменением сопротивления R_н, а значит, и тока нагрузки. Для уменьшения подмагничивающего поля дросселя сердечник его выполняется с воздушным зазором.