5.6. Сглаживающие фильтры |
Для надёжной работы электронной аппаратуры, устройств ав- |
томатики и других потребителей выпрямленного тока необходимо |
ликвидировать пульсацию выпрямленного напряжения, так как |
повышенная пульсация создаёт дополнительные колебания, следо- |
вательно, и искажения в усилителях, ухудшает условия коммута- |
ции тока и увеличивает потери в двигателях. Поэтому на выходе |
всех выпрямителей устанавливают специальные устройства, назы- |
ваемые сглаживающими фильтрами, или реакторами (рис. 5.15). |
Рис. 5.15. Структурная схема фильтра |
Действие фильтра по уменьшению пульсации выходного напря- |
жения характеризуется коэффициентом пульсации Кп, который оп- |
ределяется как отношение амплитуды основной гармоники пульса- |
ции U~1 к постояной составляющей Ud, т.е. q = U~1 / Ud. Пульсация |
напряжения на нагрузке характеризуется коэффициентом q1, кото- |
рый определяется соотношением амплитуды основной гармоники |
пульсации на нагрузке и выпрямленного напряжения Udн, т.е. q1 = |
Ud~ /Udн. Отношение значений q и q1 определяет степень сглажива- |
ниявыпрямленногонапряженияиназываетсякоэффициентомсгла- |
живания фильтра S = q / q1. |
Ослабляя переменную составляющую, сглаживающий фильтр |
уменьшаетпостояннуюсоставляющую. Чемменьшестепеньумень- |
шения постоянной составляющей при неизменном ослаблении пе- |
ременной, тем качественнее фильтр. Для фильтров выпрямителей |
малой мощности отношение Ud / Udн = 1,05±1,1, а фильтров выпря- |
мителей большей мощности Ud / Udн = 1,005±1,01. В практических |
расчётах можно принимать Ud Udн. Для практических целей ис- |
пользуют в основном два вида фильтров: ёмкостный и индуктивный. |
Ёмкостный фильтр (рис. 5.16) — это конденсатор Сф, включён- |
ный параллельно нагрузочному сопротивлению Rd. Шунтируя на- |
114 |
грузку малым внутренним со- |
|
|
|
|
противлением Хс Rd, для пере- |
|
|
|
|
менной составляющей тока id = |
Выпрямитель |
|
|
|
ния. Можносчитатьвэтомслучае, |
|
|
|
|
ic создаётся дополнительное па- |
|
С |
|
|
дение напряжения ∆ud, что при- |
|
|
|
Rd |
водит к сглаживанию напряже- |
|
|
|
|
что постоянная составляющая проходит через сопротивление
Rd нагрузки, а переменная составляющая через конденсатор.
Индуктивный фильтр (рис. 5.17) — это дроссель, включаемый последовательно с нагрузкой, имеющий индуктивность Lф и большое сопротивление для переменной составляющей xL =ω1Lф. Поэтому на индуктивном сопротивлении происходит большое падение напряжения от переменной составляющей ∆ud~, а на сопротивлении нагрузки напряжение переменной составляющей будет незначительным. Дляхорошегосглаживаниянапряжениянанагруз-
ке необходимо, чтобы xL = ω1L · Rd. Индуктивность фильтра при |
|
заданном коэффициенте сглаживания S |
|
Lф = SRd / (2πfсm), |
5.14 |
где fc — частота, m — число фаз.
Наиболее целесообразно индуктивный фильтр применять в выпрямительных устройствах средней и большой мощности, у которых сопротивление нагрузки мало. Ёмкостный фильтр применяют, когда
сопротивление нагрузки велико. |
|
|
|
Дляполученияещёменьшего |
|
|
|
коэффициента пульсации q, ког- |
|
|
L |
да нет возможности для исполь- |
Выпрямитель |
|
|
зования конденсаторов или |
|
Rd |
|
дросселей из-за больших их раз- |
|
||
меров, применяют более слож- |
|
|
|
ныеГ-образныеилиП-образные |
|
|
|
фильтры. Г-образный фильтр |
|
|
|
типа RС состоит из активного |
|
|
|
сопротивления R, включённого |
|
|
|
последовательноснагрузкойRd, |
Рис. 5.17. Индуктивный фильтр |
||
115
и ёмкости С, включённой параллельно нагрузке. Эти фильтры имеют небольшие размеры, массу и стоимость, просты в исполнении, но имеют потери мощности на сопротивлении R. П-образный фильтрпредставляетсобойпоследовательноевключениеёмкостного и Г-образного фильтров (рис. 5.18).
а |
L |
б |
L |
|
|
C Rd |
C |
C2 Rd |
Рис. 5.18. Г-образный (а) и П-образный (б) фильтры
5.7. Коммутация в выпрямителях
Процесс перехода тока от одной ветви схемы к другой в результате чего меняется контур электрического тока, называется коммутацией. Выше выпрямители рассмотрены без учета влияния наихработуаноднойиндуктивностиLa. Приэтомдопущениипроисходит мгновенное переключение тока. Учтем влияние анодной индуктивности на коммутацию в трехфазных выпрямителях. Во внекоммутационный интервал в трехфазных схемах ток проводит один диод в трехпульсовой схеме, два диода в шестипульсовых и четыре диода в двенадцатипульсовых схемах. Переключение диодов происходит поочередно в строго определенной последовательности. Наличие анодной индуктивности задерживает выключение диода, выходящего из цепи тока, и обуславливает появление интервала коммутации, называемого углом коммутации. Данныйинтервалобозначаетсяγ иизмеряетсявэлектрическихградусах. На интервале коммутации одновременно проводят ток диоды, аноды или катоды которых объединены в общую точку, а другие выводы связаны с разными фазами трансформатора. Ком-
116
мутация сопровождается коротким внутренним междуфазным замыканием. Возникающий ток короткого замыкания iк вычитается из тока диода, выходящего из работы, и прибавляется к току диода, вступающего в работу.
Влияние коммутации на работу выпрямителя
Процесскоммутациивлияетнаформыкривыхвыпрямленногонапряжения ud и токов i1 и i2 в обмотках трансформатора. Это сказываетсянасреднемзначенииинагармоническомсоставетока, потребляемого из сети. По сравнению со случаем идеального выпрямителя с мгновенной коммутацией приреальных процессах коммутации изменяются лишь амплитуды и фазы гармоник в кривых ud и id.
117 |