![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Раздел 4 - Сглаживающие фильтры
- •Критерии качества сглаживающих свойств фильтров
- •Пассивные сглаживающие фильтры
- •Активно- емкостный (r-c) сглаживающий фильтр
- •Индуктивно- емкостный (l-c) сглаживающий фильтр
- •Многозвенные сглаживающие фильтры
- •Резонансные сглаживающие фильтры
- •Контрольные вопросы
- •Вопросы тестового контроля
Индуктивно- емкостный (l-c) сглаживающий фильтр
При соблюдении условия
Хдр
> Хс
реакция фильтра
будет индуктивного
характера. Дроссель и конденсатор,
используемые совместно, более эффективно
выполняют функции сглаживания, чем при
их раздельном включении, если выполняются
неравенства:
Хдр >> Rн и Хс << Rн
Получим выражение для коэффициента сглаживания фильтра через параметры схемы замещения:
Фильтр используется при большой мощности
нагрузки. К достоинствамфильтра относится:малые
габаритные размеры, малая зависимость
коэффициента сглаживания от изменений
тока нагрузки (различный характер
зависимостиq
от Iн для
реактивных элементов взаимно компенсирует
влияние). Недостатки:
в таких фильтрах возникают переходные
процессы, усложняющие работу, как
потребителя, так и источника питания,
дроссели фильтров имеют большие
габаритные размеры и массу, а их
индуктивность, следовательно, коэффициенты
сглаживания зависят от тока нагрузки.
При включении и отключении сети, а также
при резких изменениях нагрузки в фильтре
возникают переходные процессы, которые
могут привести к перенапряжениям и
броскам тока в элементах фильтра и
выпрямителя.Возникновение переходных
процессов связано с изменением во
времени запасов электромагнитной
энергии, накапливаемой в таких энергоемких
элементах, как катушки индуктивности()
и конденсаторы фильтра(
).
При
или
разряд индуктивности или к
онденсатора
фильтра происходит за некоторый интервал
времени (
),
который определяет время переходного
процесса. Несмотря на малую
продолжительность этих процессов, они
могут быть причиной выхода из строя
вентилей из-за резкого возрастания
обратного напряжения и прямого тока, а
также пробоя конденсаторов или изоляции
дросселей и силового трансформатора.
Переходные процессы могут носить
колебательный характер. В этом случае
их можно рассматривать как свободные,
затухающие при подключении фильтра к
источнику постоянного тока.
Собственная частота этих колебаний определяется выражением:
На рисунке представлена графическая зависимость переходного процесса при включении источника питания:
Переходные процессы в контуре описываются уравнением:
,
где Uс уст – напряжение выпрямителя на холостом ходу (при отключенной нагрузке), i = iн + iс – ток выпрямителя во время переходного процесса, iн и iс – соответственно токи нагрузки и конденсатора, Rb = rтр + Ri + Rдр – внутреннее сопротивление выпрямителя: трансформатора, диодов и дросселя фильтра.
Математический анализ выше
приведенного уравнения позволяет
определить сдвиг по фазе между максимумами
тока iL
и напряжения Uc
, который составляет
.
Максимальное отклонение напряжения
на конденсаторе
зависит от коэффициента затухания
колебательного процесса:
Относительная величина
перенапряжения на конденсаторе
определяется из графика в зависимости
от отношения
.
Перенапряжения, возникающие
в фильтре, тем больше, чем больше
индуктивность дросселя L
и чем меньше емкость С. Для идеального
выпрямителя при Rb
= 0 и отключенной нагрузке ( Rн
=
)
отношения
= 0,
=
1, т.е. предельное значение напряжения
на конденсаторе равно:
Если максимальное напряжение
на конденсаторе
превышает
допустимое значение, а уменьшить
индуктивность дросселя нельзя из-за
необходимости обеспечения требуемого
коэффициента сглаживания, то для
уменьшения перенапряжения последовательно
с дросселем нужно включить добавочный,
так называемый пусковой резистор с
сопротивлениемRпуск.
При этом активное сопротивление
выпрямителя возрастет на его величину
и коэффициент затухания α увеличится,
что приводит к уменьшению
.
Для мощных выпрямителей допустимой
считается величина перенапряжений на
конденсаторе до 20%.
При резких изменениях сопротивления нагрузки от Rн до R/н в фильтре также создаются перенапряжения и броски тока. Максимальное значение перенапряжения на конденсаторе определяется выражением:
где отношение
определяется из приведенного выше
графика в зависимости от произведения:
При нахождении величины α
вместо сопротивления нагрузки Rн
в формулу надо
подставить значение,
где
-
измененный ток нагрузки. Найдя из графика
значение σ, по отношению
определим значение:
и затем находим
.
На холостом ходу
и
=0;
для идеального выпрямителя Rb
= 0, отношение
=0,
и тогда, преобразуя выражение, получим
где
-
волновое сопротивление контура.
Волновое сопротивление ρ
контура фильтра практически всегда
меньше сопротивления нагрузки
,
поэтому напряжение на конденсаторе при
«сбросе» нагрузки (
)
будет
.
Для уменьшения возникающих перенапряжений
последовательно с конденсатором фильтра
можно включить резистор небольшого
сопротивления (десятки Ом).
Рассмотрим переходный процесс при “сбросе” и “набросе” тока нагрузки (смотрите ниже рисунок). При“сбросе”тока нагрузки возникает перенапряжение, которое может привести к выходу из строя аппаратуры, поэтому при расчетеLC-фильтра, необходимо учитывать режим работы на импульсную нагрузку.