1.2 Расчет выпрямителей, работающих на фильтр, начинающийся с индуктивности

См. (рисунок 1.1 б, в). Исходные данные для расчета: U_o; В; I_o; A; R_н, Ом; Р_о = U₀I₀, Вт; U₁, В; а_max, a_min; f_c, Гц.

1. По формулам, приведенным в таблице 1.4, определяем параметры диодов U_{обр.мах}, I_пр.ср,I_пр. Выбираем диоды с учетом того, что обратное напряжение U_{обр.мах}, приложенное к диоду, долж­но быть меньше максимального обратного на­пряжения для выбранного типа диода. Ток I_пр.ср должен быть меньше предельно допустимого среднего тока, указанного в справочнике. Из справочника определяем прямое падение напря­жения на диоде U_np.

Таблица 1.4 – Параметры выпрямителей, работающих на индуктивную нагрузку (рисунок 1.1 б, в)

Тип выпрямителя	U2	I2	I1	Sr	Uобр.мах	Iпр.ср	Iпр,	Iпр.мах	fп	Kп01
Двухполупериодный со средней точкой	1,11U0xx	0,707I0	I0w2/w1	1,34P0	3,14U0(1+amax)	0,5 I0	0,707 I0	I0	2fc	0,67
Мостовой	1,11U0xx	I0	I0w2/w1	1,11P0	1,57U0(1+amax)	0,5 I0	0,707 I0	I0	2fc	0,67

2. По формулам, приведенным в таблице 1.1, находим сопротивление трансформатора.

2. Определяем напряжение холостого хода

U_0xx=U₀+I₀r_тр+U_пр N,

где N-число диодов, работающих одновремен­но, N = 1 для схемы рисунок 1.1,а,б и N = 2 для схемы рисунок 1.1,в.

4. По значениям U_0ХХ, I_o, Р_о из таблицы 1.4 определяем параметры трансформатора U₂, I₂, I_l, S_r. Они являются исходными для расчета или выбора трансформатора.

2 Сглаживающие фильтры

2.1 Параметры фильтра

Основным параметром сглаживающих фильтров является коэффициент сглаживания, который определяется отношением коэффициен­та пульсации на входе фильтра к коэффициенту пульсации на его выходе (на нагрузке):

q = k_п.вх /k_п.вых

Коэффициент пульсации на входе фильтра определяется типом схемы выпрямления и равен

k_п.вх = U_0m1/U₀=k_п.01,

где U_0ml и U₀ - амплитуда первой гармоники и постоянная составляющая выпрямленного на­пряжения.

Коэффициент пульсации на выходе фильтра k_п.вых = U_нm1 /U_н, где U_нm1 и U_H - амплитуда пер­вой гармоники и постоянная составляющая на­пряжения на нагрузке.

2.2 Расчет индуктивно-емкостных фильтров

Наиболее широко используют Г-образный индуктивно-емкостный фильтр (рисунок 2.1). Для сглаживания пульсации таким фильтром необходимо, чтобы x_c <<R_H, a x_L >>х_с. При выполнении этих условий, пренебрегая потерями в дросселе, получим коэффициент сглаживания Г-образного фильтра

где . Для схем рисунок 1.1 б, вm = 2. Для f_c = 50 Гц:

LC₁ = 10(q + l)/m².

Рисунок 2.1 – Г – образный индуктивно – емкостный фильтр

Определив произведение LC_1; Гн мкФ, не­обходимо найти значения L и C₁ в отдельности.

Одним из основных условий выбора L явля­ется обеспечение индуктивной реакции фильтра на выпрямитель, необходимой для большей ста­бильности внешней характеристики выпрямите­ля. Кроме того, при индуктивной реакции фильтра меньше действующие значения токов в вентилях и обмотках трансформатора, а также меньше габаритная мощность трансформатора. Для обеспечения индуктивной реакции необходимо, чтобы

Выбрав индуктивность дросселя и зная произведение LC_1; можно определить емкость C₁.

При расчете фильтра необходимо также обеспечить такое соотношение реактивных сопротивлений дросселя и конденсатора, при котором не могли бы возникнуть резонансные явления на частоте пульсации выпрямленного напряжения и частоте изменения тока нагрузки.

Если нагрузка постоянна, то условием от­сутствия резонанса является

где - собственная угловая частота фильтра, равная. Это условие выполняется приq>3.

Если ток нагрузки изменяется с угловой час­тотой , то условие отсутствия резонанса мож­но записать в виде

где - частота тока нагрузки.

Зная L, можно рассчитать или выбрать стандартный дроссель фильтра. По найденной из расчета емкости C₁ можно выбрать конденсатор. При этом необходимо, чтобы мгновенное значение напряжения на нем не превышало его номинального напряжения. Для этого конденсатор следует выбрать на напряжение холостого хода выпрямителя при максимальном напряжении сети, увеличенное на 15...20%. Это необходимо для обеспечения надежной работы конденсаторов при перенапряжениях, возникающих при вклю­чении выпрямителя. Необходимо также, чтобы амплитуда переменной составляющей напряжения на конденсаторе не превышала предельно допустимого значения.

П-образный CLC фильтр (рисунок 2.1) можно представить в виде двухзвенного фильтра, состоящего из емкостного звена с емкостью С₀ и Г-образного звена с L и C₁. При расчете П-образного фильтра емкость С₀ и коэффициент пульсации напряжения на емкости С₀ известны из расчета выпрямителя.

Коэффициент сглаживания Г-образного звена фильтра равен отношению коэффициентов пульсаций напряжения на емкости С₀ и сопротивлении нагрузки. Зная коэффициент сглаживания Г-образного звена, можно определить произведение LC₁.

В П-образном фильтре наибольший коэффициент сглаживания достигается при С₀ = C₁. Индуктивность дросселя L определяем по ранее приведенной формуле.