3.2 Емкостной фильтр

Схема фильтра приведена на рисунке 28,а. Если параметры фильтра подобраны так, что емкостное сопротивление фильтра намного меньше сопротивления нагрузки (R_d), то можно считать, что переменная составляющая тока на выходе выпрямителя равна току конденсатора, а постоянная составляющая - току нагрузки. Для однополупериодной схеме выпрямления (рисунок 4) величину емкости фильтра можно определить по формуле (136), [6]:

, (136)

где ω_c=2πf_c - угловая частота напряжения питающей сети;

k_п2 - требуемая величина коэффициента пульсации напряжения на нагрузке;

R_d - сопротивление нагрузки.

Для двухполупериодных схем выпрямления (однофазной мостовой или двухполупериодной с выводом нулевой точки вторичной обмотки трансформатора) емкость конденсатора фильтра определяется по формуле (137):

(137)

3.3 Индуктивный фильтр

Схема фильтра приведена на рисунке 27,б. При расчете этого фильтра на его входе обычно учитывают только постоянную составляющую выпрямленного напряжения U_d' и основную гармонику пульсации с амплитудой U_1m', так как амплитуды высших гармонических с увеличением номера гармоники резко падают. В результате выпрямитель по отношению к фильтру и нагрузке может быть заменен двумя генераторами: с постоянной ЭДС U_d'=const и синусоидальной ЭДС, имеющей амплитуду U_1m' и частоту ω_п=k_тm₂ω_с .

Индуктивный фильтр применяется для выпрямителей средней и большой мощности, так как позволяет обеспечить непрерывность тока нагрузки и благоприятный режим работы выпрямителя. Под воздействием синусоидальной ЭДС с амплитудой U_1m' на нагрузке возникает напряжение переменного тока с амплитудой U_1m

(138)

Определим коэффициент сглаживания фильтра как отношение амплитуды напряжения основной гармоники пульсации на входе фильтра U_1m' и амплитуды напряжения основной гармоники пульсации на нагрузке U_1m:

(139)

Поскольку для эффективной работы фильтра необходимо выполнение условия ω_пL_d >R_d формула (139) может быть упрощена:

(140)

Из формулы (140) следует, что эффективность работы L - фильтра повышается с уменьшением сопротивления нагрузки при неизменной величине индуктивности дросселя фильтра, следовательно. Этот фильтр целесообразно использовать в сильноточных выпрямительных установках.

3.4 Индуктивно - емкостной фильтр

Схема фильтра приведена на рисунке 28,в. Полагая активное сопротивление обмотки дросселя фильтра равным нулю, и учитывая, что для эффективной работы фильтра необходимо, чтобы параметры фильтра и нагрузка подчинялись следующим соотношениям: ω_пL_d>R_d, а

можно определить коэффициент сглаживания L-C фильтра как отношение полного реактивного сопротивления фильтра к сопротивлению емкости фильтра:

. (141)

Откуда легко получить соотношение, по которому можно определить интегральный параметр фильтра L_фC_ф

(142)

Выражение (142) не позволяет определить значения индуктивности и емкости фильтра, так как уравнение одно, а неизвестных два. Поэтому необходимо задаться одним из параметров фильтра.

Индуктивность дросселя целесообразно выбирать из условия обеспечения непрерывности тока в цепи нагрузки

(143)

Далее следует по справочным данным выбрать дроссель, индуктивность которого должна быть не менее рассчитанной по формуле (143). Требуемую величину емкости фильтра следует определить, воспользовавшись формулой (142), и выбрать стандартный конденсатор.

После выбора элементов фильтра, следует проверить его на резонанс.

Параметры фильтра должны удовлетворять условию - частота собственных колебаний фильтра (ω_ск) должна быть менее половины частоты пульсаций (ω_П):

. (144)

Вопросы для самоконтроля:

1. Укажите для какой цели применяют сглаживающие фильтры на выходе выпрямителей.

2. Перечислите основные схемы сглаживающих фильтров.

3. Укажите расчетные соотношения, по которым следует рассчитать параметры:

-конденсатора для емкостного фильтра;

-дросселя для индуктивного фильтра;

-конденсатора и дросселя для индуктивно-емкостного фильтра;

4 Какую проверку следует выполнить после выбора элементов фильтра.