19 Сглаживающие фильтры. Назначение, анализ типов, условие выбора, показатели эффективности работы.

Схемы выпрямления переменного тока позволяют получать выпрямленное, но пульсирующее напряжение. Для питания электронных приборов пульсирующее напряжение непригодно. Сглаживающие фильтры служат для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения на нагрузке. Наличие пульсаций выпрямленного напряжения ухудшает работу потребителей. Так, например, при питании двигателей постоянного тока пульсирующим напряжением ухудшаются условия коммутации, увеличиваются потери в двигателе. Пульсации напряжения на выходе оцениваются величиной коэффициента пульсаций: P= Uог / Ud где U_ОГ – амплитудное значение напряжения основной гармоники, В; U_d – среднее значение выпрямленного напряжения, В. Простейшим сглаживающим фильтром является электролитический конденсатор большой ёмкости, установленный на схеме параллельно нагрузке, соблюдая полярность конденсатора. Нередко устанавливается параллельно электролитическому конденсатору плёночный (или керамический) для переменного тока ёмкостью 100 нанофарад, для устранения помех сети 220.

Сглаживающий фильтр состоит из реактивных элементов: конденсаторов и катушек индуктивности (дросселей). Сущность работы сглаживающего фильтра состоит в разделении пульсирующего тока i(t) на постоянную и переменную составляющие Постоянная составляющая направляется в нагрузку, а нежелательная переменная замыкается через конденсатор, минуя нагрузку.

Физическая сущность работы в фильтре конденсатор» и дросселя состоит в том, что конденсатор (обычно большой емкости), подключенный параллельно нагрузке, заряжается при нарастании импульсов выпрямленного напряжения и разряжается при их убывании, сглаживая тем самым ого пульсации. Дроссель, наоборот, при нарастании импульсов спрямленного тока в результате действия ЭДС самоиндукции задерживает рост тока, а при убывании импульсов задерживает его убывание, сглаживая пульсации тока в цепи нагрузки. С другой стороны, конденсатор и дроссель можно рассматривать как не­кие резервуары энергии. Они запасают ее, когда ток в цепи нагрузки превышает среднее значение, и отдают, когда ток стремится уменьшиться ниже среднего значения. Это и приводит к сглаживанию пульсаций.

Критерием качества сглаживающих свойств фильтров является коэффициент сглаживания S: S = K п вх / К п вых

Активно-индуктивный (R-L) сглаживающий фильтр.

Коэффициент сглаживания фильтра прямо пропорционален . Активно- индуктивный фильтр является габаритным устройством. Данный фильтр используется при постоянном токе нагрузки в цепях с повышенным током. При возрастании тока нагрузки (Iн) происходит увеличение энергии, накапливаемой в дроселе, при этом увеличивается ЭДС самоиндукции, что препятствует прохождению в нагрузку переменной составляющей тока. При этом улучшаются сглаживающие свойства фильтра.

Активно- емкостный (R-C) сглаживающий фильтр. Активно- емкостный фильтр используются при малых токах нагрузки, так как с ростом тока уменьшается постоянная цепи разряда T, что увеличивает пульсацию напряжения (из-за большой глубины провала). К достоинствам фильтра можно отнести: отсутствие повышения уровня напряжения или его снижение при переходных процессах. Недостатком фильтра является: воздействие на выпрямитель ( угол отсечки тока меньше 180 градусов), поэтому при использовании такого фильтра с большой величиной емкости необходимо вводить в звено выпрямителя защитные элементы.

Индуктивно- емкостный (L-C) сглаживающий фильтр. Фильтр используется при большой мощности нагрузки. К достоинствам фильтра относится: малые габаритные размеры, малая зависимость коэффициента сглаживания от изменений тока нагрузки (различный характер зависимости S от Iн для реактивных элементов взаимно компенсирует влияние). Недостатки : высокий уровень перенапряжения, возникающего во время переходного процесса и большое время его установления.

Многозвенные сглаживающие фильтры. В промышленных выпрямительных устройствах широко используются 2-х-звенные сглаживающие фильтры благодаря следующим достоинствам: малая зависимость коэффициента сглаживания от тока нагрузки, высокие качественные и удельные показатели. Дальнейшее увеличение числа звеньев приведет к уменьшению области устойчивой работы источника питания (так как источник питания представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования, то увеличение числа реактивных элементов в силовой цепи может привести к неустойчивости ) и уменьшению к.п.д. устройства.

Фильтр с параллельным колебательным контуром ( фильтр “пробка”) Фильтр(контур) настраивается на частоту первой гармоники и создается большое сопротивление Z _к для ее прохождения. Кондесатор Cф сглаживает гармоники высших порядков.

Активный сглаживающий фильтр. Из-за ряда достоинств активные фильтры нашли широкое распространение при небольших выходных мощностях . К таким достоинствам относятся: высокие качественные и энергетические показатели; широкий диапазон частот; простота конструкции; малая зависимость коэффициента сглаживания от изменений тока нагрузки; малые магнитные поля из-за отсутствия индуктивности в схеме фильтра; отсутствие опасных режимов при возникновении переходного процесса, т.к. нет перенапряжения при “сбросе” тока нагрузки.

К недостаткам схемы можно отнести: снижение к.п.д. устройства при увеличении тока нагрузки из-за увеличения потерь на транзисторе; необходимость защиты транзистора в переходных режимах.

20. Понятие угла перекрытия. Причина возникновения.(в выпрямителях)

явление перекрытия – явление, при котором происходит перекрытие одной фазы(заканчивающей работу) и другой( начинающей). ( не точное определение))))

Можно убедиться, что в интервале времени [ -пи/m; пи/m] ток в нагрузку поставляется заканчивающей работу фазой А и начинающей работу фазой В. В силу симметрии схемы тот же процесс повторяется и на границе окончания работы фазы В и начала работы фазы С. Угол перекрытия( гамма)- угол, с которым две фазы перекрывают друг рдуга.

- угол гамма. M- число фаз, U2m – фазное U

Явление перекрытия фаз имеет в целом негативный характер:

- уменьшается среднее значение выходного сопротивления;

- раздробляется пульсация;

- увеличивается коэффициент пульсации;

- работающие одновременно фазы рассеивают мощность на своих активных сопротивлениях (внутри), что приводит к уменьшению КПД.