Индуктивный фильтр

Индуктивный фильтр представляет собой катушку с ферромагнитным сердечником (дроссель), включаемую последовательно с нагрузкой (рис. 30.2). Переменная составляющая выпрямленного тока создает в магнитопроводе дросселя магнитный поток, индуцирующий в его обмотке противоЭДС, которая препятствует изменениям тока в цепи. Уменьшение амплитуды переменной составляющей выпрямленного тока вызывает уменьшение пульсаций напряжения на нагрузке. В этом и состоит сглаживающее действие дросселя, включенного последовательно с нагрузкой.

С увеличением увеличивается интервал включенного состояния вентилей и уменьшаются пульсации выпрямленного напряжения. В этой формуле числитель является индуктивным сопротивлением дросселя , т.е.

(30.7)

Таким образом, для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения необходимо, чтобы индуктивное сопротивление дросселя было значительно больше сопротивления нагрузки , т.е.

или . (30.8)

При соблюдении условия (30.8) на зажимах дросселя L выделяется значительная часть переменной составляющей выпрямленного напряжения, а поскольку обычно активное сопротивление дросселя мало и активным падением напряжения на дросселе можно пренебречь, то практически вся постоянная составляющая выпрямленного напряжения выделяется на сопротивлении нагрузки .

Коэффициент сглаживания индуктивного фильтра определяем по формуле

(30.9)

откуда (30.10)

Из (30.9) видно, что для получения достаточно большого коэффициента сглаживания необходимо увеличивать индуктивность дросселя и количество импульсов за период . Поэтому индуктивные фильтры целесообразно применять в многофазных выпрямителях большой мощности (большие токи нагрузки при относительно небольшом значении ).

Преимущества индуктивного фильтра состоят в следующем: простота схемы, небольшие потери мощности, а также незначительная зависимость выходного напряжения от изменения сопротивления нагрузки .

Недостатки индуктивного фильтра:

1. перенапряжения, возникающие при отключении нагрузки или внезапном изменении ее величины, связаны с появлением ЭДС самоиндукции дросселя при резком изменении тока нагрузки. В целях устранения этого недостатка в мощных выпрямителях параллельно дросселям включаются разрядники, замыкающие обмотку дросселя, когда напряжение на дросселе превышает определенный уровень;

2. зависимость коэффициента сглаживания от изменении сопротивления нагрузки , так как при этом меняется индуктивность дросселя . Это связано с увеличением постоянного подмагничивающего поля дросселя, которое изменяется в соответствии с изменением сопротивления , а значит, и тока нагрузки. Для уменьшения подмагничивающего поля дросселя его сердечник выполняется с воздушным зазором.

Индуктивно-емкостный фильтр

С очетания индуктивности и емкости позволяют получить более высокие коэффициенты сглаживания. Наиболее простая схема индуктивно-емкостного LC-фильтра показана на (рис. 30.3). Входным элементом этого фильтра является дроссель, и при соблюдении условия дроссель и конденсатор в данном (совместном) включении используются лучше, чем каждый из них в отдельности. При этом общее сопротивление цепи для переменной составляющей выпрямленного напряжения значительно уменьшается и поэтому увеличивается переменная составляющая выпрямленного тока, протекающего через дроссель, а значит, возрастает и падение напряжения на нем. Это приводит к уменьшению переменной составляющей напряжения на нагрузке (по сравнению с ее значением при раздельном включении конденсатора и дросселя). Коэффициент сглаживания определяем по формуле

. (30.11)

Поскольку при расчете коэффициент сглаживания обычно задан и искомыми величинами являются L и С, то (30.11) целесообразно преобразовать к виду

(30.12)

Выражая индуктивность дросселя в генри, а емкость конденсатора в микрофарадах, получаем следующие расчетные формулы:

• при f_C = 50 Гц

; (30.13)

• при f_C = 400 Гц

. (30.14)

По этим выражениям при известном q, задаваясь, например, емкостью фильтра С, можно найти индуктивность L.

В фильтре, состоящем из дросселя и конденсатора, возможны резонансные явления, и для их исключения необходимо, чтобы собственная частота фильтра была ниже частоты пульсаций, т.е. выполнить условие

или .

После определения LC выбор значений L и С рекомендуется проводить из соображений экономичности, минимальности габаритных размеров и стоимости.

Рассчитать минимальное значение индуктивности дросселя можно по формуле

,

которая получена из условия индуктивной реакции фильтра и .