Выпрямителя. Рис. 2.11 – Диаграмма выходного напряжения двухполупериодного

Рис. 2.11 – Диаграмма выходного напряжения двухполупериодного

Из приведенного рисунка видно, что кривая выпрямленного напряжения кроме постоянной составляющей содержит переменную составляющую: u_d = U_d + ~ u_d, т.е. переменная составляющая представляет разность напряжений ~ u_d = u_d(ωt) - U_d.

Как правило, наличие переменной составляющей ~ u_d ухудшает работу потребителей, получающих питание от выпрямителя. Поэтому осуществляют фильтрацию выпрямленного напряжения, с помощью подключения к выходу выпрямителя специального устройства – сглаживающего фильтра.

Сглаживающие фильтры выполняют на основе реактивных элементов: дросселей (L) и конденсаторов (С). Дроссель оказывает большое сопротивление переменному току и малое постоянному току, а конденсатор наоборот. Указанные свойства используют при построении простейших сглаживающих фильтров. Сглаживающие дроссели (L) включают последовательно с нагрузкой, а конденсатор (С) – параллельно ей.

Рассмотрим сглаживающее действие фильтров с индуктивным входом (L- и LC- фильтры).

1. L- фильтр

Схема L – фильтра показана на рисунке 2.12. Основным параметром, характеризующим эффективность сглаживающего фильтра, является коэффициент сглаживания s, равный отношению коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения на входе фильтра q_вх к коэффициенту пульсаций на выходе фильтра q_вых, т.е s = q_вх/ q_вых.

q₁(q_вх1) L q_1вых

R_нU_d_н

Рис. 2.12 – Схема индуктивного фильтра

Кроме выполнения требования к коэффициенту сглаживания, фильтры должны иметь минимальное падение напряжения на элементах, минимальные габариты, массу, стоимость.

Рассчитывают коэффициент сглаживания по первой (основной) гармонике по формуле

s₁ = = , (2.31)

где U_d₁_m – амплитудное значение напряжения первой гармоники на входе фильтра; U_d_н1_m- амплитудное значение напряжения первой гармоники на выходе фильтра т.е. на нагрузке.

Напряжения U_d₁_m и U_d_н1_m определяют как падения напряжения от протекания первой гармоники тока пульсации I_п(1) по формулам:

Подставим эти значения в формулу (2.31). После преобразования получаем коэффициент сглаживания, равный

На практике обычно справедливо следующее соотношение между параметрами ω_п(1)L_ф» R_н, следовательно

отсюда

L_ф = . (2.32)

Анализ формулы (2.32) показывает, что сглаживающая способность фильтра повышается с увеличением числа фаз выпрямителя m и с увеличением индуктивности L, а также с уменьшением R_н.

Сопротивление R уменьшается с увеличением мощности НГ. Поэтому использование L-фильтра эффективно в выпрямителях средней и большой мощности.

В маломощных выпрямителях применение простейшего L-фильтра менее эффективно, поскольку R_н здесь относительно большое, поэтому для получения требуемого значения коэффициента s₁ необходимо значительно увеличивать индуктивность дросселя L.

В маломощных выпрямителях эту задачу решают не увеличением L, а уменьшением R_н переменному току, путем включения параллельно нагрузке конденсатора, т.е. используют Г-образный LC- фильтр. Включением конденсатора создается самостоятельная цепь для протекания переменной составляющей тока, обусловленного переменной составляющей напряжения u_d, минуя цепь нагрузки.

2. LC- фильтр