Принцип действия фильтров заключается в создании высокого сопротивления для переменной составляющей тока (при последовательном включении индуктивности), или шунтированием нагрузки цепью с малым сопротивлением переменной составляющей (при параллельном включении емкости), при применении одновременно двух путей (Г-образный LC-фильтр).
Расчет фильтров ведется для первой (основной) гармоники по коэффициентам пульсаций или по коэффициенту сглаживания. Коэффициенты пульсаций на входе и выходе фильтра
, 
,
где Ud1m, Udф1m – амплитудные значения напряжений первой гармоники на входе и выходе фильтров;
Ud, Udф – соответствующие средние значения.
Коэффициент сглаживания
S = q1вх /q1вых.
Для индуктивного и LC-фильтра (рис. 2.1, а и б) можно принять, что падение напряжения в фильтре по постоянной составляющей равно 0, т.е. Ud = Udф, тогда
.
При токе первой гармоники Iп1m напряжение на выходе фильтра при отсутствии емкости
,
а для LC- фильтра с учетом
,
.
Напряжение на входе индуктивного фильтра с учетом 
.
на входе Г- образного
.
Тогда коэффициенты сглаживания:
для индуктивного фильтра
.
для Г – образного LC-фильтра
,
где fc – частота питающей сети;
m – фазность схемы выпрямления (m = 1 для однополупериодной схемы; m = 2 для двухполупериодной и мостовой схем).
При проектировании фильтров обычно принимают
и 
.
Если требуемое значение S >100, то как правило применяют многозвенные на реактивных элементах или транзисторные фильтры.
Простейший емкостной фильтр (рис. 2.1, в) применяется при высокоомной нагрузке, когда конденсатор оказывается приемлемых габаритов и импульсы зарядного тока конденсатора имеют допустимое значение для диодов выпрямителя. Расчет величины требуемой емкости производят по коэффициенту пульсаций первой гармоники.
.
Для реальных L – и Г – образного LC- фильтров с учетом активного сопротивления дросселя коэффициенты сглаживания будут соответственно равны
, 
,
где Rдр – активное сопротивление обмотки дросселя.
Для однофазного однополупериодного выпрямителя коэффициент пульсаций по первой гармонике q1вх=1.57, для мостового q1вх=0.67
Большим коэффициентом сглаживания обладают LC- фильтры с компенсацией и резонансные фильтры. В схеме LC-фильтра с компенсацией (рис. 2.1, г) кроме основной обмотки I используется компенсационная обмотка II дросселя L2.
Резонансные фильтры образуются из обычного LC- фильтра путем либо включением параллельно индуктивности дросселя L2 емкости конденсатора СФ (фильтр с параллельным резонансным контуром (рис. 2.1, д)), либо последовательного включения емкости СФ и дросселя L2 (фильтр с последовательным резонансным контуром (рис. 2.1, е)).
По сравнению с обычным Г– образным LC– фильтром коэффициенты сглаживания резонансных фильтров при правильной их настройке в 3-4 раза выше.
3. Порядок выполнения работы
В работе необходимо провести исследования L, C, LC-фильтров (вставка №6), фильтров с параллельным и последовательным резонансом (вставка №8, №9), фильтра с компенсацией (вставка №7) при их работе от однополупериодного (вставка №1) и мостового (вставка №3) выпрямителей.
3.1. Рассчитать коэффициенты пульсаций и сглаживания для индуктивного (рис. 2.1, а), емкостного (рис. 2.1, в), и Г – образного LC фильтров (рис. 2.1, б) при их работе совместно с однополупериодным и мостовым выпрямителями. Необходимые для расчета данные взять из таблицы согласно номеру бригады (или заданному преподавателем).
3.2. Для указанных в пункте 3.1 фильтров измерить амплитуду пульсаций и среднее значение напряжения на входе фильтра и сопротивлении нагрузки Rн. Используя полученные данные, рассчитать коэффициенты пульсаций и сглаживания. Результаты расчетов по п. 3.1 и п.3.2 свести в таблицу, сравнить расчетные и экспериментальные показатели. Изобразить осциллограммы пульсаций.
3.3. Снять и построить осциллограммы пульсаций для фильтров с компенсацией, с параллельным и последовательным резонансом. Измерить постоянную составляющую напряжения на нагрузке, рассчитать коэффициенты пульсаций и сглаживания. Результаты расчетов свести в таблицу.
4. Методические указания
4.1. Экспериментальное исследование фильтров проводится на лабораторном стенде ЭС-1А/1, описание и схема которого приведены в лабораторной работе №1.
4.2. Аналитический расчет коэффициентов пульсаций и сглаживания для индуктивного и Г – образного LC-фильтра произвести с учетом активного сопротивления дросселя.
4.3. Измерение средних значений (постоянных составляющих) напряжения производиться вольтметром В7-40/5, а переменной составляющей – осциллографом. Требуемое значение сопротивления нагрузки Rн устанавливают по показаниям вольтметра В7-40/5, работающего в режиме измерения сопротивления.
Таблица
|
Номер бригады |
Тип фильтра |
Дроссель |
Конденсатор |
Сопротивление Rн, Ом |
|
1 |
Индуктивный Емкостной LC - фильтр |
L1 – L1 |
– C1 C3 |
150 |
|
2 |
Индуктивный Емкостной LC - фильтр |
L2 – L2 |
– C2 C4 |
200 |
|
3 |
Индуктивный Емкостной LC - фильтр |
L1 – L1 |
– C1 C4 |
250 |
|
4 |
Индуктивный Емкостной LC - фильтр |
L2 – L1 |
– C1 C3 |
300 |
|
5 |
Индуктивный Емкостной LC - фильтр |
L1 – L2 |
– C2 C3 |
350 |
Примечание. Значения индуктивности и активного сопротивления дросселей:
L1 =1.5 Гн, L2 =2.5 Гн,Rдр1 = 35 ом , Rдр2 = 65 Ом; ёмкость конденсаторов:
C1 = 130 мкф , C2 =500 мкф,. C3 =25 мкф, C4 =60 мкф.
4.4. Для подключения индуктивного фильтра необходимо переключатель SA4 перевести в нижнее положение, а переключатели SA3 и SA6 должны быть в нейтральном (среднем) положении.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.