Исследование влияния сглаживающих фильтров на пульсации выпрямленного напряжения в выпрямителе, страница 2

Если не учитывать потерь в трансформаторе и диодах, то ко входу а,б фильтра в любой момент будет подключено напряжение только одной фазы трансформатора, положительный потенциал которой в данный момент наибольший. Остальные фазы будут отключены зак­рытыми диодами. В этом случае емкость С в установившемся режиме заряжена до некоторого напряжения U_С=U_H, и это напряжение оказывает подзапирающее действие на открытый диод. Однако, его закрытия из-за этого не происходит, так как ЭДС, индукцируемая в индуктивности при уменьшении тока, совпадает с ЭДС вторичной об­мотки трансформатора и компенсирует подзапирающее напряжение Uc. Правда, для этого значение L должно быть больше некоторого критического значения.

Поэтому на выходе а,б выпрямителя напряжение имеет вид, пред­ставленный на рис.2б,в, а коэффициент пульсаций определяется ра­венством /2/.

Наличие звена L, С приводит к снижению коэффициента пуль­саций на выходе звена L, С - на емкости С или на нагрузке R_H.

Физически сглаживающее действие такого фильтра объясняется тем, что элементы L и С имеют разное значение сопротивления для постоянного и переменного токов. Сопротивление идеальных эле­ментов L и С равно соответственно нулю и бесконечности для по­стоянного тока, а для переменных токов их сопротивления равны  и . Сопротивление R_H остается одинаковым для по­стоянного и переменного токов.

Напряжение, подаваемое на вход а,б фильтра, можно предста­вить в виде ряда Фурье:

,         /3/

где  - основная частота пульсаций;  - амплитуда и фаза соответствующей гармоники; к - номер гармоники.

Для выпрямителя, схема которого представлена на рис.3, , где f - частота сети, m - число выпрямляемых фаз.

Напряжение постоянной составляющей Uo будет полностью передаваться на сопротивление нагрузки R_H, а для переменных составляющих напряжения элементы L и С образуют делитель на­пряжения. Напряжение переменных составляющих на емкости С, а, следовательно, и на R_H, будет меньше, чем напряжение соот­ветствующих переменных составляющих на входе фильтра. Из этого следует, что коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке R_H будет меньше, чем коэффициент пульсаций на входе фильтра.

Если обозначить К_пвх - коэффициент пульсации на входе филь­тра, а К_пвых - коэффициент пульсаций на выходе фильтра, то

К_пвх/К_пвых=g                      /4/

называется коэффициентом сглаживания пульсаций для данного фильтра.

Надо только иметь ввиду, что при некоторой частоте  последовательный контур L, С имеет резонанс, при котором значе­ния напряжений на L и С могут значительно превосходить значение напряжения на входе контура. Чтобы избежать таких резонансных яв­лений для любой гармоники переменной составляющей напряжения на входе фильтра, элементы L и С выбирают так, что резонансная час­тота последовательного контура  значительно меньше, чем основная частота  переменной составляющей напряжения - . Тогда  и напряжение переменной составляю­щей на емкости С, а, значит, и на сопротивлении нагрузки R_H будет много меньше, чем напряжение переменной составляющей на входе фильтра. Это значит, что коэффициент пульсаций на выходе фильтра будет много меньше коэффициента пульсаций на входе фильтра.

Так как схема /рис.3/ является линейной, то все значения то­ков и напряжений могут быть легко рассчитаны методами теории цепей. Если принять, что , то легко получить, что

                             /5/

Здесь  - коэффициент сглаживания фильтра для к-той гармоники;

 - основная, частота переменной составляющей напряжения, ;  - резонансная частота последовательного контура.

Для того, чтобы g₁, было >>1, надо чтобы  было <<. Из равенства /5/ следует, что при заданных требованиях к коэффи­циенту сглаживания L С фильтра значение L С определяется равенством