Сглаживающие фильтры. Емкостной и индуктивный фильтры. Сложные фильтры

Страницы работы

6 страниц (Word-файл)

Содержание работы

~ ЛЕКЦИЯ 29 ~

Сглаживающие фильтры

Сглаживающие фильтры служат для уменьшения пульсаций напряжения на нагрузке.

Отношение коэффициента пульсаций на выходе выпрямителя q к коэффициенту пульсаций на нагрузке  q1  определяет степень сглаживания выпрямленного напряжения и называется коэффициентом сглаживания фильтра:

S = q / q1.

Расчет коэффициента сглаживания по первой (основной) гармонике проводят по формуле :

,

где  Ud1m и Udн1m - амплитуды пульсаций первых гармоник напряжения на входе и выходе фильтра; Udср и Udнср - постоянные составляющие напряжения на входе и выходе фильтра.

Если принять, что потери в фильтре отсутствуют:

DUф = Udср - Udнср = 0,

то коэффициент сглаживания S1 можно определить из выражения:

S1 = Ud1m / Udн1m .

Сглаживающие фильтры бывают простые и сложные. К простым относятся емкостной и индуктивный фильтры (рис. 2.8, 2.9), к сложным фильтрам относятся: Г-образные и П-образные фильтры. Г-образные фильтры - это RC- и LC-фильтры (рис. 2.10, 2.11). П-образные фильтры представлены CRC- и CLC-фильтрами (рис. 2.12, 2.13).

Для достижения большей степени сглаживания из Г-образных фильтров собирают многозвенные фильтры. Применение в преобразовательной технике нашли и транзисторные фильтры.

Емкостной фильтр

Использованный в емкостном фильтре конденсатор является реактивным элементом, оказывает малое сопротивление переменному току и большое - постоянному. В связи с этим его включают параллельно нагрузке (рис. 2.8). Сглаживающий фильтр совместно с внешней нагрузкой определяют вид нагрузки выпрямителя. Так, при включении емкостного фильтра между нагрузкой и выпрямителем общая нагрузка выпрямителя носит активно-емкостной характер. Выбор конденсатора для емкостного фильтра основывается на соотношении:

,

где d1 - круговая частота сигнала основной гармоники.

Рис.2.8. Простой емкостной фильтр.

При таком включении конденсатор шунтирует (закорачивает) нагрузку по переменной составляющей выпрямленного тока и падение напряжения на нагрузке обусловлено протеканием постоянной составляющей Id выпрямленного тока.

Коэффициент  сглаживания емкостного фильтра:

S1 = d1 Cф Rн .

Индуктивный фильтр

Индуктивный фильтр (рис. 2.9) в выпрямителе включают последовательно с нагрузкой, так как он оказывает большое сопротивление переменной составляющей протекающего тока.

 


  

Lф

 

Rн

 
 


Рис. 2.9. Простой индуктивный фильтр.

При включении индуктивного фильтра нагрузка носит активно-индукционный характер. Выбор индуктивности для фильтра осуществляют исходя из соотношения:

d1 Lф >> Rн

Это позволяет выделить падение напряжения от переменной составляющей выпрямленного тока на Lф, на Rн будет происходить падение напряжения от постоянной составляющей Id выпрямленного тока.

Коэффициент сглаживания индуктивного фильтра:

где с - частота сигнала питающей сети.

Сложные фильтры

Рассмотрим Г-образный RC-фильтр (рис. 2.10). Параметры этого фильтра выбираются исходя из условия:

.

Коэффициент сглаживания RC- фильтра:

.

 


Рис. 2.10. Г-образный RC-фильтр.

Недостаток RC-фильтра - потеря мощности на сопротивлении R.

Г-образный LC-фильтр (рис. 2.11) одновременно должен удовлетворять следующим условиям:

Достаточным считается, если:

 


Рис. 2.11. Г-образный LC-фильтр.

Коэффициент сглаживания Г-образного LC-фильтра:

S1d12 Lф Сф - 1 =

ωc2 m2 Lф Сф - 1.

Из этого выражения, задавшись коэффициентом сглаживания S1, круговой частотой Wd1 и числом фаз выпрямления, можно определить произведение Lф Сф:

Рис. 2.12. П-образный CRC-фильтр.

П-образные фильтры обеспечивают высокое качество сглаживания. Например, коэффициент сглаживания S П-образного CRC-фильтра (рис. 2.12) определится произведением коэффициента сглаживания S1 фильтра Сф1 и коэффициента сглаживания S Г-образного фильтра RCф2 :

S1n = S1S .

П-образный CLC-фильтр (рис. 2.13) имеет большие габариты и вес, чем CRC-фильтр, но обеспечивает высокое качество сглаживания.

Рис. 2.13. П-образный CLC-фильтр.

Пример многозвенного фильтра приведен на рис. 2.14. Расчет коэффициента сглаживания многозвенного фильтра осуществляют перемножением коэффициентов сглаживания отдельных звеньев:

S1 = S1I · S1II · S1III  · ... · S1n .

Рис. 2.14. Многозвенный LC-фильтр.

Кроме пассивных фильтров на элементах С, L, R применяют электронные сглаживающие фильтры на транзисторах. Использование транзисторов обусловлено тем, что сопротивление промежутка коллектор-эмиттер постоянному току (статическое сопротивление), определяемое как Uкэо/Iко в режиме покоя, на 2-3 порядка меньше сопротивления того же промежутка переменному току, равного 1/h2,2.

Рис. 2.15. Схема транзисторного фильтра.

Таким образом, действие транзисторного фильтра (рис. 2.15) аналогично действию  индуктивного фильтра, и его включают в схему сглаживающего П-образного фильтра вместо катушки Lф.

Резисторы R1 и R2 необходимы для выбора рабочего режима транзистора. Такой фильтр снижает пульсацию на 2-3 порядка.

Похожие материалы

Информация о работе

Предмет:
Электроника
Тип:
Конспекты лекций
Размер файла:
212 Kb
Скачали:
0