КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Активно- емкостный (R-C) сглаживающий фильтрПредставляет собой конденсатор, включаемый параллельно нагрузке. Получим выражение для коэффициента сглаживания через параметры схемы замещения:
(7.7)
где Z2 – параллельное соединение RН и CФ :
Тогда q равен: (7.8)
где р – коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя, τ – постоянная фильтра. При однополупериодном выпрямлении конденсатор Сф фильтра заряжается импульсом тока через вентиль и разряжается на нагрузку Rн один раз в течение периода сети. В многофазном выпрямителе заряд и разряд конденсатора происходят с частотой пульсаций , где Тс – период сетевого напряжения. Активно - емкостный фильтр используются при малых токах нагрузки, так как с ростом тока уменьшается постоянная цепи разряда τ, что увеличивает пульсацию напряжения (из-за глубокого разряда конденсатора). К достоинствам фильтра можно отнести: отсутствие повышения уровня напряжения или его снижение при переходных процессах, простота, небольшие габаритные размеры и стоимость.
Рисунок 7.6 Активно - емкостный (R-C) сглаживающий фильтр Недостатком фильтра является: воздействие на выпрямитель ( угол отсечки тока меньше 180 градусов), поэтому при использовании такого фильтра с большой величиной емкости необходимо вводить в звено выпрямителя защитные элементы по току.
Рисунок 7.7 Индуктивно - емкостный (L-C) сглаживающий фильтр При соблюдении условия Хдр > Хс реакция фильтра Хдр >> Rн и Хс << Rн Получим выражение для коэффициента сглаживания фильтра через параметры схемы замещения: (7.9) Фильтр используется при большой мощности нагрузки. К достоинствам фильтра относится: малые габаритные размеры, малая зависимость коэффициента сглаживания от изменений тока нагрузки (различный характер зависимости q от Iн для реактивных элементов взаимно компенсирует влияние). Недостатки: в таких фильтрах возникают переходные процессы, усложняющие работу, как потребителя, так и источника питания, дроссели фильтров имеют большие габаритные размеры и массу, а их индуктивность, следовательно, коэффициенты сглаживания зависят от тока нагрузки. При включении и отключении сети, а также при резких изменениях нагрузки в фильтре возникают переходные процессы, которые могут привести к перенапряжениям и броскам тока в элементах фильтра и выпрямителя. Возникновение переходных процессов связано с изменением во времени запасов электромагнитной энергии, накапливаемой в таких энергоемких элементах, как катушки индуктивности ( ) и конденсаторы фильтра ( ). При или разряд индуктивности или Собственная частота этих колебаний определяется выражением:
(7.10) На рисунке представлена графическая зависимость переходного процесса при включении источника питания: Рисунок 7.8 Графическая зависимость переходного процесса при включении источника питания Переходные процессы в контуре описываются уравнением: , где Uс уст – напряжение выпрямителя на холостом ходу (при отключенной нагрузке), i = iн + iс – ток выпрямителя во время переходного процесса, iн и iс – соответственно токи нагрузки и конденсатора, Rb = rтр + Ri + Rдр – внутреннее сопротивление выпрямителя: трансформатора, диодов и дросселя фильтра. Математический анализ выше приведенного уравнения позволяет определить сдвиг по фазе между максимумами тока iL и напряжения Uc , который составляет . Максимальное отклонение напряжения на конденсаторе зависит от коэффициента затухания колебательного процесса:
(7.11)
Относительная величина перенапряжения на конденсаторе определяется из графика в зависимости от отношения . Перенапряжения, возникающие в фильтре, тем больше, чем больше индуктивность дросселя L и чем меньше емкость С. Для идеального выпрямителя при Rb = 0 и отключенной нагрузке ( Rн = ) отношения = 0, = 1, т.е. предельное значение напряжения на конденсаторе равно: Если максимальное напряжение на конденсаторе превышает допустимое значение, а уменьшить индуктивность дросселя нельзя из-за необходимости обеспечения требуемого коэффициента сглаживания, то для уменьшения перенапряжения последовательно с дросселем нужно включить добавочный, так называемый пусковой резистор с сопротивлением Rпуск. При этом активное сопротивление выпрямителя возрастет на его величину и коэффициент затухания α увеличится, что приводит к уменьшению . Для мощных выпрямителей допустимой считается величина перенапряжений на конденсаторе до 20%. При резких изменениях сопротивления нагрузки от Rн до R/н в фильтре также создаются перенапряжения и броски тока. Максимальное значение перенапряжения на конденсаторе определяется выражением: где отношение определяется из приведенного выше графика в зависимости от произведения:
При нахождении величины α вместо сопротивления нагрузки Rн в формулу надо подставить значение , где - измененный ток нагрузки. Найдя из графика значение σ, по отношению определим значение:
и затем находим . На холостом ходу и =0; для идеального выпрямителя Rb = 0, отношение =0, и тогда, преобразуя выражение, получим
где - волновое сопротивление контура. Волновое сопротивление ρ контура фильтра практически всегда меньше сопротивления нагрузки , поэтому напряжение на конденсаторе при «сбросе» нагрузки ( ) будет . Для уменьшения возникающих перенапряжений последовательно с конденсатором фильтра можно включить резистор небольшого сопротивления (десятки Ом). Рассмотрим переходный процесс при “сбросе” и “набросе” тока нагрузки (смотрите ниже рисунок). При “сбросе” тока нагрузки возникает перенапряжение, которое может привести к выходу из строя аппаратуры, поэтому при расчете LC-фильтра, необходимо учитывать режим работы на импульсную нагрузку.
|