Резонансные сглаживающие фильтры

Резонансные сглаживающие фильтры используются на выходе выпрямительных устройств, в которых переменная составляющая выпрямленного напряжения близка по уровню к первой гармонике. Также они используются для аппаратуры, которая не чувствительна к высшим гармоническим составляющим напряжения. При больших отклонениях частоты питающего напряжения происходит “расстройка” относительно собственной частоты контура, что ухудшает сглаживающие свойства фильтра. Поэтому не допускается использование таких фильтров при больших отклонениях частоты питающего напряжения. Изменение тока нагрузки приводит к изменению индуктивности контура, что также уменьшает значение коэффициента сглаживания. Для исключения этого явления в дроссель вводят зазор или обмотку обратной связи, поддерживающую постоянство индуктивности. Последнее приводит к громоздкости фильтра и уменьшению его к.п.д., поэтому рекомендуется использовать такие фильтры при постоянстве тока нагрузки. Для подавления гармонических составляющих напряжения, кроме первой, используют дополнительные реактивные элементы. По сравнению с другими пассивными сглаживающими фильтрами этот тип фильтров менее громоздкий и имеет больший к.п.д.

Существует две модификации резонансных сглаживающих фильтров:

Фильтр с параллельным колебательным контуром (фильтр “пробка”)

В резонансном сглаживающем фильтре используется колебательный

Рисунок 7.9 Резонансный сглаживающий фильтр с параллельным колебательным контуром

В резонансном сглаживающем фильтре используется колебательный

контур, настроенный на частоту пульсаций. Фильтр(контур) настраивается на частоту первой гармоники и создается большее сопротивление Z _к для ее прохождения. Конденсатор Cф сглаживает гармоники высших порядков.

Получим выражение для коэффициента сглаживания фильтра:

(7.13)

где ,

R_к - потери в дросселе колебательного контура.

Основное достоинство резонансного фильтра – более высокий коэффициент сглаживания, чем у раннее описанных LC-фильтров. К недостаткам относятся зависимость коэффициента сглаживания от частоты сети, зависимость индуктивности дросселя от тока нагрузки и малое значение коэффициента сглаживания для высших гармоник выпрямленного тока. Для ослабления напряжения высших гармоник последовательно с основным резонансным контуром включается ряд контуров, настроенных на их частоты.

Резонансный фильтр с последовательным колебательным контуром (режекторный фильтр)

Рисунок 7.10 Резонансный сглаживающий фильтр с последовательным колебательным контуром

Получим выражение для коэффициента сглаживания фильтра:

(7.14)

При настройке колебательного контура Z_К на частоту первой гармоники, сопротивление контура становится равным потерям в дросселе R_К и первая гармоника выпрямленного напряжения не проходит в нагрузку.

Эффективность работы резонансных сглаживающих фильтров, характеризуемая величиной коэффициента сглаживания пульсаций, зависит от точности совпадения частоты пульсаций выпрямленного напряжения ω_п с собственной частотой LC-контура – ω_о. обеспечение условия ω_о = ω_п = р ω возможно лишь при высокой стабильности частоты сети . Если в сети, питающей выпрямительное устройство, не может быть обеспечена высокая стабильность частоты, то применение резонансных сглаживающих фильтров нецелесообразно.

Из выше сказанного можно сделать несколько выводов. Сглаживающие LC-фильтры чаще всего применяются в выпрямителях большой и средней мощности. При большой мощности выпрямителя величина индуктивности дросселя получается сравнительно малой, поэтому падение напряжения на дросселе от постоянного тока незначительно и КПД фильтра достаточно высок.

К недостатком LC-фильтров относятся:

1) изменение индуктивности дросселя, а значит, и коэффициента сглаживания при изменении тока нагрузки;

2) значительная величина индуктивности дросселя для маломощных выпрямителей. В этом случае габариты и масса дросселя соизмеримы с габаритами и массой силового трансформатора;

3) наличие магнитного поля рассеяния, создаваемого дросселем фильтра, которое может быть источником помех для приемной и измерительной аппаратуры;

4) возникновение переходных процессов в фильтре, которые могут быть причиной искажения тока в нагрузке;

5) недостаточное сглаживание низкочастотных пульсаций, возникающих при медленных изменениях сетевого напряжения.

В маломощных выпрямителях вместо LC-фильтров применяются RC-фильтры, но это связано с понижением КПД.