12.4. Згладжуючі фільтри
Наявність пульсацій випрямленої напруги погіршує роботу споживачів, що живляться від випрямлячів. Наприклад, при живленні двигунів постійного струму пульсуючою напругою погіршуються умови комутації струму і збільшуються втрати у двигуні. Тому пульсації напруги на навантаженні необхідно знизити до значень, за яких не відзначався б їх негативний вплив.
Для зменшення пульсації напруги на виході випрямляча встановлюють спеціальний пристрій, називаний згладжуючим фільтром. Схема включення фільтра Ф наведена на рис. 12.20,а.
Значення пульсації напруги на виході випрямляча оцінюється коефіцієнтом пульсацій q, який дорівнює відношенню амплітуди основної (першої) гармоніки пульсацій U~1 до постійної складової випрямленої напруги Ud, тобто q = U~1/ Ud.
Пульсація напруги на навантаженні характеризується коефіцієнтом q1, який дорівнює відношенню амплітуди основної гармоніки пульсацій Ud~ на навантаженні (після фільтра) до випрямленої напруги Udll на навантаженні, тобто q1 = Udj/Udli.
Пульсація напруги на навантаженні задається умовами роботи споживача, а пульсація напруги на вході випрямляча стає відомою після вибору схеми випрямлення й визначення її параметрів. Відношення значень q і qj визначає ступінь згладжування випрямленої напруги і називається коефіцієнтом згладжування фільтра s:
s = ~ = ut: U~. (12.37)
Поряд з ослабленням змінної складової випрямленої напруги згладжуючий фільтр зменшує і постійну складову (Udll = Ud - АЦФ). Очевидно, чим меншим є
зменшення постійної складової (Ud/Udu) при незмінному ослабленні змінної (Ud~/Uv1), тим якісніше буде фільтр. Для фільтрів випрямлячів малої потужності відношення постійних складових напруг звичайно Ud/Udll = 1,05 ^1,1, а для випрямлячів великої потужності Ud/Udll = 1,005 ^ 1,01.
У практичних розрахунках можна вважати Ud ~ Udll і коефіцієнт згладжування, що показує в цьому випадку ступінь ослаблення змінної складової випрямленої напруги фільтром, приймати рівним
![]() |
![]() |
|||
![]() |
|||
Рис. 12.20 - Схеми включення фільтрів: а - блок-схема випрямляча з фільтром; б - ємнісний фільтр; в - індуктивний фільтр; г і д - криві напруг і струмів
Розглянемо основні види згладжуючих фільтрів.
Ємнісний фільтр (рис. 12.20,б) являє собою конденсатор Сф, що включається паралельно навантажувальному опору Rd. Шунтуючи навантаження малим ємнісним опором Хс = J/соСф << Rd для змінної складової струму id = іс, він створює у випрямлячі додаткове падіння напруги AUa на ReL (рис. 12.20,в), що приводить до згладжування напруги Ud. В цьому випадку можна вважати, що через Rd проходить тільки постійна складова струму Id, а змінна складова струму id~ проходить повністю через конденсатор.
Ємнісний фільтр більш ефективний у випрямлячах на малі струми Id (з великими Rd), оскільки в такому фільтрі легше одержати нерівність <юСф>>1^ при невеликих значеннях ємності С*.
При розрахунку ємнісного фільтра вихідним звичайно є значення коефіцієнта пульсацій q1, а також кутової частоти шм = 2ж/м джерела живлення й опору навантаження Rd. Значення Сф (у мкф) можна визначити з виразу
Індуктивний фільтр (рис. 12.20,г) являє собою дросель Ьф, що включається послідовно з навантаженням і має великий реактивний опір XL = <юм-Ьф для змінної складової випрямленого струму, яка значно зменшується, і падіння напруги AUd~ від цієї складової на Rd стає незначним (рис. 12.20,д).
Для гарного згладжування напруги на навантаженні необхідно, щоб
Хь = Шм-Ьф >> Rd . (12.39)
При заданому коефіцієнті згладжування s необхідне значення індуктивності фільтра Ьф (у генрі) з урахуванням виконання умови (12.49) визначають за виразом
Ьф = 2 Rd , (12.40)
J M
де/м - частота напруги мережі, Гц; т - кількість фаз випрямлення.
Аналіз формули (12.40) показує, що одне і теж значення коефіцієнта s може бути отримане при менших значеннях індуктивності Ьф і меншому опорі навантаження Rd. Таким чином, індуктивний фільтр вигідно застосовувати у випрямлячах середньої і великої потужності, в яких опір навантаження малий.
Якщо потрібно мати дуже мале значення коефіцієнта пульсацій q1, то ємність Сф або індуктивність Ьф, застосовувані в описаних фільтрах, можуть вийти дуже значними. У таких випадках застосовують більш складні Г-подібні або П-подібні фільтри.