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.