Глава вторая СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ

Для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения применяются сглаживающие фильтры. Сглаживающий фильтр включается в источниках вторичного электропитания между вентильной группой и нагрузкой. Тип сглаживающего фильтра определяет режим работы выпрямителя. Действие сглаживающего фильтра оценивается коэффициентом сглаживания. Коэффициент сглаживания q определяется как отношение коэффициента пульсации по первой гармонике на входе фильтра к коэффициенту пульсаций на его выходе (на нагрузке) для той же гармоники:

Я = Ki.bJKi.mx- (2-1)

Коэффициент сглаживания больше единицы, так как фильтр всегда уменьшает пульсации и Йп1,вх>йп1,вых. Коэффициент пульсаций на входефильтра kni,Bx=EmilEo, где Emi - амплитуда первой гармоники напряжения пульсации на входе фильтра и Ео - среднее значение выпрямленного напряжения на входе фильтра. Коэффициент пульсации на выходе фильтра kno,Bmx=Umi/Uo, где Umi - амплитуда первой гармоники на выходе фильтра, а Uo - среднее значение напряжения на нагрузке. Для коэффициента сглаживания имеем:

Q = Ш,вх/п1,вых = {ErallEo):(UmliUo) ==

(ErmlUrm)-{UolEo).

Отношение Em/Umi называется коэффициентом фильтрации кф, а отношение Uq/Eo - коэффициентом передачи постоянной составляющей напряжения со входа на выход фильтра Я, и поэтому

q=k%, (2.2)

Если нет потерь постоянной составляющей напряжения, то Uo=Eo, к=1, а коэффициент сглаживания равен коэффициенту фильтрации д=кф. Коэффициент пульсации на нагрузке обычно задается при проектировании фильтра, а коэффициент пульсации на входе фильтра определяется схемой выпрямителя.

Расчет фильтра сводится к выбору таких значений элементов схемы фильтра, при которых коэффициент сглаживания был бы выше требуемого. Схема и параметры

фильтра должны быть такими, чтобы не ухудшалась работа выпрямителя в переходном режиме.

К сглаживающим фильтрам предъявляют различные конструктивные и эксплуатационные требования:

1) падение постоянной составляющей напряжения на фильтре должно быть мало;

2) фильтр не должен создавать недопустимых перенапряжений как при изменении тока нагрузки, так и при включении и выключении нагрузки и питающей сети;

3) габариты фильтра, его масса и стоимость должны быть минимальны;

4) фильтр должен быть надежен.

Фильтры можно разделить ка две группа. Одна группа представляет собой фильтры на реактивных элементах, а другая - электронные сглаживающие фильтры.

Фильтрация переменной составляющей основана на том, что последовательно с нагрузкой включаются элементы, имеющие больщое сопротивление для переменной составляющей выпрямленного тока и малое для постоянной, а параллельно нагрузке элементы, имеющие малое сопротивление для переменной составляющей и большое для постоянной составляющей. Последовательными элементами могут быть катушка индуктивности с ферромагнитным сердечником или параллельный контур, настроенный в резонанс на частоту пульсации. Элементом, включаемым параллельно нагрузке, может быть конденсатор большой емкости или последовательный контур, настроенный в резонанс на частоту пульсации.

Простейшие из фильтров состоят из одного конденсатора или одного дросселя. Более сложные - из одного Г-образного звена - соединения дросселя и конденсатора (звено L, С), или конденсатора и резистора (звено R, С) или одного П-образного звена. П-образное звено состоит из конденсатора и Г-образного звена. В Г-образном звене фильтра последовательно с нагрузкой включается дроссель или резистор и параллельно - конденсатор. П-образный фильтр имеет два звена. Первым является Конденсатор, а вторым - какой-либо Г-образный фильтр. Для улучшения сглаживания пульсаций применяют и Многозвенные фильтры, состоящие из нескольких последовательно включенных звеньев.

2.1. ИНДУКТИВНЫЙ и ЕМКОСТНЫЙ СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ

Индуктивный фильтр состоит из дросселя 1др, включенного последовательно с нагрузкой (рис. 2.1). Дроссель - это катушка индуктивности с ферромагнитным сердечником. Любое изменение тока в цепи с индуктивностью вызывает появление ЭДС самоиндукции, препятствующей этому изменению, поэтому переменная состав-

Рис 2.1 Индуктивный сглаживающий фильтр.

Рис. 2.2. Емкостный сглаживающий фильтр.

ляющая выпрямленного тока будет уменьшаться (сглаживаться) .

Поскольку на выходе источника питания для радиоаппаратуры всегда должен стоять конденсатор с емкостью, обеспечивающей достаточно малое сопротивление переменным составляющим тока нагрузки, то простой индуктивный фильтр в таких источниках не применяют.

Схема фильтра с конденсатором приведена на рис. 2.2. Конденсатор С подключен параллельно сопротивлению нагрузки Rn-

Для получения достаточно большого коэффициента сглаживания необходимо выбрать емкость конденсатора такой, чтобы его сопротивление переменной составляющей тока было заметно меньше сопротивления нагрузки.

Коэффициент сглаживания емкостного фильтра определяется как отношение коэффициента пульсации при отключенном конденсаторе С к коэффициенту пульсации с подключенным к выпрямителю конденсатором

Я = KiJKw = t2/(m2 - 1)1: [Я/гф С] = 2гф С1(т-\) Я,

(2.3)

где kni,Bx=2/{m-1) -коэффициент пульсации выпрямителя без конденсатора; п1,вых=Я/гфС - коэффициент пульсации выпрямителя с конденсатором.