2.2. Г-ОБРАЗНЫЕ ФИЛЬТРЫ

Г-образный фильтр состоит из дросселя, включенного последовательно в цепь выпрямленного тока, и конденсатора, подключенного параллельно нагрузке (рис. 2.3). Применение двух реактивных элементов улучшает сглаживание пульсации выпрямленного напряже-

-nnrru

Рис. 2.3. Г-образный сглаживающий LC-фнльтр. о

-So:

J-Вых

ния. в Г-образном фильтре реактивное сопротивление конденсатора, так же как и в фильтре с конденсатором, выбирается значительно меньше сопротивления нагрузки, а индуктивное сопротивление дросселя фильтра делается много большим сопротивления конденсатора. Таким образом, Г-образный фильтр является реактивным делителем переменного напряжения. . Практически все йапряжение пульсаций падает на дросселе фильтра. Выпрямителю, работающему на Г-образный фильтр, обеспечивается индуктивная реакция нагрузки, так как реактивное сопротивление дросселя для первой гармоники больше сопротивления нагрузки и больше реактивного сопротивления конденсатора:

Чтобы потери выпрямленного напряжения в фильтре были малы, дроссель должен выполняться так, чтобы активное сопротивление его обмотки было незначительно по сравнению с сопротивлением нагрузки Гдр<7?н. Поэтому при выводе расчетных формул активным сопротивлением обмотки дросселя пренебрегают. С учетом написанных выше неравенств можно рассматривать Г-образный фильтр для напряжения основной гармоники как делитель напряжения, состоящий из инду1Гтивности Lf и емкости С. Это позволяет определить напряжение первой гармоники на выходе фильтра и коэффициент сглаживания фильтра:

Коэффициент сглаживания определяется из формулы qwEmi/Umu тогда

q==mlLC-\. (2.4)

Для получения заданного коэффициента сглаживания необходимо, чтобы

LpC = {q+\)l{m,)\ (2.5)

Дроссель и конденсатор фильтра составляют колебательный контур с собственной частотой соф = 1,]/Lj С, поэтому можно коэффициент сглаживания записать и так:

q = mWLC-l = (то)>ф)- К (2.6)

При расчете фильтра необходимо обеспечить такое соотношение реактивных сопротивлений дросселя и конденсатора, при которых не могли бы возникнуть резонансные явления на частоте пульсации выпрямленного напряжения. Для этого необходимо, чтобы собственная частота фильтра соф была хотя бы в 2 раза меньше частоты пульсации (соф0,5тсос). Это условие всегда выполняется при q>3.

Для того чтобы ток в дросселе был непрерывным, необходимо, чтобы амплитудное значение первой гармоники тока пульсации /mi было меньше постоянной составляющей выпрямленного тока /о, т. е. /mi</o-

Амплитуда основной гармоники пульсации тока в дросселе определится из выражения

fmi = Eilmwc L p, (2.7)

где Emi - амплитуда основной гармоники пульсации напряжения на входе фильтра; тсос/-др - индуктивное сопротивление дросселя на частоте пульсации.

В выражении (2.7) учтено, что реактивное сопротивление конденсатора на выходе фильтра для основной гармоники пульсации ничтожно и поэтому сопротивлением конденсатора можно пренебречь.

Постоянная составляющая тока

/о = Eo/R, (2.8)

где Ео - постоянная составляющая выпрямленного напряжения на входе фильтра.

Приравнивая Im\-h, находим минимальное значение индуктивности, при которой ток дросселя имеет непрерывный характер

дрпг.- = (£т1/£о)(№сОо). (2.9)

Отношение Ет\./Ео представляет собой коэффициент пульсаций выпрямителя без фильтра:

Подставляя это выражение в (2.9), получаем минимальное значение индуктивности для обеспечения непрерывного тока в нагрузке

2 Ru

ИЛИ \

(2.10)

Из выражения (2.10) видно, что минимальная индуктивность дросселя фильтра тем меньше, чем меньше сопротивление нагрузки выпрямителя Rn=Uo/h. При значительных сопротивлениях нагрузки индуктивность дросселя фильтра получается настолько большой, что от такого фильтра приходится отказываться.

Поэтому индуктивные LC-фильтры применяются в мощных выпрямителях и в выпрямителях средней и малой мощности при больших токах нагрузки.

Постоянный Ток нагрузки, протекая по обмотке дросселя, создает постоянное подмагничивание его сердечника, что смещает рабочую точку на кривой намагничира-ния на пологий участок, соответствующий магнитному насыщению. Это приводит к уменьшению магнитной проницаемости и, следовательно, индуктивности дросселя. Для снижения влияния подмагничивания на индуктивность дросселя сердечник дросселя выполняется с немагнитным зазором.

При этом следует иметь в виду, что у дросселя с немагнитным зазором в сердечнике велико поле рассеяния, которое может явиться причиной наводок на элементы радиоустройства.