Индуктивный сглаживающий фильтр

Уменьшение пульсации с помощью фильтров.

Трехфазный выпрямитель с выведенной нейтральной точкой трансформатора.

Такой выпрямитель представляет собой совокупность 3-х однофазных однополупериодических выпрямителей каждый из которых подключен к своей фазе переменного напряжения и все они работают на общую нагрузку.

Изображаем схему без 3-х фазного трансформатора, но предполагаем, что обмотки трансформатора соединены звездой выведенной нейтральной точкой

 

N A B C

U_2A

U_2B

U_2C

i_c

R_нагр i_a i_b

VD₁ VD₃

I_a VD₂

 

U,Ud Ua Ub Uc Ua

ωt     ωt     ωt   ωt   ωt   ωt

Точки: 1,2,3,4,5 и т.д. – это точки естественного включения диода, т.е. с этого момента времени соответствующему диоду прикрепляется соответствующее напряжение. Причем для этой схемы прямое напряжение будет появляться в одном полу периоде соответствующего фазного напряжения, т.е., например, точке 1 открывается , который пропускает ток в нагрузку:

В точке 2 закрывается и открывается .

В точке 3 закрывается и открывается , который в свою очередь по цепи пропускает ток в нагрузку:

В 4 точке снова открывается и процесс повторяется

1.

2.

Эти параметры используются для выбора диодов в этой схеме.

3.

4. g = 0,25

5.

Достоинства: относительно малый коэффициент пульсации, поэтому для некоторых видов нагрузки не требуется сглаживающий фильтр наличие всего трех диодов, довольно большое значение выпрямленного .

Недостатки: необходимы для подключения такого выпрямителя 4 вывода, т.е. источник питания (трансформатор) должен иметь соединение в виде звезды с выведенной нейтральной точкой.

 

Трехфазный мостовой выпрямитель

 

Для его подключения необходимо 3 вывода от источника переменного напряжения. В этом выпрямителе используется оба полу периода переменного напряжения. Такой выпрямитель можно представить как совокупность двух-трех фазных выпрямителей с выведенной нейтральной точкой, включенных последовательно с друг другом и работающих на общую нагрузку. В этой схеме (работающей) одновременно открыты два диода.

 

Точки 1,2,3 и 4,5,6 соответствует моменту времени, с которого открывается соответствующий диод, до следующей точки по порядку, когда он закрывается, т.е. (1) открывается, а (2) закрывается, (2) открывается, а (3) закрывается.

12 ~ З

А+ В- С

VD₄ VD₁

		Ua Ub Uc
		U

 

Ua – Ub Ua - Uc

ωt

ωt

 

 

В соответствующем интервале времени, например, 1-2 на подано прямое напряжение, все остальное время на нем обратное напряжение. Причем следует отметить, , , открывается в первом полу периоде переменных фазных напряжений, а , и во втором полу периоде.

В (1) открывается, уже открыт , поэтому ток в этой схеме протекает по следующему пути.:

Параметры схемы:

1. g = 0,057 (для такой схемы почти не требуется сглаживающий фильтр).

2.

3.

4.

Достоинства: требуется всего три вывода от источника переменного напряжения; очень маленький диод; высокая величина . В этой схеме наилучшее использование питающего, трансформатора, по сравнению с предыдущей схемой.

Недостатки: большее количество диодов в результате удорожание

 

Сглаживающие фильтры

 

Сглаживающие фильтры предназначаются для уменьшения пульсации тока и напряжения в нагрузки.

Сглаживающие фильтры имеют в своем составе элементы, способные накапливать энергию электрического или магнитного поля, а затем отдавать эту энергию в нагрузку (конденсатор, катушка).

Обычно для маломощной нагрузки (с потреблением тока не более нескольких А), в качестве фильтров могут использоваться конденсаторы при больших токах используется катушка.

Рассмотрим принцип действия емкостного сглаживающего фильтра, который подключается к двойной нагрузке. При этом принцип действия такого фильтра не зависит от схемы выпрямителя и заключается в том, что конденсатора накапливает энергию, а в другую часть питающего периода он разряжается или отдает энергию в нагрузку.

id

₊ic₃

U₂ ~ U_c-R_нагр U_d = U_c

 

 

1. >0 (прямое) –диод открыт и конденсатор заряжается током , .

2. < 0 (обратное) – диод закрыт и конденсатор разряжается в нагрузку, ,

i_cp – разрядный, i_сз -зарядный

 

 

U_c

2 приR = ∞ 2

1 1

U_2m U_c = U_d

 

i_c3

i_c3 i_c3

 

 

Будем считать, что переходные процессы, которые возникают при первоначальном включении питающего переменного напряжения закончились, и мы имеем дело с установившимся процессам. Это означает, что, в точке 1, существует какой-то заряд конденсатора и напряжение U_c. Причем, это напряжение меньше и поэтому диод открывается и в цепи одновременно протекает ток заряда конденсатора i_сз, причем формула напряжения нагрузки синусовая. Этот процесс продолжается до точки 2, начиная с которой становится больше и диод закрывается. Это означает, что схема замещения имеет следующий вид.

 

id

 

₊U_d = U_c

U_c-

 

В этом случае ток нагрузки протекает за счет энергии накопившейся в конденсаторе, причем скорость разряда конденсатора обратно-пропорциональна некоторой постоянной времени ()

Процесс разрядки конденсатора продолжается до точки 1. Такой сглаживающей фильтр действует эффективно при большом . Емкость конденсатора зависит от величины . Чем больше , тем меньше емкость конденсатора, для обеспечения одного и того же коэффициента пульсации.

 

Индуктивный сглаживающий фильтр

L_сг i_н

	Задача этого фильтра не пропускать переменные составляющие (гармонику)в нагрузку

U_сг

~ U_dU_н R_нагр

 

Этот фильтр сглаживает U и I в нагрузке тем лучше, чем выше частота гармоник в ряде Фурье.

Физические процессы сглаживания тока заключаются в том, что энергия в индуктивной катушке в течение действия на катушке положительного напряжения поддерживает ток в нагрузке.

U_d U_d

 

U_di_н

U_d

i_н

- (*)

Чем больше постоянная времени (t), тем меньше пульсации тока и составляющая U_нагр. Исходя из (*) следует, что индуктивность сглаживающего фильтра используется для мощной нагрузки, т.е. R невелико.

В емкостных фильтрах , поэтому они используется для маломощной нагрузки.