Занятие № 19 лекция

Занятие № 19 лекция

Тема: Сглаживающие фильтры.

Дидактическая цель:дать первоначальное представление о видах и применении сглаживающих фильтров

Видеоматериал https://studref.com/575802/tehnika/sglazhivayuschie_filtry

Задание: 1 Записать в конспект дату и тему занятия 2 Ответить письменно на вопросы, размещенные в конце лекции Сглаживающие фильтры Для питания многих узлов электронной аппаратуры требуется постоянное напряжение. На выходе 3-фазного выпрямителя напряжение пульсирующее, а на выходе одно- и двухполупериодного выпрямителя напряжение импульсное. Для сглаживания импульсного напряжения применяют сглаживающие фильтры, которые включают между вентильной группой и нагрузкой. Сглаживающие фильтры содержат, в основном, реактивные элементы, сопротивление которых зависит от частоты тока. Допустимые значения коэффициента пульсации зависят от назначения и режима работы устройства, их выбирают в пределах 0,001-2,5 %. По виду реактивных элементов различают ёмкостные, индуктивные и смешанные фильтры (Г- и П-образные, бывают резистивно-ёмкостные). Последовательно включают элементы, имеющие большое сопротивление для переменной составляющей и малое для постоянной, дроссели - индуктивные катушки с ферромагнитным сердечником или параллельный ZC-контур, настроенный в резонанс на частоту пульсации /_п. Параллельно включают элементы, имеющие малое сопротивление для переменой составляющей и большое для постоянной (конденсаторы). Для мощных нагрузок применяют индуктивные, для маломощных - ёмкостные фильтры. Основным параметром фильтров является коэффициент сглаживания пульсации

где К_п и - коэфициент пульсации сигнала до и после сглаживания. Емкостной фильтр.Наиболее простым является ёмкостной фильтр, который состоит из конденсатора Сф, включенного параллельно нагрузке R_H (рис. 1). Работа фильтра основана на способности конденсатора быстро запасать электроэнергию, а затем медленно отдавать её в нагрузку, когда напряжение на диоде VD_U равное разности С/_ист и U_K0Hд, положительно, то есть U_g = U₂ - U_c > 0, то VD открыт и С_ф заряжается (интервал времени t - t₂). Когда U₂- Uс < 0, диод заперт и конденсатор медленно разряжается через R_H до тех пор, пока U₂ снова не станет больше Uc (интервал t₂ -1₃).

Рисунок 1 - Емкостной фильтр: а - схема; б - графики напряжения Время разрядки зависит от постоянной времени т = Сф R_H, которая показывает, в течение какого времени Uc уменьшается в 2,72 раза. Чем больше R_H, тем лучше сглаживание. С момента времени f₃, когда U₂ > U_c, процесс повторяется. В результате напряжение на нагрузке пульсирует, не достигая нуля. Коэффициент сглаживания q = R_H/X_Сф. Индуктивный фильтр (рис. 2) представляет собой индуктивность, включенную последовательно с нагрузкой. Сглаживающее действие достигается за счёт того, что при нарастании тока в индуктивности запасается энергия, а при уменьшении напряжения накопленная энергия расходуется на поддержание тока в нагрузке. Индуктивные фильтры эффективны при больших токах, т. е. при малых R_H коэффициент сглаживания пульсации q — x_Lq>/Rh- В схемах однополупериодного выпрямителя индуктивный фильтр не применяется. На практике обычно применяют смешанные фильтры (рис. 3). Они обеспечивают хорошее сглаживание тока в нагрузке. Их работу удобно объяснить, представляя напряжение на входе фильтра как сумму постоянной составляющей и целого ряда гармоник (переменных составляющих). Тогда индуктивность и емкость фильтра представляют собой делитель. На индуктивном сопротивлении делителя выделяется большая часть переменной, а на емкостном - большая часть постоянной составляющей напряжения выпрямителя. Так, Г-образный фильтр (рис. 3, а) состоит из индуктивноёмкостного фильтра ТфСф. Он обеспечивает большее снижение пульсации. Это объясняется шунтирующим действием конденсатора Сф для переменной составляющей выпрямленного напряжения и значительным падением этой составляющей напряжения на катушке Т_ф. В результате доля переменной составляющей в выпрямленном напряжении резко снижается.

Рисунок 2 -. Индуктивный фильтр: а - схема; б - графики напряжения

Рисунок 3 - Схемы смешанных фильтров: а - Г-образного; б - П-образного

Рисунок 4 - Внешние характеристики выпрямителей Так, П-образный фильтр (рис. 3, 6) состоит из ёмкостного фильтра Сфь и Г-образного фильтра ТфС_ф2. В маломощных схемах дроссель может быть заменен резистором. Это дает возможность уменьшить массу, габариты и стоимость фильтра, однако сглаживание при этом ухудшается. Внешняя характеристика выпрямителей.Зависимость U_H = /(/_н) (рис. 4) называется внешней характеристикой выпрямителей. Они определят границы изменений нагрузочного тока, при котором выпрямленное напряжение не опускается ниже допускаемой величины. Внешняя характеристика описывается уравнением

где U_H0 - среднее значение выпрямленного напряжения при холостом ходе (/_н = 0); AU_H- среднее значение U на вентилях одного плеча; AU_Tp - среднее значение падения во вторичной обмотке трансформатора; Щ - активное сопротивление элементов сглаживающего фильтра, включенных последовательно с нагрузкой. При наличии ёмкостного фильтра напряжение холостого хода определяется амплитудным значением напряжения фазы трансформатора, а снижение U_H происходит более резко (кривая 1) При наличии ЯС-фильтра (кривая 4) ещё более резко снижается U_H, так как Я_ф достаточно велико. При включении LC-фильтра (кривая 3) снижение U_H значительно меньше, так как активное сопротивление провода обмотки дросселя обычно мало. Пример 1В схему однополупериодного выпрямителя включен индуктивный сглаживающий фильтр. Определить индуктивность, если выпрямленный ток 75 мА, выпрямленное напряжение 120 В, частота сети 400 Гц, коэффициент сглаживания 15. Решение. Найдем сопротивление нагрузки

Индуктивное сопротивление

Теперь найдем индуктивность

Пример 2Определить коэффициент сглаживания q для схемы двухполупериодного выпрямителя с индуктивным сглаживающим фильтром, если известно, что амплитуда напряжения вторичной обмотки трансформатора U2т ⁼ 300 В, выпрямленный ток, проходящий через нагрузку /₀ = 200 мА, частота сети/= 50 Гц, индуктивность катушки L = 10 Гн. Решение. Выпрямленное напряжение на нагрузке:

Сопротивление нагрузки

Коэффициент сглаживания

Вопросы

1. Какие фильтры применяют для мощных нагрузок?
2 Какие бывают сглаживающие фильтры?
3 Как включают конденсатор сглаживающего фильтра относительно нагрузки?
4 Как включают индуктивную катушку сглаживающего фильтра относительно нагрузки?
5 В каких схемах выпрямления не применяется индуктивный сглаживающий фильтр?

Обратная связь: выполненные задания, вопросы отправляем в комментарияхили личные сообщения преподавателю или на электронную почту колледжа dktidistanc@mail.ru