Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76

Для сглаживания пульсаций в реальных схемах используется третий элемент выпрямителя (см. рис. III-1) - сглаживающий фильтр, который включается между

выпрямителем и нагрузкой.

Так как пульсирующий ток является суммой двух токов - постоянного и переменного, - действующих в одной и той же цени, задача построения фильтра сводится к созданию таких условий, при которых постоянная составляющая тока свободно бы проходила в нагрузку, а переменная составляющая - встречала на своем пути большое сопротивление, вследствие чего эти пульсации уменьшались бы в большое число раз.

Такое разделение постоянной и неременной составляющих пульсирующего тока можно выполнить, если нарал-.лельно нагрузке включить конденсатор большой емкости. Подобный конденсатор является простейшим сглаживающим фильтром.

Рассмотрим работу схемы однонолупериодного выпрямителя на емкость и активное сопротивление в установившемся режиме (рис. т-5).

Во время иоложи-нолунериода




Рис Ш-5 Схема (а) и графики (б в, г, д)

работы однополупериодного вып1)ямителя т,„„.„г,т,„ на емкость и активное сопротивление lejibHuiu

Рис. 1П-8

Схема разряда конденсатора на сопротивление

напряжение, развиваемое вторичной обмоткой трансформатора начиная с какого-то момента Uj больше напряжения на конденсаторе и, анод вентиля положителен и вентиль пропускает ток. Этот ток разветвляется: часть его проходит в нагрузку, а большая часть представляет собой зарядный ток конденсатора i (рис. И1-5, в, г).

Напряжение на заряжающемся конденсаторе и равное ему выпрямленное напряжение повышаются вплоть до момента Напряжение меньше э. д. с. обмотки

трансформатора, так как часть напряжения теряется на сопротивлении вентиля и трансформатора. После момента э. д. с. вторичной обмотки трансформатора становится меньше, чем напряжение на конденсаторе, т. е. анод вентиля приобретает более низкий потенциал, чем катод. Вентиль прекращает проводить ток раньше, чем заканчивается положительный нолунериод.

Начиная с момента и., можно считать, что конденсатор и сопротивление нагрузки отключены от трансформатора (рис. И1-6).Конденсатор заряжен и разряжается на сопротивление нагрузки R„. Разряд конденсатора происходит по экспоненциальному закону, причем направление тока разряда, конечно, противоположно направлению зарядного тока, но по сопротивлению нагрузки ток разряда проходит в том же нанравлении, что и ток в период проводимости вентиля.

Если параллельно нагрузке установлен конденсатор достаточно большой емкости, то постоянная времени (произведение R-C), от которого зависит время разряда конденсатора по экспоненциальному закону *, велика и конденсатор не успевает разрядиться полностью к .моменту начиная с которого явления повторяются.

Таким образом, сущность сглаживающего действия конденсатора заключается в том, что за счет запаса энергии, накопленной в электрическом иоле за время заряда, конденсатор, разряжаясь, поддерживает напряжение и ток в нагрузке в течение того промежутка времени, когда вентиль не работает.

На рис. П1-5, д видно, что крр1вая выпрямленного напряжения имеет значительно меньшую переменную

1963.

См.: П. Федосеев, Электротехника, М., «Искусство»»




составляющую, чем при чисто активной нагрузке. На рис. 1П-5, г показана форма зарядного и разрядного тока конденсатора. Среднее значение тока за период равно нулю, так как постоянная составляющая тока через

емкость проходить не может.

При рассмотрении графика рис. HI-5, в можно видеть еще одно важное свойство схемы. При работе на емкостный фильтр вентиль пропускает ток в виде кратковременных импульсов большой силы (/а jkJ значительно нревы-НЕающнх среднее значение (обычно в 5ч-10 раз). Такой режим работы неблагоприятен для вентиля, имеющего накаливаемый катод, например для кенотрона, так как кенотрон должен иметь ток эмиссии, намного превышающий его значение, допустимый для нормального теплового обмена.

По сравнению со схемой выпрямителя, работающего на одну активную нагрузку, подключение конденсатора приводит к удвоению обратного напряжения на вентиле в режиме холостого хода. Максимальное обратное напряжение на вентиле равно сумме напряжения на конденсаторе и амплитуды э. д. с. вторичной обмотки трансформатора в отрицательный полупериод:

макс ~ 2макс "1" в-

Это также неблагоприятный фактор, так как требует применения вентилей с bbicokoii величиной допустимого обратного напряжения.

Все, что говорилось в отношении работы схемы однополупериодного выпрямителя, работающего на активно-эмкостную нагрузку, справедливо и для схемы двухполупериодного выпрямления. Здесь один цикл процесса заряда и разряда конденсатора происходит не за период, а за половину периода переменного тока. Благодаря большей частоте чередования процессов заряда и разряда

m-7. Схема (я) и графики (б, в), иллюстрирующие работу однополупериодного выпрямителя при индуктивной реакции нагрузки

величина пульсаций напряжения получается значительно меньшей, чем в схеме однополупериодного выпрямления.

На работу выпрямителя наибольшее влияние оказывает нервыт! элемент фильтра, поэтому полезно рассмотреть еще такой случай, когда им является индуктивность (дроссель фильтра).

Рассмотрим работу однонолупериодного выпрямителя при индуктивной реакции нагрузки (рис. HI-7). Пусть схема подключена в сеть переменного тока в тот момент, когда э. д. с. вторичной обмотки равна нулю. По мере нарастания э. д. с. в положительный полупериод вентиль начинает пропускать ток, который сначала увеличивается, а затем уменьшается. При этом фор.ма кривой тока будет несинусоидальна, так как помимо э. д. с. в цепи действует э. д. с. индуктивной катушки которая при увеличении тока отрицательна, т. е. замедляет процесс нарастания тока, а при уменьшении тока положительна и, действуя согласно с направлением тока, замедляет процесс его уменьшения.

В течение первой части этого процесса происходит накопление энергии в магнитном поле индуктивной катушки, а в течение второй части индуктивная катушка Отдает накопленную энергию в цепь, благодаря чел1у в течение части отрицательного нолупериода в цепи протекает ток. Направление этого тока совпадает с направлением тока через вентиль.

Таким образом, сущность сглаживающего действия индуктивной катупгки заключается в том, что за счет запаса энергии, наконленпой в магнитном ноле за время увеличения тока через вентиль, становится возможным протекание тока и в течение части отрицательного нолупериода.

Происходит «затягивание» времени протекания тока Через нагрузку (вентиль пропускает ток в течение промежутка времени, большего половины периода).

При двухполупериодном выпрямлении потенциал катодов вентилей всегда положителен по отнопюнию к средней точке, и выпрямленное напряжение на в.ходе фильтра представляет собой ряд положительных полуволн - пульсирующее напряжение. Под его воздействием в цепи дросселя и сопротивления нагрузки появляется пульсирующий ток, который, однако, имеет значительно меньшую переменную составляющую, чем напряжение. Сглаживание



1ГП:

Риг. Ш-8. Схема одного звена Г-образного сглаживающего фильтра

пульсаций происходит за счет индуктивности в цепи, причем оно тем больше, чем больше величина индуктивности.

На практике большую индуктивность в схеме сглаживающего фильтра получают, используя дроссель со стальным сердечником, имеющим воздушный зазор.

Мы рассмотрели работу двух простейших видов фильтров в схемах выпрямителей: а) конденсатора большой емкости, включенного параллельно нагрузке, и б) индуктивности (дросселя), включенной последовательно с нагрузкой.

В реальных схемах промышленной аппаратуры обычно используют фильтры, составленные из емкостей, индуктивностей и активных сопротивлений. Звено фильтра может быть собрано в виде буквы Г или П, причем элементы фильтра, включенные последовательно с нагрузкой, должны обладать большим сопротивлением для иеременной составляющей тока и малым - для постоянной. Элементы фильтра, включенные параллельно нагрузке, наоборот, должны иметь малое сопротивление для переменной составляющей тока и большое - для постоянной.

Принципиальная схема одного звена Г-образного сглаживающего фильтра показана на рис. HI-8.

Конденсатор С - первый конденсатор выпрямителя. Звено собственно Г-образного фильтра состоит из индуктивной катушки (дросселя) L, включенной последовательно с нагрузкой, и конденсатора С, включенного параллельно. Дроссель обладает большим сопротивлением для иеременной составляющей и на него надает большая часть переменной составляющей выпрямленного напряжения, вследствие чего пульсации напряжения на нагрузке уменьшаются.

Величиной, характеризующей работу фильтра, т. е. его сглаживающее действие, является коэффициент фильтрации, под которым понимают отношение коэффициента пульсаций на входе фильтра к коэффициенту пульсаций на его выходе.

Коэффициент фильтрации выражается следующег! приближенной формулой:

где (о2л/ (/ - частота пульсаций: для однополупериодного выпрямителя равна 50 гц, для двухнолунериодного

дросселя фарадах

в генри {гн); (дб), (л =3,14).


I звено

II звено

Рис. Ш-9. Схема двухзвенпого фильтра L-С

100 гц); Li - индуктивность

- емкость конденсатора в

Например, пульсации напряжения на входе Г-образного индуктивно-емкостного фильтра равны 50 в. Индуктивность дросселя 30 гн, емкость конденсатора 8 мкф. Выпрямитель двухполупериодный. Определить пульсации напряжения в нагрузке.

Определяем коэффициент фильтрации по формуле:

01 = 0)2.Lj.Ci-l.

Ф1=(2-3,14-100)2.30-8-10-«-1 ?»93,

т. е. пульсации напряжения на втором конденсаторе, или, что то же самое, на зажимах нагрузки, будут ослаблены в 93 раза и равны:

50 г. го 33 = 0,53 в.

Если на нагрузке нужно получить малые пульсации тока, т. е. большой коэффициент фильтрации, то выгодно применять многозвенные фильтры (рис III-9). Полезная нагрузка включена после второго звена. Так как пульсации, ослабленные первым звеном, ослабляются в несколько раз вторым звеном, то коэффициент фильтрации двух-звенного фильтра равен произведению коэффициентов фильтрации каждого из звеньев и определяется по формуле:

ф = ф.ф

Ф = (0)2 . • Ci - 1) (0)2 .• Г,2 - 1).

Например, если к первому звену фильтра с коэффициентом фильтрации 93 подключить еще одно такое же звено, то общий коэффициент фильтрации будет;

фф.ф, = 93-93 = 8649, а пульсации напряжения в нагрузке будут:

89 « ООО





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76