искажений, вносимых в работу нагрузки; отсутствие перенапряжений и бросков тока при переходных процессах; высокую надежность.

Существуют следующие схемы сглаживающих фильтров: из одной емкости или одной индуктивности; из двух элементов (Г-об-разные), индуктивно-емкостные (LC) и активно-емкостные (RC); сложные П-образные фильтры (CLC и CRC) и многозвенные (LC, RC); резонансные фильтры; фильтры с компенсацией переменной составляющей на выходе фильтра; электронные фильтры на транзисторах и электронных лампах.

7.2. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ ИЗ ОДНОЙ ИНДУКТИВНОСТИ ИЛИ ЕМКОСТИ

Индуктивный фильтр состоит из дросселя, включенного последовательно с нагрузкой (рис. 7.2а). Сглаживающее действие такого фильтра основано на возникновении в дросселе ЭДС самоиндукции, препятствующей изменению вы-0-у^ прямленного тока.

I 1 Дроссель выбирается так, чтобы индуктивное сопротивление его обмотки (Хь= J =mcocL) было много больше сопротивления нагрузки Rs. При выполнении этого ус-Рис. 7.2. Сглаживающие овия большая часть переменной состав-фильтры; ляющей выпрямленного напряжения падает а) индуктивный; б) ем- на обмотке дросселя. На сопротивлении накостной грузки выделяется в основном постоянная составляющая выпрямленного напряжения (7о и переменная составляющая, величина которой много меньше переменной составляющей напряжения, падающей на обмотке дросселя.

Пренебрегая падением напряжения на активном сопротивлении обмотки дросселя (А6др=0), коэффициент сглаживания такого фильтра

где Uoim, Unim - амплитуды первой гармоники напряжений на входе и выходе фильтра соответственно; Ua, Uu - постоянные составляющие напряжений на входе и выходе фильтра; R - сопротивление нагрузки; L - индуктивность обмотки дросселя; сос = = 2л/с - угловая частота (fc - частота тока сети); т - коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя и показывающий, во сколько раз частота основной гармоники выпрямленного напряжения больше частоты тока сети.

При заданной схеме выпрямления (т) величина индуктивности L, необходимая для получения заданного /Спвых, может быть определена из (7.1) Ь- (Rlmc) YKc - \-

Емкостный фильтр необходимо рассматривать совместно с выпрямителем (рис. 7.26). Его действие основано на накоплении электрической энергии в электрическом поле конденсатора и его разряде при отсутствии тока через вентиль на сопротивление нагрузки R.

Коэффициент сглаживания емкостного фильтра определяется как отношение коэффициента пульсации при отключенной емкости к коэффициенту пульсации на выходе выпрямителя при ее включении:

(7.2)

где Кпвх - коэффициент пульсации на выходе выпрямителя при отсутствии емкости /Спвх=2/(/?г2-1) (см. § 6.4); /Спвых - коэффициент пульсации на выходе выпрямителя при наличии емкости Я/гфС (см. § 6.5). Из выражений (7.1), (7.2) видно, что с увеличением т коэффициент сглаживания индуктивного фильтра увеличивается, а емкостного уменьшается. Поэтому емкостный фильтр выгодно применять при выпрямлении однофазных, а индуктивный при выпрямлении многофазных токов. При увеличении Рн сглаживающее действие емкостного фильтра увеличивается, а индуктивного уменьшается. Поэтому емкостный фильтр выгодно применять при малых, а индуктивный при больших токах нагрузки.

7.3. LC-ФИЛЬТРЫ

Рис. 7 3. LC-фильтры: а) Г-образный; б) П-образный, в) многозвенный; г) фильтр из индуктивности и аккумуляторной батареи

Наиболее широко используют Г-образный индуктивно-емкостный фильтр (рис. 7.3aj. Для сглаживания пульсации таким фильтром необходимо, чтобы емкостное сопротивление конденсатора для низшей частоты пульсации было много меньше сопротивления нагрузки = -< r\ а также много меньше индук-тивного сопротивления дросселя для первой гармоники (ха=

При выполнении этих условий, пренебрегая активным сопротивлением дросселя и принимая [/о= н, коэффициент сглажива-

ния Г-образного фильтра

(7.3)

Так как 1/ у ЬС - щ - собственная частота фильтра, то

Кс = {m&Jagf- 1.

Коэффициент сглаживания Кс определится отношением известных уже пульсаций на входе и выходе фильтра. Таким образом, необходимое произведение индуктивности и емкости (в ГФ)

LCi = {Kc + l)lmal. (7.4)

Выражая в (7.4) L в генри, а Cj в микрофарадах, получим следующие расчетные формулы:

для / = 50 Гц LQ = + (ГмкФ);

для / = 400 Гц LCi = 0,\6{Кс + \) ф^

rrfi

(7.5) (7.6)

Выражения (7.4) - (7.6) дают возможность по заданному коэффициенту сглаживания определить необходимую величину произведения.

Одним из основных условий выбора L и Cj является обеспечение индуктивной реакции фильтра. Такая реакция необходима для большей стабильности внешней характеристики выпрямителя, а также в случаях использования в выпрямителях германиевых, кремниевых или ионных вентилей.

Для обеспечения индуктивной реакции необходимо выполнить следующее неравенство:

L > 2Rj{nf - 1) /л сОе = 2[/,/(/п^ - 1) m ©е h- (7-7)

Определив из (7.7) величину L, можно найти значение емкости Ci.

Если нагрузка на выходе фильтра не постоянна, можно определить величину емкости d, задавшись допустимым выбросом напряжения на выходе фильтра Д?7н при сбросе нагрузки

Q>(A/2/At/2)L, (7.8)

где А/о - величина изменения тока нагрузки на выходе фильтра;

Д(7и - допустимый выброс

Рис. 7.4 Ток нагрузки

напряжения фильтра.

Определив величину Си можно найти величину L.

Если нагрузка на выходе фильтра имеет импульсный характер, величина емкости Ci существенно влияет на степень искажения формы импульсов тока