Головна |
Хін >> Rн і Хс << Rн
Отримаємо вираз для коефіцієнта згладжування фільтра через параметри схеми заміщення:
Фільтр використовується при великої потужності навантаження. До достоїнств фільтра відноситься: малі габаритні розміри, мала залежність коефіцієнта згладжування від змін струму навантаження (різний характер залежно q від Iн для реактивних елементів взаємно компенсує вплив). недоліки: В таких фільтрах виникають перехідні процеси, що ускладнюють роботу, як споживача, так і джерела живлення, дроселі фільтрів мають великі габаритні розміри і масу, а їх індуктивність, отже, коефіцієнти згладжування залежать від струму навантаження. При включенні і відключенні мережі, а також при різких змінах навантаження в фільтрі виникають перехідні процеси, які можуть призвести до перенапряжениям і кидкам струму в елементах фільтра і випрямляча. Виникнення перехідних процесів пов'язано зі зміною в часі запасів електромагнітної енергії, що накопичується в таких енергоємних елементах, як котушки індуктивності ( ) І конденсатори фільтра ( ). при або розряд індуктивності або
конденсатора фільтра відбувається за деякий інтервал часу ( ), Який визначає час перехідного процесу. Незважаючи на малу тривалість цих процесів, вони можуть бути причиною виходу з ладу вентилів через різке зростання зворотного напруги і прямого струму, а також пробою конденсаторів або ізоляції дроселів і силового трансформатора. Перехідні процеси можуть носити коливальний характер. У цьому випадку їх можна розглядати як вільні, затухаючі при підключенні фільтра до джерела постійного струму.
Власна частота цих коливань визначається виразом:
На малюнку представлена ??графічна залежність перехідного процесу при включенні джерела харчування:
Перехідні процеси в контурі описуються рівнянням:
,
де Uз вуст - Напруга випрямляча на холостому ходу (при відключеному навантаженні), i = iн + iс - Струм випрямляча під час перехідного процесу, iн і iс - Відповідно струми навантаження і конденсатора, Rb = rтр + Ri + Rін - Внутрішній опір випрямляча: трансформатора, діодів і дроселя фільтра.
Математичний аналіз вище наведеного рівняння дозволяє визначити зсув по фазі між максимумами струму iL і напруги Uc , Який становить . Максимальне відхилення напруги на конденсаторі залежить від коефіцієнта загасання коливального процесу:
Відносна величина перенапруги на конденсаторі визначається з графіка в залежності від ставлення .
Перенапруги, що виникають в фільтрі, тим більше, чим більше індуктивність дроселя L і чим менше ємність С. Для ідеального випрямляча при Rb = 0 і відключеному навантаженні (Rн = ) відносини = 0, = 1, тобто граничне значення напруги на конденсаторі дорівнює:
Якщо максимальна напруга на конденсаторі перевищує допустиме значення, а зменшити індуктивність дроселя можна через необхідність забезпечення необхідного коефіцієнта згладжування, то для зменшення перенапруги послідовно з дроселем потрібно включити додатковий, так званий пусковий резистор з опором Rпуск. При цьому активний опір випрямляча зросте на його величину і коефіцієнт загасання ? збільшиться, що призводить до зменшення . Для потужних випрямлячів допустимою вважається величина перенапруг на конденсаторі до 20%.
При різких змінах опору навантаження від Rн до R/н в фільтрі також створюються перенапруги і кидки струму. Максимальне значення перенапруги на конденсаторі визначається виразом:
де ставлення визначається з наведеного вище графіка в залежності від твору:
При знаходженні величини ? замість опору навантаження Rн в формулу треба підставити значення , де - Змінений струм навантаження. Знайшовши з графіка значення ?, по відношенню визначимо значення:
і потім знаходимо .
На холостому ходу и = 0; для ідеального випрямляча Rb = 0, ставлення = 0, і тоді, перетворюючи вираз, отримаємо
де - Хвильовий опір контуру.
Хвильовий опір ? контуру фільтра практично завжди менше опору навантаження , Тому напруга на конденсаторі при «скиданні» навантаження ( ) буде . Для зменшення виникають перенапруг послідовно з конденсатором фільтра можна включити резистор невеликого опору (десятки Ом).
Розглянемо перехідний процес при "скиданні" і "набиранні" струму навантаження (дивіться нижче малюнок). При "скиданні" струму навантаження виникаєперенапруження, яке може привести до виходу з ладу апаратури, тому при розрахунку LC-фільтра, необхідно враховувати режим роботи на імпульсну навантаження.
Розділ 4 - Згладжувальні фільтри | Критерії якості згладжують властивостей фільтрів | Пасивні згладжують фільтри | Резонансні згладжують фільтри |