ЕЛЕКТРОТЕХНІКА У БУДІВНИЦТВІ

Згладжуючі фільтри

Наявність пульсацій випрямленої напруги погіршує роботу споживачів, що живляться від випрямлячів. Наприклад, при живленні двигунів постійного струму пульсуючою напругою погіршуються умови комутації струму і збіль­шуються втрати у двигуні. Тому пульсації напруги на навантаженні необхідно знизити до значень, при яких не позначався б їхній негативний вплив.

Для зменшення пульсації напруги на виході випрямляча встановлюють спеціальний пристрій, називаний згладжуючим фільтром. Схема включення фільтра Ф наведена на рис. 13.20,а.

Значення пульсації напруги на виході випрямляча оцінюється коефіцієнтом пульсацій q, який дорівнює відношенню амплітуди основної (першої) гармоніки пульсацій U~1 до постійної складової випрямленої напруги Ud, тобто q = U~1/ Ud.

Пульсація напруги на навантаженні характеризується коефіцієнтом q1, який дорівнює відношенню амплітуди основної гармоніки пульсацій Ud~ на навантажен­ні (після фільтра) до випрямленої напруги UdH на навантаженні, тобто q1 = UdJUdn.

Пульсація напруги на навантаженні задається умовами роботи споживача, а пульсація напруги на вході випрямляча відома після вибору схеми випрям­лення й визначення її параметрів. Відношення значень q і q1 визначає ступінь згладжування випрямленої напруги і називається коефіцієнтом згладжування фільтра s:

q U~! Ud ~

5 = =77_:77_. (13.37)

q1 Ud U„„

Поряд з ослабленням змінної складової випрямленої напруги згладжуючий фільтр зменшує і постійну складову = Ud - ДЦ^). Очевидно, чим меншим є зменшення постійної складової (Ud/U^) при незмінному ослабленні змінної (Ud~/U~1), тим якісніше буде фільтр. Для фільтрів випрямлячів малої потужності відношення постійних складових напруг звичайно UJU^ = 1,05 ^1,1, а для ви­прямлячів великої потужності Ud/Udli = 1,005 ^ 1,01.

У практичних розрахунках можна вважати Ud ~ Udii і коефіцієнт згладжу­вання, що показує в цьому випадку ступінь ослаблення змінної складової ви­прямленої напруги фільтром, приймати рівним s=q/q1 ~ U~1/Ud~.

Рис. 13.20 - Схеми включення фільтрів: а - блок-схема випрямляча з фільтром; б - ємнісний фільтр; в - індуктивний фільтр; г і д - криві напруг і струмів

Розглянемо основні види згладжуючих фільтрів.

Ємнісний фільтр (рис. 13.20,б) являє собою конденсатор Сф, що включа­ється паралельно навантажувальному опору Rd. Шунтуючи навантаження ма­лим ємнісним опором Хс = 1/тСф << Rd для змінної складової струму id = іс, він створює у випрямлячі додаткове падіння напруги AUa на Rg, (рис. 13.20,в), що приводить до згладжування напруги Ud. В цьому випадку можна вважати, що через Rd проходить тільки постійна складова струму Id, а змінна складова стру­му id~ проходить повністю через конденсатор.

Ємнісний фільтр більш ефективний у випрямлячах на малі струми Id (з великими Rd), оскільки в такому фільтрі легше одержати нерівність юСф>>1/^ при невеликих значеннях ємності Сф.

При розрахунку ємнісного фільтра вихідним звичайно є значення коефі­цієнта пульсацій q1, а також кутової частоти тм = 2nfM джерела живлення й опо­ру навантаження Rd. Значення Сф (у мкф) можна визначити з виразу:

1 106

С, =---------------- —.------------------------------ (13.38)

m - o • q R,

м Л d

Індуктивний фільтр (рис. 13.20,г) являє собою дросель L$, що включа­ється послідовно з навантаженням і має великий реактивний опір XL = юмЕф для
змінної складової випрямленого струму, яка значно зменшується, і падіння на­пруги ДUd~ від цієї складової на Rd стає незначним (рис. 13.20,д).

Для гарного згладжування напруги на навантаженні необхідно, щоб

Xl = mM-L$ >> Rd. (13.39)

При заданому коефіцієнті згладжування s необхідне значення індуктивності фільтра L$ (у генрі) з урахуванням виконання умови (13.49) визначають за виразом

s • R

Li = / , (13.40)

2і • f • m

•J м

де/ - частота напруги мережі, Гц; т - число фаз випрямлення.

Аналіз формули (13.40) показує, що одне і теж значення коефіцієнта s може бути отримане при менших значеннях індуктивності L$ і меншому опорі наванта­ження Rd. Таким чином, індуктивний фільтр вигідно застосовувати у випрямля­чах середньої і великої потужності, в яких опір навантаження малий.

Якщо потрібно мати дуже мале значення коефіцієнта пульсацій q1, то єм­ність Сф або індуктивність L^, застосовувані в описаних фільтрах, можуть вийти дуже значними. У таких випадках застосовують більш складні Г-подібні або П - подібні фільтри.