Сглаживающие фильтры. Схемы и принцип работы

Мостовой однофазный двухполупериодный выпрямитель. Схема, принцип работы.

Однофазный двухполупериодный выпрямитель с выводом средней точки трансформатора. Схема, принцип работы.

Выпрямители, их основные параметры. Однофазные однополупериодные выпрямители. Схема, принцип работы.

Выпрямительное устройство предназначено для преобразования переменного тока в постоянный и состоит из трех узлов: трансформатора, выпрямителя и сглаживающего фильтра. В случае необходимости в выпрямитель добавляется стабилизатор напряжения.
Режим работы выпрямителя в основном определяется типом фильтра, включенного на его выходе. В маломощных выпрямителях, которые питаются от однофазной сети переменного тока, применяются емкостные фильтры, Г- образные LC, RC и П-образные CLC и CRC фильтры.
Емкостный фильтр характерен для выпрямителей, рассчитанных на малые токи нагрузки, и, в общем случае, представляет собой обычный конденсатор, подключенный параллельно нагрузки для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Реакция нагрузки на выпрямитель зависит от емкости конденсатора, сопротивление которого для переменной составляющей на много меньше сопротивления нагрузки.
Если же фильтр выпрямителя начинается с дросселя, обладающего большой индуктивностью, то нагрузка выпрямителя - индуктивная.
Выпрямитель характеризуется: выходными параметрами, режимом работы диодов и параметрами трансформатора.
Выходные параметры выпрямителя:

1. номинальное среднее выпрямленное напряжение U0;
2. номинальный средний выпрямленный ток I0;
3. коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения Kп01;
4. частота пульсаций выпрямленного напряжения Fп;
5. внутреннее сопротивление выпрямителя R0;

Выпрямители по однополупериодной схеме применяются в основном с емкостным фильтром и обычно рассчитаны на выпрямленные токи до десятков миллиампер.
К достоинствам такого выпрямителя относится: простота и возможность работать без наличия трансформатора. К недостаткам: низкая частота пульсаций, высокое обратное напряжение на вентиле, плохое использование трансформатора (если он есть), подмагничивание сердечника постоянным током.

Однополупериодная схема - в которой ток проходит через вентиль только в течение одного полупериода переменного напряжения источника

Трансформатор играет двойную роль: он служит для подачи на вход выпрямителя ЭДС , соответствующей заданной величине выпрямленного напряжения и ообеспечивает гальваническую развязку цепи нагрузки и питающей сети. Параметры, относящиеся к цепи постоянного тока, то есть к выходной цепи выпрямителя, принято обозначать с индексом (от английского слова direct – прямой): – сопротивление нагрузки; – мгновенное значение выпрямленного напряжения; – мгновенное значение выпрямленного тока.

Двухполупериодный с выводом от средней точки (рис 2.) в основном работает с емкостным, Г- и П- образным RC и LC фильтрами. Достоинства такого выпрямителя - повышенная частота пульсаций, малое число вентилей, возможность использовать общего радиатора для диодов без изоляции. К недостаткам данной схемы можно отнести: большая габаритная мощность трансформатора по сравнению с мостовой схемой и по схеме удвоения напряжения, повышенное обратное напряжение на диодах.

Схема обеспечивает прохождение тока через нагрузку в течение обоих полупериодов. Во время положительного полупериода работает первая половина вторичной обмотки (IIа). Ток идёт от плюса вторичной обмотки трансформатора через диод V1, нагрузку Rн и на среднюю точку вторичной обмотки. В это время к аноду диода V2 приложен минус, а к катоду – плюс, и диод закрыт. Во время отрицательного полупериода картина меняется: будет открыт диод V2, а диод V1 – закрыт (для этого случая знаки указаны в скобках). В этот полупериод ток протекает за счёт напряжения на обмотке IIб.

Однофазный выпрямитель по мостовой схеме (рис.3) является наилучшим вариантом по техническим и экономическим показателям. Мостовая схема так же является двухполупериодной. Форма напряжения на нагрузке оказывается такой же, как и на схеме со средней точкой. Рабочее напряжение конденсатора так же равняется амплитуде переменного напряжения на вторичной обмотке. Мостовая схема содержит четыре диода. В течение одной половины периода ток проходит от верхнего по схеме вывода вторичной обмотки через диод VD1, нагрузку, диод VD2 и к нижнему выводу обмотки. В течение следующей полуволны ток проходит от нижнего по схеме вывода вторичной обмотки, через VD3, нагрузку, VD4 и к верхнему выводу обмотки. Таким образом, В течении обоих полупериодов диодами выпрямляется одно и тоже напряжение вторичной обмотки, и составляющая пульсации с частотой 50 Гц отсутствует. Так как ток нагрузки проходит через диоды поочередно, то ток каждого диода будет равен половине тока нагрузки.
Увеличение числа диодов в мостовой схеме окупается вдвое меньшим числом витков вторичной обмотки, уменьшением пульсаций, относительно небольшим обратным напряжением, хорошим использованием трансформатора, возможностью работать от сети переменного тока без трансформатора. К недостаткам такой схемы можно отнести повышенное падение напряжения на диодном комплекте.(падение напряжения на кремневом диоде может достигать порядка 1В. А на двух последовательных - соответственно 2В как в мостовой схеме. Таким образом, если выпрямитель рассчитан на низкое напряжение, соизмеримое с падением напряжения на диодах, нужно будет увеличивать напряжение вторичной обмотки трансформатора), невозможность установки, используемых диодов на одном радиаторе без изолирующих прокладок.

Сглаживающий фильтр – это электротехническое устройство, предназначенное для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения.
Фильтр включается между выпрямляющими элементами и нагрузкой.
Основная характеристика сглаживающего фильтра – коэффициент сглаживания пульсаций (q). Это отношение коэффициента пульсации на входе фильтра к коэффициенту пульсации на выходе фильтра:

Виды фильтров:

1. Пассивные фильтры – состоят из различного количества R, L, C – элементов. Они бывают простые и сложные. В сложных кроме R, L, C – элементов дополнительно содержатся колебательные контуры.
2. Активные фильтры – кроме R, L, C – элементов дополнительно содержат лампы и транзисторы.
   В медицинской аппаратуре применяются простые, пассивные «Г» и «П» – образные фильтры.

1. Емкостной фильтр.

Емкостной фильтр представляет собой конденсатор, включенный параллельно нагрузке.
При отсутствии емкости С через нагрузку R проходит пульсирующий. При наличии емкости С в положительные полупериоды часть тока идет через нагрузку, а часть тока на зарядку конденсатора, который заряжается и накапливает энергию.
В отрицательные полупериоды конденсатор отдаёт накопленную энергию в нагрузку. Ток через нагрузку становиться непрерывным. Пульсация напряжения и тока понижается.

Условие эффективной работы емкостного фильтра:
Х_с<<R (Хс = 1 / ωC)
2 .Индуктивный фильтр.
Индуктивный фильтр представляет собой дроссель (катушку с сердечником), включенную последовательно с сопротивлением нагрузки.

В первую половину положительного полупериода, когла через дроссель ток возрастает, дросель накапливает энергию в виде магнитного поля катушки. Когда ток через дроссель уменьшается, энергия магнитного поля катушки переходит в электрическое поле, поддерживая ток через нагрузку. Коэффициент пульсации такого фильтра тем меньше, чем больше индуктивность дроселя. Графики напряжения и тока на сопротивлении нагрузки для емкостного и индуктивного фильтров качественно совпадают.

Условие эффективной работы индуктивного фильтра:
Х_L>>R (Х_L = Lω)

Дата добавления: 2015-05-06