Сглаживающие фильтры устройств в автоматике

Мостовой однофазный двухполупериодный выпрямитель

Принцип работы мостового выпрямителя: в полупериод от 0 до П открыты диоды 1,3, по нагрузке протекает ток, создавая падение напряжения U0 полярностью как показано на рисунке. Диоды 2,4 закрыты (находящиеся под обратным смещением). В полупериод от П до 2П – открыты диоды 2,4, через нагрузку протекает ток, создавая падение напряжения на нагрузке, при этом диоды 1,3 закрыты. Таким образом, создается двухполупериодное пульсирующее постоянное напряжение на нагрузке. Достоинства этой схемы в том, что пульсация выходного напряжения в 2 раза меньше, чем у однофазной однополупериодной схемы выпрямителя. Это достоинство дает возможность строить облегченные фильтры.

Напряжение питания устройств в автоматике не должно содержать пульсаций(переменных составляющий), поскольку пульсации напряжения питания приводят к искажению информации, циркулирующей в устройстве. Для того чтобы постоянное пульсирующее U, снимаемое с выпрямительных устройств, преобразовать в постоянное сглаживаемое U(отсутствие пульсаций), применяются сглаживающие фильтры. Эти фильтры строятся на основе активных и реактивных элементов электрических цепей(RLC). Фильтры бывают однозвенные и многозвенные. Качество фильтра определяется коэффициентом сглаживания.

Ксг=К_пвх/К_пвых - коэффициент сглаживания, Кп=U_∽/U_ср - коэф-т пульсации.

RC-фильтры

Схема:

Схема состоит из преобразователя переменного U в постоянное (выпрямительное устройство), С-фильтра и активного сопротивления нагрузки Rн. В качестве сопротивления фильтра - сопротивление выпрямителя. Эффект сглаживания основан на том, что по закону коммутации U на конденсаторе не может изменяться мгновенно. Если в конденсаторе идет накопление заряда, в фильтре участвуют следующие элементы, при заряде ток через внутреннее сопротивление поступает на конденсатор и нагрузку. С постоянной времени Rф*Сф происходит увеличение U на конденсаторе. При уменьшении U, поступающего от выпрямителя, конденсатор с постоянной времени Rф*Сф начинает разряжаться. В результате этого U на конденсаторе и на нагрузке принимает сглаженный вид.

Эффект сглаживания значительный, если помимо С-фильтра применить L-фильтр. Это позволит при коммутации не изменить мгновенно ток заряда. В результате этого энергия, запасенная в фильтре, дополнительно передается на нагрузку. Для того чтобы увеличить коэффициент фильтра применяются двухзвенные фильтры.

В таком фильтре пульсирующее U выпрямителя проходит 2 стадии фильтрации. 1-я стадия на фильтре R_{вн вых}*С_ф1 и 2-я на стадии R_ф*R_ф2. Качество фильтрации определяется постоянными времени фильтра, для RC-фильтра это R_н*С_ф. Для LC-фильтра это L_ф *С_ф. Чем больше постоянная времени, тем качественнее фильтрация. Для достижения качественной фильтрации необходимо выбрать большой величины емкость конденсатора Сф и сопротивление нагрузки Rн. Как правило, сопротивление нагрузки изменить нельзя, поскольку оно представлено входным сопротивлением устройства автоматики. В связи с этим необходимо выбирать конденсаторы большой емкости. В фильтрах применяются устройства для искусственного увеличения сопротивления нагрузки. Таким устройством является транзисторный эмиттерный повторитель. Устройство, в котором применяется эмиттерный повторитель называется активным фильтром:

В схему включен транзистор TV. Совместно с Rн он представляет собой эмиттерный повторитель, у которого входное сопротивление в 10 раз больше, чем Rн. При таком включении постоянная времени фильтра будет определяться как R_{вх эл}*С_ф, где R_{вх эл}- R входа эмиттерного повторителя. Так существенно увеличивается постоянная времени фильтра, что ведет к увеличению качества фильтрации.

Дата добавления: 2015-06-04