Емкостной и R-C-фильтр

Двухполупериодная схема выпрямления

Однополупериодная схема выпрямления

Достоинство однополупериодной схемы выпрямления: простота и дешевизна.

Недостатки однополупериодной схемы выпрямления: токи и напряжения прерывисты, следовательно, низкое среднее значение токов и напряжений. Кроме того, в схеме велик уровень напряжения пульсаций.

Рассмотрим однофазную двухполупериодную схему выпрямления с нулевой точкой (нулевая схема)

Рассмотрим интервал 0 < ωt < π: диод V1 – открыт; диод V2 – закрыт. U_d=e₂ U_dm=E_2m=

Рассмотрим интервал π < ωt < 2π: диод V1 –закрыт; диод V2 – открыт.

Токи и напряжения имеют одинаковую полярность, но в каждый момент времени изменяют свою величину (ток и напряжение в нагрузке имеют пульсирующий характер).

Напряжение включает в себя как постоянную, так и переменную составляющую.

Период питающего напряжения

Период выпрямленного напряжения

Наибольшую величину в кривой выпрямленного напряжения имеет 1-ая гармоника, частота которой в 2 раза выше частоты питающей сети. Эту

гармонику наиболее трудно подавить фильтрами,

поэтому по ее величине судят об искажении выпрямленного напряжения. На рисунке штриховой линией показана первая гармоника пульсации.

Пульсация выпрямленного напряжения характеризуется коэффициентом пульсации.

Коэффициент пульсаций ;

, где m – кратность частоты переменной составляющей выпрямленного напряжения к частоте сети (число фаз выпрямления или пульсность выпрямителя).

Определим коэффициент пульсации для нашего рассмотренного случая

Чем меньше коэффициент пульсации, тем меньше уровень пульсации, а следовательно выше качество выпрямленного напряжения.

Основными параметрами для выбора диода являются:

1. Прямой средний за период максимальный ток.
2. Обратное напряжение.

- среднее значение тока протекающего через нагрузку.

Так как для тока одна полуволна отсутствует, а для тока нет получаем:

- полная мощность.

Мощность, выделяемая на нагрузке от постоянной составляющей выпрямленного напряжения:

Около 20% всей мощности в нагрузку передается переменной составляющей. Для уменьшения пульсации (устранения переменной составляющей) применяются фильтры.

Расчетная мощность трансформатора: (при активно - индуктивной нагрузке)

Мостовая схема может работать и без трансформатора, а схема с нулевой точкой нет  

§5 Однофазная двухполупериодная мостовая схема выпрямления

При положительной полуволне ЭДС (интервал 0-) и указанной на рисунке полярности выпрямленный ток будет протекать через диод V1, нагрузку и диод V4. Диоды V2 и V3 находятся под обратным напряжением и тока не проводят (плюс приложен к катоду, а минус к аноду).

При изменении полярности переменного напряжения (интервал ) открываются V2 и V3 и ток сохраняет направление.

Если нагрузка активная (), то ток повторяет форму напряжения на нагрузке, а и имеют синусоидальную форму (штриховые кривые)

Если , она препятствует изменению тока и не будет успевать следовать за изменением и будет сглаживаться (сплошная линия ).

При значительной индуктивной нагрузке (> ) ток из-за малых пульсаций можно считать постоянным (идеально сглаженным).

Передача активной мощности в нагрузку переменной составляющей тока отсутствует. Токи ,,принимают форму прямоугольных импульсов.

При R-L нагрузке, как и при активной, форма повторяет , а его значение определяется как и для мостовой схемы с активной нагрузкой.

или

Пренебрежем потерями в , диодах и трансформаторе и положим (идеально сглажен)

Ток в диоде ; и

Достоинства схемы с нулевой точкой:

1. Меньшее число диодов меньшая стоимость.

2. Последовательно обтекается всегда только один диод и нагрузка при малом питающем напряжении, падение напряжения будет меньше.

Недостатки схемы с нулевой точкой:

1. Не работает без трансформатора.

2. больше на 20% больше габариты и высокая цена.

3. Обратное напряжение больше в два раза.

Применяется при малых напряжениях питания.

Достоинства мостовой схемы:

1. Может работать без трансформатора, если нас устраивает входное напряжение.

2. на 20% меньше меньше габариты и ниже цена.

3. В два раза меньше обратное напряжение для диодов.

Недостатки мостовой схемы:

1. В два раза большее число диодов.

2. Падение напряжения в два раза больше, так как последовательно с нагрузкой током обтекаются два диода.

Мостовая схема применяется при E₂=10÷100 В.

§6 Фильтры выпрямителей.

Назначение: Улучшение качества выпрямленного напряжения, путем ослабления переменной составляющей.

Коэффициент сглаживания: - характеризует (количественно) ослабление переменной составляющей. Чем больше коэффициент сглаживания, тем лучше.

Схема замещения для постоянной составляющей выпрямленного напряжения L и L-C фильтра:

r – активное сопротивление катушки индуктивности.

Схема замещения для переменной составляющей выпрямленного напряжения L и L-C фильтра:

ω_n= 2ω_сети

- последовательное сопротивление фильтра для переменной составляющей.

- сопротивление параллельных элементов фильтра для переменной составляющей.

Чем больше и меньше , тем меньше U _нп1 и больше коэффициент сглаживания S.

Коэффициент сглаживания для L – фильтра:

Примем допущения: r << и<<

Чем меньше тем больше S

Индуктивный фильтр эффективен в «сильноточных» схемах, где

- мало

«Сильноточная» схема – это схема, где протекают большие (сильные) токи.

Коэффициент сглаживания для LС – фильтра:

Емкость шунтирует нагрузку по переменной составляющей.

Условие эффективного шунтирования переменной составляющей:

должно быть < 0.1

- Из чего следует, что LC-фильтры более эффективны.

Емкостные и R-C фильтры используются при нагрузке потребляющей малые токи от выпрямителя ("слаботочная" нагрузка, т.е. нагрузка с малым ("слабым") током).

r - активное сопротивление диодов и обмоток трансформатора

Рассмотрим, что происходит в схеме в разные промежутки времени:

1. 0 < t <t₁ e₂ > u_d V1 – открыт, V2 – закрыт. конденсатор заряжается импульсом тока i _a1
2. t₁ < t < t₂ e₂ < u_d конденсатор разряжается на нагрузку (). V1 и V2 – закрыты.
3. t₂ < t < t₃ e₂ > u_d V2 – открыт, V1 – закрыт. конденсатор заряжается импульсом тока i _a2

Амплитуда второго импульса будет меньше первого, т.к. на конденсаторе в момент t₂ u_d > 0

По мере увеличения напряжения u_d время заряда конденсатора уменьшается, а время разряда увеличивается.

Через несколько периодов наступает положение, когда u_d изменяется возле своего среднего установившегося значения.

т.к. ток i _a - прерывистый, с паузами. Возникает необходимость введения дополнительного сопротивления r для токоограничения.

На нём происходит дополнительное падение напряжения и, следовательно, выходное напряжение уменьшается.

Чем больше , тем больше время разряда

При холостом ходе R _н = ∞, U _{dxx =} E _2m = √2•E ₂

Можно отметить следующие отличия работы выпрямителей с ёмкостной нагрузкой по сравнению с активной нагрузкой:

1. Большая амплитуда анодного тока и меньшая его длительность.
2. Большая величина .
3. Меньше амплитуда переменной составляющей -
4. Резкая зависимость от .

Коэффициент сглаживания R-C фильтра

Схема замещения переменной составляющей:

Источник питания ближе к источнику ЭДС, так как его внутреннее сопротивление мало r и включены параллельно.

Значит

За счет падения напряжения на сопротивлении r снижается напряжение R-C фильтр эффективен при малых токах нагрузки.

Дата добавления: 2013-12-11