Як зменшити пульсацію випрямленої напруги

Як зменшити пульсацію випрямленої напруги Напруга, що отримується від випрямлячів, є не незмінним, а пульсуючим. Воно складається з незмінною і змінної складових. Чим більше змінна складова по відношенню до незмінною, тим більше пульсація і гірше якість випрямленої напруги.

Змінна складова формується гармоніками. Частоти гармонік визначаються рівністю

f (n) = kmf,

де k - номер гармоніки, k = 1, 2, 3, ..., m - кількість імпульсів випрямляється напруги, f - частота напруги мережі.

Якість випрямленої напруги оцінюється коефіцієнтом пульсації p, який знаходиться в залежності від середнього значення випрямленої напруги і амплітуди основної гармоніки в навантаженні.

Порядок гармонійних складових n = km, що містяться в кривій випрямленої напруги, залежить тільки від числа імпульсів і не залежить від певної схеми випрямляча. Гармоніки малих номерів мають найбільшу амплітуду.

Чинне значення напруги гармонійної складової порядку n знаходиться в залежності від середнього значення випрямленої напруги Ud бездоганного нерегульованого випрямляча:

У реальних схемах перехід струму з 1-го діодіка на інший відбувається протягом деякого кінцевого проміжку часу, що вимірюється частками періоду змінної напруги і іменованого кутом комутації. Наявність кутів комутації істотно збільшує амплітуду гармонік. В результаті виростають пульсації випрямленої напруги.

Змінна складова випрямленої напруги, що складається з гармонік низькою і високої частоти, робить в навантаженні змінний струм, який надає заважає вплив на інші електричні пристрої.

Для зменшення пульсації випрямленої напруги між вихідними затискачами випрямляча і навантаженням включають згладжує фільтр, який суттєво послаблює пульсацію випрямленої напруги за рахунок пригнічення гармонік.

Основними елементами згладжуючих фільтрів є котушки індуктивності (дроселі) і конденсатори, а при маленьких потужностях і транзистори.

Робота пасивних фільтрів (без транзисторів і інших підсилювачів) заснована на залежності від частоти величини опору реактивних частин (котушки індуктивності і конденсатора). Реактивні опору котушки індуктивності Xl і конденсатора Xc: Xl = 2πfL, Xc = 1 / 2πfC,

де f - частота струму, що протікає через реактивний елемент, L - індуктивність дроселя, С - eмкость конденсатора.

З формул для опору реактивних частин слід, що з підвищенням частоти струму опір котушки індуктивності (дроселя) росте, а конденсатора зменшується. Для незмінного струму опір конденсатора дорівнює нескінченності, а котушки індуктивності - нулю.

Зазначена особливість дозволяє котушці індуктивності безперешкодно пропускати постійну складову випрямленої струму і затримувати гармоніки. Причому, чим більше номер гармоніки (вище її частота), тим ефективніше вона затримується. Конденсатор навпроти стовідсотково затримує постійну складову струму і пропускає гармоніки.

Головним параметром, що характеризує ефективність роботи фільтра, є коефіцієнт згладжування (фільтрації)

q = p1 / p2,

де p1 - коефіцієнт пульсації на виході випрямляча в схемі без фільтра, p2 - коефіцієнт пульсації на виході фільтра.

На практиці використовуються пасивні Г-образні, П-образні і резонансні фільтри. Більш широко використовуються Г-образні і П-подібні, схеми яких наведені на малюнку 1

Малюнок 1. Схеми пасивних згладжують Г-образного (a) і П-образного (б) фільтрів для зменшення пульсації випрямленої напруги

Початковими даними для розрахунку індуктивності дроселя фільтра L і ємності конденсатора фільтра C є коефіцієнт пульсації випрямляча, варіант схемного рішення, також необхідний коефіцієнт пульсації на виході фільтра.

Розрахунок характеристик фільтра починають з визначення коефіцієнта згладжування. Далі потрібно довільно обрати схему фільтра і ємність конденсатора в ній. Ємність конденсатора фільтра вибирають з ряду ємностей, наведеного нижче.

На практиці використовують конденсатори наступних ємностей: 50, 100, 200, 500, 1000, 2000, 4000 мкФ. Найменші значення ємностей з цього ряду доцільно використовувати при величезних робочих напругах, а величезні ємності - при низькій напрузі.

Індуктивність дроселя в Г-образної схемою фільтра можна знайти з наближеного виразу

для П-образної схеми -

У формули ємність підставляється в мікрофарадах, а підсумок виходить в генрі.

Школа для електрика