Выбор электродвигателя Моделирование и анализ электронных схем Основы электротехники Методические указания Основы электроники Лабораторные работы Основы теории цепей

Расчетное задание Элементы проектирования электропривода

Классификация сглаживающих фильтров

Фильтры

Все схемы сглаживающих фильтров можно разделить на группы:

I группа – фильтры состоящие из одного элемента: индуктивные, емкостные.

ris3_1

II группа – Г-образные фильтры, состоящие из двух элементов.

ris1_4

Г-образный реостатно-емкостный фильтр целесообразно применять при малых выпрямленных токах (менее 15…20 мА) и небольших значениях ко­эффициента сглаживания. Такой фильтр является достаточно дешевым, имеет малые размеры и вес. Его недостатком является малый КПД из-за большого падения выпрямленного напряжения на сопротивлении фильтра.

Г-образный индуктивно-емкостный (LC) фильтр применяется в источниках средней и большой мощности вследствие того, что падение напряжения на фильтре можно сделать сравнительно малым и тем самым обеспечить более высо­кий КПД.

Недостатки LC – фильтров:

1) сравнительно большие размеры и вес (при низкой частоте первичного источника);

2) дроссель фильтра является источником помех, создаваемых магнитным полем рассеяния;

3) дроссель фильтра иногда является причиной сложных переходных процессов, приводящих к искажениям в работе устройств (усилителя, передатчика и т.п.);

4) фильтр не устраняет медленных изменений питающих напряжений.

III группа – сложные фильтры состоящие из различных комбинаций первой и второй групп – П-образные и многозвенные;

IV группа – фильтры с параллельными и последовательными резонансными контурами;

V группа – фильтры с компенсацией переменной составляющей на выходе фильтра;

VI группа – активные фильтры.

Качество сглаживания характеризуется величиной максимально допустимой амплитуды переменной составляющей.

Таким образом, основным требованием к фильтру является заданная величина коэффициента его фильтрации, либо для гармоники наиболее нужной частоты, либо для отдельных гармоник, либо для всего комплекса гармоник, содержащихся в выпрямленном напряжении.

Дополнительными требованиями к фильтрам являются:

Минимально возможное падение постоянной составляющей напряжения на элементах фильтра.

Отсутствие заметных искажений, вносимых в работу нагрузки.

Отсутствие недопустимых перенапряжений и сверхтоков при переходных процессах.

Высокие массогабаритные показатели.

Коэффициент пульсаций

Выпрямленное напряжение (ЭДС) - ,  (напряжение до ФУ) как любую периодическую несинусоидальную функцию можно разложить в ряд Фурье, т.е. представить в виде суммы постоянной составляющей и суммы переменных гармонических составляющих. Первый член разложения в ряд Фурье – постоянная составляющая  () – среднее значение выпрямленного напряжения (ЭДС). Сумма переменных гармонических составляющих называется напряжением пульсаций  (). Также можно представить в виде суммы постоянной  и пульсирующей  составляющих напряжение в нагрузке  (напряжение после ФУ). Значение пульсации задается коэффициентом пульсаций, равным отношению максимального значения пульсации к постоянной составляющей напряжения:

, (1.6)

где  - полуразность между наибольшим и наименьшим мгновенными значениями напряжения в нагрузке  (рис. 1.12). Аналогично можно записать выражения для коэффициента пульсаций  выпрямленного напряжения .

RIS1_12

Рис. 1.12. График напряжения  с постоянной составляющей  и пульсирующей .

Также пользуются коэффициентом пульсаций k-й гармоники, который равен отношению амплитуды k-й гармонической напряжения пульсаций к среднему значению напряжения

 (до ФУ) и  (после ФУ) (1.7)

Следует отметить, что во многих литературных источниках по электронике под коэффициентом пульсаций называют коэффициент пульсаций 1-й гармоники, равный отношению амплитуды первой (основной) гармоники напряжения пульсаций к среднему значению напряжения. Это верно, если суммой высших гармонических напряжения пульсаций относительно первой (основной) можно пренебречь.

Известно, что для выпрямителя без ФУ коэффициент пульсаций по k-й гармонике выпрямленной ЭДС:

,

где p – число пульсаций в кривой выпрямленного напряжения (пульсность схемы выпрямления). При p = 2 получим ,  и амплитуда 2-й гармонической составляет 20% от первой (основной) гармоники. При p = 6 получим ,  и амплитуда 2-й гармонической составляет 24,5% от первой (основной) гармоники.

 

Коэффициенты фильтрации и сглаживания фильтра

Действие сглаживающего фильтра можно характеризовать коэффициентом фильтрации , который определяется, как отношение значений пульсации на входе и выходе фильтра:

Коэффициент фильтрации не учитывает падения напряжения на активном сопротивлении фильтрующего звена . Более точно сглаживающее действие ФУ оценивается коэффициентом сглаживания пульсаций q, который определяется как отношение коэффициентов пульсаций на входе и выходе ФУ:

  (1.8)

 

 Для большинства сглаживающих LC-фильтров низковольтных выпрямителей активным сопротивлением дросселя можно пренебречь и тогда:

Помимо полных коэффициентов фильтрации и сглаживания пульсаций используются коэффициенты фильтрации  и сглаживания  для каждой из гармоник сглаживаемого напряжения:

 ,

.

В тех случаях, когда требуются большие величины , применяются многозвенные фильтры, которые представляют собой ряд простых Г-образных четырехполюсников, соединенных последовательно. В данном случае суммарные коэффициенты фильтрации и сглаживания:

,

.

Процесс конструирования начинается с момента поступления в КБ задания на разработку изделия, в котором указываются назначение, основные параметры и условия работы изделия. На основе этих требований КБ составляет и согласовывает с заказчиком техническое задание, определяющее цели и задачи предстоящей работы. После этого начинается конструирование изделия. При конструировании широко используются выпускаемые промышленностью стандартные элементы (детали, узлы и т.д.), на которые имеется техническая документация.
Вернуться на главную сайта