Москатов Е.А. Источники питания (2011) (1096749), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Если изменится величина силы тока, то накопленная энергия уйдет на наведение в обмотке дросселя ЭДС, которая будет препятствовать изменению тока. При этом пульсация тока будет сглажена. Индуктивные фильтры просты, но обладают очень существенным недостатком, из-за которого их не применяют в радиоэлектронной аппаратуре: при резком изменении сопротивления нагрузки выброс напряжения ЭДС самоиндукции на обмотке может оказаться значительно больше напряжения питания, вследствие чего нагрузка может быть выведена из строя.
Коэффициент сглаживания индуктивных фильтров зависит от сопротивления нагрузки. Для обеспечения нормальной работы устройства сопротивление нагрузки должно быть значительно меньше индуктивного сопротивления дросселя фильтра. Коэффициент сглаживания индуктивного фильтра можно вычислить по следующей приближенной формуле: кс=пз 2 л Г Еф/Кн, где Еф — индуктивность дросселя сглаживающего фильтра. Вычислить индуктивность дросселя рассмотренного фильтра, зная коэффициент сглаживания, можно по следующей формуле [43, с. 51): 106 Сглаживающие фильтры где Π— коэффициент сглаживания; Кн — сопротивление нагрузки, Ом; отп — круговая частота пульсации, радиан! с. Индуктивные фильтры рационально использовать для сглаживания пульсаций в мощных многофазных выпрямителях. 4.4.
Индуктивно-емкостный фильтр Индуктивно-емкостные фильтры состоят из включенных определенным образом реактивных компонентов, причем сглаживание пульсаций обеспечивают и дроссель, и конденсатор. В зависимости от способа включения дросселей и конденсаторов такие фильтры могут быть П-образными, Г-образными и Т-образными. Принципиальная схема сглаживающего Г-образного индуктивно-емкостного фильтра второго порядка изображена на рис.
4.2. гф Рис. 4.2. Индуктивно-еыкостный фильтр Сопротивление нагрузки Г-образного индуктивно-емкостного фильтра должно быть значительно больше емкостного сопротивления конденсатора фильтра и намного меньше индуктивного сопротивления дросселя. От величины емкости конденсатора фильтра зависит ток его заряда, и, следовательно, — потребляемый фильтром ток в переходном процессе 1212, с. 2131.
На индуктивном сопротивлении обмотки дросселя выделяется практически вся пульсация напряжения, которая приводит к разогреву дросселя из-за наличия активного сопротивления. Активное сопротивление провода обмотки дросселя должно быть по возможности мало для снижения тепловыделения. Обмотки сильноточных низкочастотных дросселей могут быть выполнены одножильным проводом, а высокочастотных дросселей — плоской лентой или литцендратом. Дроссель фильтра обычно выбирают из типового ряда по каталогам фирм-производителей, однако не исключено изготовление компонента вручную по рассчитанным значениям индуктивности обмотки и диаметру провода. Магнитопровод дросселя выбирают, опираясь за знание частоты пульсаций.
Например, для частоты 100 Гц оптимально использовать магнитопровод из трансформаторного железа или пермаллоя, а для частоты 100 кГц следует использовать магнитопровод из феррита. Индуктивно-емкостные фильтры подключают к выпрямителям средней мощности. 4.4Л. Расчет индуктивно-емкостного фильтра Рассмотрим методику расчета индуктивно-емкостных фильтров.
Расчет устройства будем вести так, чтобы фильтр обеспечивал индуктивную реакцию. Пусть заданы следующие исходные данные: 4.4. Индуктивно-вмкоотныа фильтр 107 ° О-вх — амплитуда напряжения пульсации на входе фильтра, В; ° 1/-вых — амплитуда напряжения пульсации на выходе фильтра, В; ° 1н — постоянный ток, протекающий через нагрузку, А; ° Кн — сопротивление нагрузки, Ом; ° 3 — плотность тока, протекающего по обмотке дросселя, А/ммг; ° рп — частота пульсации, Гц; ° пт — число фаз источника питания; ° Š— число звеньев ЬС-фильтра. Найдем коэффициент сглаживания всех звеньев фильтра: От = 1/-вх / 1)-вых.
Вычислим диаметр провода обмотки дросселя: Найдем круговую частоту пульсации: огп=2 л- Рп, радиан/с. Определим коэффициент сглаживания одного звена ЬС-фильтра: /11 1 г=ехр~ — ~ 1оа0, Вычислим минимальную индуктивность дросселя, при которой сохраняется ин- дуктивная реакция фильтра, по следующей формуле [! 03, с. 67], [197, с. 324]: 2 Кн (гп — 1) гп оз , Гн.
Определим минимальную емкость конденсатора фильтра: Сф > 0+1 — .ьф Найдем резонансную частоту фильтра: 1 г ~ /Гф сф Вычислим собственную круговую частоту фильтра: 1 'во ,/сф сф Если нагрузка неизменна и в результате расчета оказалось, что коэффициент сглаживания одного звена меньше 3, то резонансных явлений в реактивных компонентах не будет, и расчет можно закончить. Если коэффициент сглаживания одного каскада больше 3, то необходимо выполнить проверку на предмет невозможности возникновения резонанса в реактивных элементах.
Если условие ого < 0,5 ш егп истинно, и нагрузка фильтра неизмен- 108 Сглаживающие фильтры на, то резонансные явления отсутствуют 1! 97, с. 324]. В противном случае необходимо изменить номиналы реактивных компонентов. Если нагрузка потребляет импульсный ток со скважностью от 2 до 3, то условием отсутствия резонансных явлений будет выполнение неравенства Го < 0,5 Гн, где Гн — частота потребляемого нагрузкой тока. В результате расчета мы определили: ° Ях — общий коэффициент сглаживания всех звеньев фильтра; ° с1 — диаметр провода обмотки дросселя; ° Π— коэффициент сглаживания одного звена фильтра; ° Сф — минимальную емкость конденсатора фильтра; ° Еф — минимальную индуктивность дросселя фильтра; ° Го — резонансную частоту фильтра; ° озо — собственную круговую частоту фильтра.
По вычисленной в результате расчета величине емкости необходимо выбрать конденсатор. Амплитуда напряжения, проложенного к конденсатору, не должна превышать его номинального напряжения. С этой целью электрический конденсатор следует выбирать с учетом запаса, с большим напряжением, чем вырабатывает выпрямитель в режиме холостого хода при максимальном повышении напряжения питающей сети.
Запас подразумевает увеличение номинального напряжения конденсатора (обычно 15 — 30%) с целью облегчения работы компонента. Этот запас необходим для обеспечения надежной работы конденсатора при перенапряжениях, которые возникают во время включении выпрямителя. Расчет пассивных реактивных Г-образных 1 С-фильтров можно выполнить в авторской специализированной программе "1.С-Вг11ег 5.0.0.0". Размер ее дистрибутива составляет 751 Кбайт. Программа распространяется по лицензии "допа11опсгаге" и предназначена для работы в операционных системах М1сгозой 1лг1пдосоз~ 98 Яесопд Ес1111оп, М01епп1огп, 2000, ХР и Из1а. Загрузить новую версию программы, исходные тексты и справку можно со страницы азсср: //лзозхасозг.
пагос1. го/1С й11гег. 1тСгл1. 4.5. Активный транзисторный фильтр Активные транзисторные фильтры обладают малыми массой и габаритами по сравнению с ЕС-фильтрами, функционирующими на низких частотах, поскольку не содержат массивного сглаживающего дросселя. Активные электронные фильтры, как правило, значительно эффективнее фильтров, выполненных на реактивных компонентах.
На рис. 4.3 показана принципиальная схема активного транзисторного фильтра с биполярным п-р-п-транзистором. чт1 + Рнс. 4.3. Антнвный транзисторный фильтр ид. Активный транзисторный фипьтр 109 Выполненная на компонентах Кб и Сб цепь фильтрует переменное напряжение, подаваемое на базу транзистора ЧТ1, включенного по схеме эмитгерного повторителя. При фиксированном токе базы у транзистора токи через коллектор и эмиттер мало зависят от напряжения на коллекторе. При этом рабочая точка должна быть расположена на плоском участке выходной характеристики транзистора. Токи коллектора и эмиттера транзистора ЧТ1 будут почти постоянными, значит ток через нагрузку почти не будет содержать переменной составляющей, а выходное напряжение фильтра, прикладываемое к нагрузке, будет иметь малую переменную составляющую.
Выходное сопротивление фильтра мало, следовательно, режимы работы компонентов фильтра практически не меняются при использовании различных нагрузок. Коэффициент подавления пульсаций рассматриваемого фильтра зависит от того, насколько эффективно будет сглаживание КС-цепи.
Переменная составляющая входного напряжения выделяется на транзисторе, приводя к его нагреву. В связи с тем, что резистор Вб включен между базой и коллектором транзистора, имеется автоматическое смещение, которое стабилизирует положение рабочей точки на характеристиках транзистора при флюктуации температуры. По этой причине при изменении температуры рассматриваемый активный транзисторный фильтр работает устойчиво. При большом токе через нагрузку можно применить составной транзистор, который может быть собран по схеме Дарлингтона. Общий коэффициент усиления составного транзистора равен произведению коэффициентов усиления входящих в его состав отдельных транзисторов.
Например, если для одного транзистора статический коэффициент передачи тока составляет 80, а для другого — 30, то общий коэффициент передачи тока равен 2 400. Применяя составной транзистор, можно увеличить коэффициент сглаживания пульсации активного транзисторного фильтра. У составного транзистора ток базы меньше, чем у входящего в его состав силового транзистора, что позволяет увеличить сопротивление резистора Кб и уменьшить емкость конденсатора Сб в цепи базы. Минимально допустимое напряжение конденсатора Сб должно быть равно входному напряжению фильтра плюс величина амплитуды напряжения пульсации, причем с учетом запаса по напряжению. 4.6.1. Расчет активного транзисторного фипьтра Выполним расчет активного транзисторного фильтра, включающего резистор Кб, конденсатор Сб и биполярный транзистор ЧТ1, функционирующий в линейном режиме.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
