Розанов Ю.К. Основы силовой электроники (1992) (1096750), страница 19

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 19)

Поэтому расчет индуктивн ости фильтра х,е производят для режима минимальной нагрузки (Я„„): я ггг (2.135) Озг Емкостный фильтр (С-фильтр, рис. 2.33„6) представляет собой конденсатор, включаемый на выходные шины выпрямителя. Емкостные фильтры используются преимущественно в маломощных выпрямителях. Расчет необходимой емкости конденсатора в микрофарадах при заданном коэффициенте сглаживания л, можно производить по приближенной формуле С-яхе10ь/оз,Ялй„.

(2.13б) Для вычисления более точного значения емкости следует учитывать внутреннее сопротивление схемы выпрямленна, используя ме одику, указанную 8'2.5. (2.133) Однозвенный Г-образный 1.С-фильтр (рис. 2.33,в) является наиболее распространенным типом фильтра благодаря своеВ простоте и эффективности.' Для этого фильтра можно записать 17', К" Г (2.137) где У' и У" — модули комплексных сопротивлений: Я„ Р о 1 Е 1 + С и 1+/а, 7Гд У" = —. ! +1о„СЯ~ Подставляя (2.134) в (2.132), получаем х, = Г/У".

(2.138) Обычно выбирают емкость конденсатора так, чтобы 1 о7,С»» —. В этом случае (2.137) принимает вид Мд х =оэ'Е|С-!. (2.139) ' Из (2.138) при заданных х, и' оэ, находят произведение;С. ение Е;С. В бор конкретных значений Еа и С производится из других ы о требований, предъявляемых к фильтру. Такими тре ми бованиями обычно являются обеспечение непрерывности тока (о или обеспечение минимума массы, габарита и стоимости. ряде В случаев при этом принимают во внимание факторы, учиты-, влияние параметров фильтуа на динамические и ревающие нап им амгу лиро ировочные характеристики преобзразователя, р ер .К ме дно-частотную и фазочастотную характеристики.

ро того, следует исключить возможность возникновени рез я' онансных явлений на частотах, близких к частоте пульсации. Для этого рекомендуется обеспечить соотнйпение о5„> 2оэв, (2.140), где о7 =1/ ~ЕЕС вЂ” собственная угловая частота фильтра. Из изложенного следует, что в общем случае выбор параметров Е н С при рассчитанном значении их произвед ЕхС является сложной многофакторной задачей, реше которой требует применения спещгальных методов о указанных параметров и может быть'реализовано с помо ЭВМ. Наиболее простым при проектировании с точки зре расчета Ео и С является требование по обеспечению непрер ности тока )ь характерное для фильтров мощных в телей. В этом случае Е, рассматривается как критическ чб значение индуктивности Ех„, обеспечивающее граничный непрерывный режим тока Для того чтобы выпрямленный ток Е не прерывался, необходимо выполнение условия 1~ 61о, (2.141) где 1х — постоянная составляющая выпрямленного тока.

Индуктивность, при которой имеет место граничный режим прерывистого и непрерывного токов (т. е. 1,— 1,„), называется критической Ех„. С учетом того, что обычно гоЕд,„~1/о7,С, индуктивность 1~, может быть определена согласйо (2.142) из следующей приближенной формулы: (2.142) в, 17~ Емкость С-фильтра определяется далее из рассчитанного по (2.139) произведения ЕхС. Полученные значения параметров фильтра проверяются из выполнения условия (2.140). В случае невыполнения этого условия следует увеличить емкость С. П-образный ЕС-фильтр (рис. 2.33, г) можно представить как составной, состоящий из С-фильтра н Г-образного ЕС- фильтра.

Общий коэффициент сглаживания всего фильтра можно представить как произведение коэффициентов сглаживания его звеньев зс зс ыаз, (2.143) где х„— коэффициент сглаживания С-фильтра; з,г- — коэффициент сглаживания ЕС-фильтра. Из сло4~ных фильтров рассмотрим фильтр с параллельной резонансной цепочкой (рис. 2.33, д).

Эта цепочка, состоящая из конденсатора с емкостью С и реактора с индуктивностью Е, настраивается в резонанс на основную гармонику пульсации (в общем случае резонансных цепочек может быть несколько, каждая из которых настроена на определенную гармонику пульсации). Резонанс на основной гармонике возникает при условии а~ =1/ 1Е„С .

При таком подборе параметров фильтра резонансная цепочка будет обладать активным сопротивлением Ао. Сопротивление Я можно рассчитать, зная добротность Д реактора Е и тайгенс угла диэлектрических потерь 185 конденсатора С,: ы,1., фб Яо= — '+ —. 12 оь Ср При высокой добротности реактора и малых потерях энергии в конденсаторе сопротивление Я становится незначительным и основная гармоника пульсации оказывается зашунтированной низкоомным сопротивлением. В результате 7 ЭЬ Зб58 97 этого большая часть напряжения пульсации будет приложена к индуктивности Ее, а меньшая — к нагрузке Яе. Коэффициент сглаживания такого фильтра с достаточной для практики степенью точности можно определить по формуле (2.145) Рис. 2.34.

Транзисторный песлелоаа тельный фильтр 98 Из (2.145) следует, что посредством использования резонансных цепочек можно получить достаточно большой коэффициент сглаживания. Однако подобного рода фильтры обладают рядом недостатков, основной из которых — необходимость подбора (илн подстройки) параметров С и 1 для достижения высокой эффективности фильтра. В маломощных выпрямителях помимо электрических реактивных фильтров иногда применяют электронные фильтры, в частности транзисторные.

Принцип действия такого фильтра основан на нелинейности вольт-амперных характеристик транзистора. Зависимость коллекторного тока 1с от напряжения эмиттер †коллект Уск такова, что транзистор обладает весьма большим сопротивлением переменному току '(большим динамическим сопротивлением). На рис. 2.34 приведена схема транзисторного П-образного фильтра. Первое звено фильтра представлено конденсатором Сйы а второе, Г-образное, состоит из транзистора тгТ и конденсатора Сйз. Ток коллектора транзистора определяется током эмиттера 1к.

Если последний поддерживается постоянным, то колебания входного напряжения, вызванные, например, пульсацией выпрямленного напряжения, не вызывают изменения 1с (следовательно, и напряжения на нагрузке), а приводят только к перемещению рабочей точки транзистора по пологой части его характеристики 1с =1 (11ск). Для того чтобы ток эммитера 1к не изменялся под воздействием пульсаций, в цепь транзистора введены сопротивление А, и конденсатор Сг.

Емкость конденсатора Сг выбирается достаточно большой, чтобы обеспечить постоянство тока 1к при воздействии пульсаций. Режим работы транзистора по постоянному току задается в схеме фильтра сокт противлением в цепи базы тТз. В рассмотренной схеме тран- зистор включен последователье,рт е л но с нагрузкой, но существуют ейт ~ также схемы с параллельным я включением транзистора, принцип действия которых также основан на нелинейности сопро-, тивления транзистора. Рис 2 35 Структурная схема активного фильтра Транзисторные фильтры целесообразно применять для сглаживания пульсаций низких частот в маломощных выпрямителях.

В этих случаях использование их может дать выигрыш в массе и габаритах выпрямительного устройства. Основными недостатками транзисторных фильтров по сравнению с обычными пассивными являются более высокая стоимость, трудность обеспечения защиты транзисторов в аварийных режимах и более низкая надежность. Существует также довольно обширный тип активных фильтров, принцип действия которых основан на подключении к выходу выпрямителя (или другого источника) генератора высших гармоник напряжения, генерируемых в противофазе с гармоническими составляющими пульсирующего напряжения. Структурная схема, поясняющая принцип действия этого класса фильтров, приведена на рис.

2.35. На выходе выпрямителя В напряжение содержит как постоянную Уе, так и переменную У составляющие. На выход выпрямителя одновременно поступает в противофазе переменное напряжение, вырабатываемое активным фильтром АФ( — (1 ). При равенстве переменных напряжений выпрямителя и фильтра на нагрузку Н поступит только постоянная составляющая 6'е. Функции активного фильтра может выпрлнять или усилитель мощности, на вход которого поступают'сигналы малой мощности с напряжением пульсации, илн генератор гармонических составляющих с амплитудами, равными амплитудам основных гармонических составляющих напряжения пульсации.

Выходная мощность активного фильтра определяется напряжением пульсации и током нагрузки. 2.7. РАБОТА ВЫПРЯМИТЕЛЯ ОТ ИСТОЧНИКА СОИЗМЕРИМОЙ МОЩНОСТИ В з 2.2 было показано, что выпрямители потребляют из ток питающей сети несинусондальный ток. Гармонический соста в ока зависит от схемы выпрямлення и параметров сглаживающего фильтра.

Например, гармонический состав потребляемого тока будет существенно различен для одной и той же схемы выпрямлення, работающей с разными типами фильтров: индуктивным или емкостным. 99 Если мощность сетевого генератора значительно (более чем на порядок) превышает мощность полностью загруженного выпрямителя, то несинусоидальность потребляемого им тока практически не сказывается на напряжении питающей сети. При соизмеримой мощности генератора и выпрямителя высшие гармоники тока вызывают искажения сетевого напряжения тем больше, чем ближе мощность нагрузки к мощности генератора.

Степень искажения напряжения (его несинусоидальность) оценивается обычно коэффициентом гармоник по напряжению Я из. 7с,п»» о'з (2.146) г»» т»» = »» е г,„+г,+Глх (2.147) „ где 1!з — амплитуда первой гармоники напряжения; ӄ— амплитуда высших (и-го порядка) гармоник. Значение коэффициента lс,п регламентируется стандартами на качество сетевого напряжения и, как правило, не должно превышать 5%. Увеличение искажений, связанное с ростом высших гармоник в сетевом напряжении, приводит к дополнительным потерям электроэнергии в реакторах и трансформаторах, кабельных соединениях, генераторе и вызывает сбои в работе электронной аппаратуры связи, автоматики, вычислительной техники и др.

Характеристики

Список файлов книги