Сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Качество работы радиотехнических устройств во многом определяется уровнем пульсаций тока источника питания. Для уменьшения пульсаций используются элементы, способные накапливать электромагнитную энергию, поступающую от выпрямителя в те отрезки времени, когда она нарастает, и отдавать ее, когда происходит ее уменьшение.

Рис. 6. Емкостная цепь

К простейшим сглаживающим устройствам относятся:

- емкостная цепь, когда конденсатор емкостью С включен параллельно нагрузке (рис. 6);

Рис. 7. Индуктивная цепь

- индуктивная цепь, когда катушка индуктивности с большим значением индуктивности L(дроссель) включена последовательно с сопротивлением нагрузки (рис. 7);

- комбинированные цепи, когда используются и конденсаторы, и дроссели.

RC-цепь (сглаживающий RC-филыпр). Рассмотрим работу емкостной цепи, которая включена в схему однополупериодного выпрямителя (рис. 8). На рис. 9 представлены временные диаграммы, поясняющие работу устройства. Пусть к моменту времени t1, конденсатор оказался заряженным до напряжения U1. В течение интервала времени t2-t1, напряжение вторичной обмотки трансформатора u2(t) больше, чем напряжение на конденсаторе UC, и анод вентиля положителен относительно катода. Вентиль пропускает ток i, часть которого iн ответвляется в нагрузку Rн, а часть представляет собой зарядный ток i3 конденсатора. Время заряда определяется величиной емкости конденсатора и сопротивлением открытого диода rд и примерно равно постоянной времени зарядной цепи:

RC-цепь (сzлаживающий RC-филыпр). Рассмотрим работу емкостной цепи, которая включена в схему однополупериодного выпрямителя (рис. 8). На рис. 9 представлены временные диаграммы, поясняющие работу устройства. Пусть к моменту времени t, конденсатор оказался заряженным до напряжения U1. В течение интервала времени t2 - t, на­пряжение вторичной обмотки трансформатора ггZ(t) больше, чем напря­жение на конденсаторе Uc, и анод вентиля положителен относительно

катода. Вентиль пропускает ток i, часть которого i„ ответвляется в на­

t2 - t1 ≈ τ3 = C rд.

Рис. 8. Емкостная цепь в
схеме однополупериодного
выпрямителя

Рис. 9. Временные диаграммы, поясняющие работу сглажива­ющей цепи: 1- положительный полупериод u2(t), 2 - uд, 3 - uн

Напряжение на заряжающемся конденсаторе UC и равное ему напряжение на нагрузке повышается вплоть до момента времени t2. При t > t2 напряжение u2(t) становится меньше, чем напряжение на конденсаторе UC, то есть потенциал анода вентиля оказывается более низким, чем потенциал катода. Вентиль прекращает проводить ток раньше, чем заканчивается положительный полупериод напряжения. Начиная с момента t2, в течение интервала t3t2 происходит разряд конденсатора через сопротивление нагрузки. На рис. 9 изображены напряжения на вторичной обмотке трансформатора u2(t), на вентиле uд и на нагрузке uн. Зарядный ток конденсатора имеет примерно такую же форму, что и ток вентиля, а разрядный - изменяется по экспоненте. Среднее за период значение тока через конденсатор в установившемся режиме равно нулю.

Если емкость конденсатора настолько велика, что постоянная времени разряда оказывается значительно больше периода изменения выпрямленного напряжения τ3=CRн>>Т, то конденсатор незначительно разряжается к моменту времени t3, начиная с которого процедура сглаживания повторяется. Это приводит к увеличению среднего значения (постоянной составляющей) и уменьшению пульсаций (переменной составляющей) напряжения на нагрузке.

Таким образом, сглаживающее действие RC-цепи заключается в том, что конденсатор, накопив энергию в электрическом поле за время заряда, разряжаясь, поддерживает ток через нагрузку и, следовательно, напряжение на ней в течение того промежутка времени, когда вентиль заперт.

В двухполупериодной схеме выпрямителя один цикл заряда и разряда конденсатора происходит не за период, а за каждую половину периода. Поэтому величина пульсаций напряжения будет меньше, чем в схеме однополупериодного выпрямителя.

Рис. 10. Индуктивная цепь в схеме однополупериодного
выпрямителя

RL-цепь (сглаживающий RL-фильтр). При работе выпрямителя на индуктивную нагрузку (рис. 10) необкодимо учесть, что возникающая ЭДС самоиндукции всегда препятствует изменению тока, протекающего в цепи.

Рис. 11. Однополупериодное выпрямление.
1 - положительные полупериоды входного напряжения;
2 - напряжение на нагрузке

Поэтому в момент открывания вентиля ток нарастает медленно из-за процесса накопления энергии в магнитном поле катушки индуктивности. При снижении напряжения на диоде ток некоторое время (промежуток t2t1 на рис. 11) продолжает расти за счет запасенной энергии.

Более того, ток через вентиль будет протекать в течение некоторой части отрицательного полупериода входного напряжения (промежуток t3t2). Это видно и из соотношения, определяющего напряжение на вентиле

uд = u2 – uL - uн

С увеличением индуктивности продолжительность прохождения тока через вентиль растет. Обычно для увеличения индуктивности в LR- фильтрах выпрямителей используют дроссели на магнитных сердечниках. Однако пульсации тока в однополупериодном выпрямителе остаются даже при очень больших значениях L, поэтому в таких выпрямителях чисто индуктивные фильтры не применяются.

Рис. 12. Двухполупериодное выпрямление. 1, 1' - положительные полупериоды входного напряжения на первой (VD1, VD3) и на второй (VD2, VD4) парах вентилей; 2 - напряжение на нагрузке

При двухполупериодном выпрямлении ток в нагрузке будет сглаживаться значительно сильнее. Ток в цепи к концу периода не спадёт до нуля, как это имеет место в схеме однополупериодного выпрямителя. Так как в момент смены знака входного напряжения открывается другая пара вентилей, то в катушке индуктивности возобновится процесс накопления энергии. В итоге - среднее значение тока через нагрузку увеличится, а пульсации уменьшатся. На рис. 12 проводится сравнение форм напряжения выпрямителя, работающего на активную нагрузку (1 и 1’) и на индуктивную (2).

Если сглаживание выпрямленного напряжения с применением RC- и RL-цепей недостаточно, то применяют более сложные цепи из комбинаций нескольких элементов L и С.

Эффективность работы сглаживающих устройств определяется по коэффициенту пульсаций (4) и коэффициенту сглаживания S (5), который находится из отношения коэффициента пульсаций без фильтра Р к коэффициенту пульсаций Рcr при наличии сглаживающего фильтра:

   S = Р/ Рcr .                                                                         (5)






Дата: 2019-02-02, просмотров: 217.