Схема, принцип действия, области применения, достоинства и недостатки индуктивных фильтров.

Для выпрямителей средней и большой мощности применяются индуктивные фильтры, обеспечивающие непрерывность тока в цепи нагрузки и благоприятный режим работы для вентилей выпрямителя.

Принцип действия индуктивных фильтров основан на создании в обмотках дросселя, включенных последовательно в цепь нагрузки, противоэдс самоиндукции, препятствующей изменению тока в цепи. Уменьшение относительных изменений переменной составляющей тока в цепи вызывает уменьшение относительных изменений пульсаций напряжения на режимах нагрузки.

Для лучшего сглаживания пульсаций необходимо, чтобы индуктивное сопротивление дросселя было значительно больше, чем сопротивление нагрузки.

Так как дроссель и последовательно включённая с ним нагрузка образуют для переменной составляющей делитель напряжения, то при выполнении условия переменное напряжение на зажимах нагрузки будет значительно меньше, чем напряжение на зажимах дросселя.

Активное сопротивление дросселя обычно намного меньше сопротивления нагрузки, в связи с чем активным падением напряжения на дросселе можно пренебречь и считать, что постоянная составляющая напряжения на выходе фильтра равна постоянной составляющей на его входе.

Основными недостатками индуктивных фильтров являются изменение сглаживающего действия при изменении тока нагрузки и возможность появления перенапряжений в схеме при обрыве цепи нагрузки или резком уменьшении тока в цепи за счёт эдс самоиндукции дросселя.

 

 

37. Принципы построения, достоинства и недостатки сложных многозвенных и резонансных фильтров.

Сложные многозвенчатые фильтры:

Более эффективно сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется при помощи фильтров, составленных из последовательно соединенных Г – или П – образных звеньев. В качестве элементов этих звеньев используются конденсаторы, дроссели и резисторы.

Параметры элементов Г – образного фильтра выбираются таким образом, чтобы последовательно включенные с источником элементы имели большое сопротивление для переменной составляющей тока и малые сопротивления для постоянной составляющей. В качестве последовательно включаемых элементов на практике обычно используют дроссель, а для маломощных потребителей резистор.

Элементы фильтра, включаемые параллельно нагрузке, должны иметь малые сопротивления для переменной составляющей тока и большие сопротивления для постоянной составляющей. В качестве параллельно включаемых элементов обычно используют конденсатор.

Если необходимо получить высокий коэффициент фильтрации напряжения, то обычно применяют многозвенные фильтры. В многозвенных фильтрах элементы отдельных звеньев подбирают таким образом, чтобы каждое последующее звено не влияло на работу предыдущего.

Если многозвенный фильтр составлен из последовательно соединенных LC – фильтров, то необходимо, чтобы сопротивление дросселя последующего звена значительно превышало сопротивление конденсатора предыдущего звена, а сопротивление нагрузки было значительно больше сопротивления конденсатора для основной гармоники пульсаций. При выполнении этих условий коэффициент фильтрации многозвенного фильтра определяется как произведение коэффициентов фильтрации отдельных звеньев.

Многозвенные фильтры обычно выполняют из дросселей и конденсаторов одного типа.

В П – образном фильтре, который обычно применяется для нагрузок малой мощности, первым звеном является конденсатор С, а вторым звеном – Г– образный LC – или RC– фильтр.

В многозвенных фильтрах вопрос о выборе числа необходимых звеньев решается с учетом экономических показателей.

Резонансные фильтры:

При необходимости фильтрации напряжения выпрямителя от определенных гармоник применяют резонансные фильтры. Достоинствами резонансных фильтров является их большая компактность и меньшая стоимость в сравнении с обычными LC – фильтрами.

По принципу действия резонансные фильтры делятся на два типа:

1. фильтры-пробки (резонанс токов);

2. режекторные фильтры (резонанс напряжений).

Фильтры-пробки обычно используются вместо дросселя в LC – фильтре (б).

Применяя цепочку фильтров-пробок, настроенных каждая в резонанс на определенную гармонику, можно осуществить фильтрацию нескольких гармоник.

Режекторные фильтры (в, г) обычно используются в Г – образных фильтрах вместо конденсатора для фильтрации определенной гармоники.

Для высокой фильтрации определенной гармоники используют фильтр-пробку и режекторный фильтр совместно (д).

К недостаткам резонансных фильтров можно отнести необходимость индивидуальной настройки каждого фильтра и снижение коэффициента фильтрации при изменении частоты внешнего источника питания.

 

 

38. Основные схемы построения, принцип действия, области применения, достоинства и недостатки электронных фильтров.

В источниках электропитания небольшой мощности в последнее время все большее применение находят полупроводниковые фильтры, достоинствами которых являются малый вес и габариты и отсутствие магнитных полей рассеяния, которые приводят к увеличению помех радиоприему.

По применяемым схемным решениям полупроводниковые сглаживающие фильтры подразделяются на схемы с последовательным (а) или с параллельным (б) регулирующим транзистором.

В последовательных транзисторных фильтрах переменная составляющая выпрямленного напряжения падает на коллекторном переходе транзистора, т. к. рабочая точка транзистора выбирается на пологом участке характеристики. Поэтому величина среднего значения коллекторного напряжения должна быть выбрана так, чтобы разность среднего значения коллекторного напряжения и амплитуда пульсации были больше минимально допустимого значения коллекторного напряжения.

Величина коллекторного напряжения транзистора зависит от тока базы, протекающего через сопротивление базы. При увеличении тока нагрузки, увеличивается ток базы.

Соответственно, для увеличения коэффициента сглаживания транзисторного фильтра сопротивление базы транзистора должно быть небольшим.

Кроме статического коэффициента усиления транзистора на величину коэффициента сглаживания пульсаций транзисторного фильтра также оказывают влияние соотношение входного сопротивления транзистора и сопротивления конденсатора.

В схемах с последовательным включением транзистора через транзистор протекает весь ток нагрузки, что требует использования транзисторов большой мощности, в связи с чем, на практике они применяются редко.

Большее распространение получили схемы сглаживающих фильтров с параллельным включением регулирующих транзисторов. В этом случае даже при больших токах нагрузки может быть применён относительно маломощный транзистор. Для уменьшения потерь мощности на транзисторе, последовательно с нагрузкой включается гасящее сопротивление колектора. Однако, это приводит к уменьшению кпд выпрямителя.

Важным достоинством сглаживающих фильтров с параллельным включением регулирующих транзисторов является то, что они сохраняют работоспособность питаемого устройства даже при выходе из строя транзистора.

Основным недостатком электронных фильтров является возможность их использования лишь при потребителях, некритичных к изменению постоянной составляющей выходного напряжения.

 

 

Назначение, классификация статических преобразователей частоты. Достоинства и недостатки различных вариантов СПЧ.

 

Одним из наиболее распространенных способов преобразования электроэнергии по частоте и величине напряжения является применение статических преобразователей частоты (СПЧ), выполненных на основе полупроводниковых приборов. Основными достоинствами СПЧ являются: широкий диапазон частот преобразованного напряжения с возможностью его плавной регулировки; высокий кпд преобразования; надежность и хорошие эксплуатационные качества.

По способам преобразования первичной электроэнергии СПЧ разделяются на преобразователи со звеном постоянного тока или выпрямительно-инверторные и на преобразователи с непосредственной связью питающей сети и нагрузки (НПЧ). НПЧ могут выполняться как с естественной коммутацией вентилей (ЕК), так и с искусственной коммутацией (ИК).

Назначение: преобразование электроэнергии по частоте и величине напряжения

Классификация: по способам преобразования первичной электроэнергии СПЧ разделяются на преобразователи со звеном постоянного тока или выпрямительно-инверторные и на преобразователи с непосредственной связью питающей сети и нагрузки (НПЧ). НПЧ могут выполняться как с естественной коммутацией вентилей (ЕК), так и с искусственной коммутацией (ИК).

Достоинства НПЧ ЕК:

ü высокий кпд, благодаря однократному преобразованию электроэнергии;

ü возможность двустороннего обмена электрической энергией между питающей сетью и нагрузкой, что позволяет преобразователю работать на любой тип нагрузки;

ü относительная простота силовых схем преобразователя;

ü естественная коммутация вентилей.

Недостатки НПЧ ЕК: низкий коэффициент мощности и ограничение верхнего предела частоты выходного напряжения.