Сглаживающие фильтры. Для уменьшения уровня пульсаций (переменной доставляющей) выходного напряжения выпрямителя используются реактивные фильтры

Для уменьшения уровня пульсаций (переменной доставляющей) выходного напряжения выпрямителя используются реактивные фильтры. Сглаживающие фильтры включаются между выпрямителем и нагрузкой и характеризуются коэффициентом сглаживания:

, (4)

где , – коэффициенты пульсаций на входе и выходе фильтра соответственно.

Сглаживающие фильтры запасают энергию в моменты времени, когда напряжение на их входе максимально, и отдают её при уменьшении выпрямленного напряжения. Накопление (запасание) энергии можно осуществить лишь в реактивных элементах (катушках индуктивности или конденсаторах), поэтому фильтры реализуются из различного числа элементов, в зависимости от требований к . Коэффициент сглаживания (и габаритно-массовые показатели фильтра) зависит от схемы фильтра, требований к _, величины , , а также от , т.е. от схемы выпрямления. Выпрямители без фильтров используются в случаях, когда пульсации выпрямленного напряжения не сказываются на работе устройств, например для питания электродвигателей, реле, электромагнитов, гальванических ванн и т.д. Схемы наиболее широко используемых фильтров приведены на рисунке 6.

Рисунок 5 – Схема мостового выпрямителя (а) и временные диаграммы (б)

Рисунок 6 – Схемы фильтров: а - емкостного; б – индуктивного; в, г – Г-образных RC и LC; д, е – П-образных CLC и CRC

В устройствах малой и средней мощности используются фильтры, начинающиеся с емкости. Емкость конденсатора фильтра выбирают из условия

,

где – емкостное сопротивление конденсатора для первой гармоники выпрямленного напряжения. Поэтому ток вентиля в основном определяется скоростью изменения преобразуемого напряжения и емкостью и может значительно превосходить номинальный ток нагрузки (обычно ). С целью ограничения максимального значения тока между выпрямителем и конденсатором фильтра включается резистор (рисунок 6, в). Включение несколько уменьшает КПД и напряжение на нагрузке.

При индуктивном характере нагрузки (индуктивность включена последовательно с нагрузкой, рисунок 6, б) ЭДС самоиндукции противодействует изменению тока нагрузки. Индуктивность фильтра выбирают из условия , а так как , такие фильтры целесообразно использовать при больших токах нагрузки .

В выпрямителях малой мощности, как правило, используются фильтры, начинающиеся с емкости. Внешняя характеристика выпрямителя менее жесткая, чем при работе на активно-индуктивную нагрузку. При работе на индуктивность внешняя характеристика более стабильна и вентили не подвергаются перегрузке по току.