Как уменьшить пульсацию выпрямленного напряжения

Напряжение, получаемое от выпрямителей, является не постоянным, а пульсирующим. Оно состоит из постоянной и переменной составляющих. Чем больше переменная составляющая по отношению к постоянной, тем больше пульсация и хуже качество выпрямленного напряжения.

Переменная составляющая формируется гармониками. Частоты гармоник определяются равенством

где k – номер гармоники, k = 1, 2, 3, …, m – количество пульсов выпрямляемого напряжения, f – частота напряжения сети.

Качество выпрямленного напряжения оценивается коэффициентом пульсации p , который зависит от среднего значения выпрямленного напряжения и амплитуды основной гармоники в нагрузке.

Порядок гармонических составляющих n = km, содержащихся в кривой выпрямленного напряжения, зависит лишь от числа пульсов и не зависит от конкретной схемы выпрямителя. Гармоники минимальных номеров имеют наибольшую амплитуду.

Действующее значение напряжения гармонической составляющей порядка n зависит от среднего значения выпрямленного напряжения Ud идеального нерегулируемого выпрямителя:

В реальных схемах переход тока с одного диода на другой происходит в течение некоторого конечного промежутка времени, измеряемого долями периода переменного напряжения и называемого углом коммутации . Наличие углов коммутации существенно увеличивает амплитуду гармоник. В результате растут пульсации выпрямленного напряжения .

Переменная составляющая выпрямленного напряжения, состоящая из гармоник низкой и высокой частоты, создает в нагрузке переменный ток, который оказывает мешающее воздействие на другие электронные устройства.

Для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения между выходными зажимами выпрямителя и нагрузкой включают сглаживающий фильтр , который значительно ослабляет пульсацию выпрямленного напряжения за счет подавления гармоник.

Основными элементами сглаживающих фильтров являются катушки индуктивности (дроссели) и конденсаторы, а при небольших мощностях и транзисторы.

Работа пассивных фильтров (без транзисторов и других усилителей) основана на зависимости от частоты величины сопротивления реактивных элементов (катушки индуктивности и конденсатора). Реактивные сопротивления катушки индуктивности X l и конденсатора X c : X l = 2πfL, X c = 1/2πfC,

где f – частота тока, протекающего через реактивный элемент, L – индуктивность дросселя, С – eмкость конденсатора.

Из формул для сопротивления реактивных элементов следует, что с увеличением частоты тока сопротивление катушки индуктивности (дросселя) растёт, а конденсатора уменьшается. Для постоянного тока сопротивление конденсатора равно бесконечности, а катушки индуктивности – нулю.

Отмеченная особенность позволяет катушке индуктивности беспрепятственно пропускать постоянную составляющую выпрямленного тока и задерживать гармоники. Причём, чем больше номер гармоники (выше её частота), тем эффективней она задерживается. Конденсатор наоборот полностью задерживает постоянную составляющую тока и пропускает гармоники.

Основным параметром, характеризующим эффективность работы фильтра, является коэффициент сглаживания (фильтрации)

где p1 – коэффициент пульсации на выходе выпрямителя в схеме без фильтра, p2 – коэффициент пульсации на выходе фильтра.

На практике применяются пассивные Г-образные, П-образные и резонансные фильтры. Наиболее широко используются Г-образные и П-образные, схемы которых приведены на рисунке 1

Рисунок 1. Схемы пассивных сглаживающих Г-образного (a) и П-образного (б) фильтров для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения

Исходными данными для расчёта индуктивности дросселя фильтра L и ёмкости конденсатора фильтра C являются коэффициент пульсации выпрямителя, вариант схемного решения, а также требуемый коэффициент пульсации на выходе фильтра.

Расчёт параметров фильтра начинают с определения коэффициента сглаживания. Далее необходимо произвольно выбрать схему фильтра и емкость конденсатора в ней. Ёмкость конденсатора фильтра выбирают из ряда ёмкостей, приведённого ниже.

На практике используют конденсаторы следующих ёмкостей: 50, 100, 200, 500, 1000, 2000, 4000 мкФ. Меньшие значения ёмкостей из этого ряда целесообразно применять при больших рабочих напряжениях, а большие ёмкости – при невысоких напряжениях.

Индуктивность дросселя в Г-образной схеме фильтра можно определить из приближённого выражения

для П-образной схемы –

В формулы ёмкость подставляется в микрофарадах, а результат получается в генри.

Фильтрация пульсаций выпрямленного напряжения

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Назовите и объясните способы снижения пульсации выпрямленного напряжения(тока).

— Напряжение, получаемое от выпрямителей, является не постоянным, а пульсирующим. Оно состоит из постоянной и переменной составляющих. Чем больше переменная составляющая по отношению к постоянной, тем больше пульсация и хуже качество выпрямленного напряжения.

В реальных схемах переход тока с одного диода на другой происходит в течение некоторого конечного промежутка времени, измеряемого долями периода переменного напряжения и называемого углом коммутации. Наличие углов коммутации существенно увеличивает амплитуду гармоник. В результате растут пульсации выпрямленного напряжения.

Переменная составляющая выпрямленного напряжения, состоящая из гармоник низкой и высокой частоты, создает в нагрузке переменный ток, который оказывает мешающее воздействие на другие электронные устройства.

Для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения между выходными зажимами выпрямителя и нагрузкой включают сглаживающий фильтр, который значительно ослабляет пульсацию выпрямленного напряжения за счет подавления гармоник.

Основными элементами сглаживающих фильтров являются катушки индуктивности (дроссели) и конденсаторы, а при небольших мощностях и транзисторы.

Сглаживающие фильтры предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Сглаживание пульсаций оценивают коэффициентом сглаживания q.

Основными элементами сглаживающих фильтров являются конденсаторы, катушки индуктивности и транзисторы, сопротивление которых различно для постоянного и переменного токов.

В зависимости от типа фильтрующего элемента различают емкостные, индуктивные и электронные фильтры. По количеству фильтрующих звеньев фильтры делятся на однозвенные и многозвенные.

Емкостной фильтр представляет собой конденсатор большой емкости, который включается параллельно нагрузочному резистору Rн. Конденсатор обладает большим сопротивление постоянному току и малым сопротивлением переменному току. Рассмотрим работу фильтра на примере схемы однополупериодного выпрямителя.

Индуктивный фильтр (дроссель) включается последовательно с Rн (рис. 3, а). Индуктивность обладает малым сопротивлением постоянному току и большим переменному. Сглаживание пульсаций основывается на явлении самоиндукции, которая изначально препятствует нарастанию тока, а затем поддерживает его при уменьшении (рис. 2, б).

Рисунок 2 — Однофазный однополупериодный выпрямитель с индуктивным фильтром: а) схема, б) временные диаграммы работы

Индуктивные фильтры применяют в выпрямителях средней и большой мощностей, т. е. в выпрямителях, работающих с большими токами нагрузки.

Коэффициент сглаживания определяется по формуле: q = 2π fс m Lф /Rн

Работа емкостного и индуктивного фильтра основана на том, что во время протекания тока, потребляемого из сети, конденсатор и катушка индуктивности запасают энергию, а когда тока от сети нет, либо он уменьшается, элементы отдают накопленную энергию, поддерживая ток (напряжение) в нагрузке.

Билет №7

Приведите примеры всех известных Вам видов тока. На какой основной элемент системы электроснабжения они влияют?

Постоянным током называется электрический ток, который не изменяется во времени по направлению. Источниками постоянного тока являются гальванические элементы, аккумуляторы и генераторы постоянного тока.

Переменным называется электрический ток, величина и направление которого изменяются во времени. Область применения переменного тока намного шире, чем постоянного. Это объясняется тем, что напряжение переменного тока можно легко понижать или повышать с помощью трансформатора, практически в любых пределах. Переменный ток легче транспортировать на большие расстояния.

Объясните, в каких случаях нейтральная точка трехфазного электроприемника на векторной диаграмме находится вне векторного треугольника межфазных напряжений. Какую опасность для человека создает такой режим?

При обрыве фазы “а” нейтральная точка n смещает на сторону равностороннюю, которая находится напротив оборванной фазы, в результате N и n и появляются UnN

Нейтральная точка при реактивном движении может находится за пределами треугольника межфазных напряжений.

В трехфазной в трехпроводной сети, с несимметричным трехфазным потребителем, соединенным по схеме “звезда” появляется _n, т.к. n находится не в геометрическом центре равностороннего векторного треугольника линей напряжений, а “плавает ” внутри этого векторного треугольника при несимметричной активной нагрузке или “вываливается”, даже из этого векторного треугольника, при появлении реактивных элементов в любой фазе несимметричного трехфазного потребителя.

Для обеспечения симметрии фазных напряжений в несимметричном трехфазном ЭП, соединенным по схеме “звезда”, нужно “привязать ” точку n, которая всегда находится в центре треугольника линейных напряжений, эту “привязку” обеспечивает четвертый провод N, который называется нейтральным или нулевым.

Источник

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

Как уменьшить пульсацию выпрямленного напряжения

Напряжение, получаемое от выпрямителей, является не неизменным, а пульсирующим. Оно состоит из неизменной и переменной составляющих. Чем больше переменная составляющая по отношению к неизменной, тем больше пульсация и ужаснее качество выпрямленного напряжения.

Переменная составляющая формируется гармониками. Частоты гармоник определяются равенством

где k – номер гармоники, k = 1, 2, 3, …, m – количество пульсов выпрямляемого напряжения, f – частота напряжения сети.

Качество выпрямленного напряжения оценивается коэффициентом пульсации p , который находится в зависимости от среднего значения выпрямленного напряжения и амплитуды основной гармоники в нагрузке.

Порядок гармонических составляющих n = km, содержащихся в кривой выпрямленного напряжения, зависит только от числа пульсов и не находится в зависимости от определенной схемы выпрямителя. Гармоники малых номеров имеют самую большую амплитуду.

Действующее значение напряжения гармонической составляющей порядка n находится в зависимости от среднего значения выпрямленного напряжения Ud безупречного нерегулируемого выпрямителя:

В реальных схемах переход тока с 1-го диодика на другой происходит в течение некого конечного промежутка времени, измеряемого толиками периода переменного напряжения и именуемого углом коммутации . Наличие углов коммутации значительно наращивает амплитуду гармоник. В итоге вырастают пульсации выпрямленного напряжения .

Переменная составляющая выпрямленного напряжения, состоящая из гармоник низкой и высочайшей частоты, делает в нагрузке переменный ток, который оказывает мешающее воздействие на другие электрические устройства.

Для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения меж выходными зажимами выпрямителя и нагрузкой включают сглаживающий фильтр , который существенно ослабляет пульсацию выпрямленного напряжения за счет угнетения гармоник.

Основными элементами сглаживающих фильтров являются катушки индуктивности (дроссели) и конденсаторы, а при маленьких мощностях и транзисторы.

Работа пассивных фильтров (без транзисторов и других усилителей) базирована на зависимости от частоты величины сопротивления реактивных частей (катушки индуктивности и конденсатора). Реактивные сопротивления катушки индуктивности X l и конденсатора X c : X l = 2πfL, X c = 1/2πfC,

где f – частота тока, протекающего через реактивный элемент, L – индуктивность дросселя, С – eмкость конденсатора.

Из формул для сопротивления реактивных частей следует, что с повышением частоты тока сопротивление катушки индуктивности (дросселя) растёт, а конденсатора миниатюризируется. Для неизменного тока сопротивление конденсатора равно бесконечности, а катушки индуктивности – нулю.

Отмеченная особенность позволяет катушке индуктивности беспрепятственно пропускать постоянную составляющую выпрямленного тока и задерживать гармоники. Причём, чем больше номер гармоники (выше её частота), тем эффективней она задерживается. Конденсатор напротив стопроцентно задерживает постоянную составляющую тока и пропускает гармоники.

Главным параметром, характеризующим эффективность работы фильтра, является коэффициент сглаживания (фильтрации)

где p1 – коэффициент пульсации на выходе выпрямителя в схеме без фильтра, p2 – коэффициент пульсации на выходе фильтра.

На практике используются пассивные Г-образные, П-образные и резонансные фильтры. Более обширно употребляются Г-образные и П-образные, схемы которых приведены на рисунке 1

Набросок 1. Схемы пассивных сглаживающих Г-образного (a) и П-образного (б) фильтров для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения

Начальными данными для расчёта индуктивности дросселя фильтра L и ёмкости конденсатора фильтра C являются коэффициент пульсации выпрямителя, вариант схемного решения, также требуемый коэффициент пульсации на выходе фильтра.

Расчёт характеристик фильтра начинают с определения коэффициента сглаживания. Дальше нужно произвольно избрать схему фильтра и емкость конденсатора в ней. Ёмкость конденсатора фильтра выбирают из ряда ёмкостей, приведённого ниже.

На практике употребляют конденсаторы последующих ёмкостей: 50, 100, 200, 500, 1000, 2000, 4000 мкФ. Наименьшие значения ёмкостей из этого ряда целенаправлено использовать при огромных рабочих напряжениях, а огромные ёмкости – при низких напряжениях.

Индуктивность дросселя в Г-образной схеме фильтра можно найти из приближённого выражения

для П-образной схемы –

В формулы ёмкость подставляется в микрофарадах, а итог выходит в генри.

Школа для электрика

Фильтрация пульсаций выпрямленного напряжения

Источник