Для надёжной работы электронной аппаратуры, устройств автоматики и других потребителей выпрямленного тока необходимо ликвидировать пульсацию выпрямленного напряжения, так как повышенная пульсация создаёт дополнительные колебания, следовательно, и искажения в усилителях, ухудшает условия коммутации тока и увеличивает потери в двигателях. Поэтому на выходе всех выпрямителей устанавливают специальные устройства, называемыесглаживающими фильтрами,или реакторами (рис. 5.15).
Действие фильтра по уменьшению пульсации выходного напряжения характеризуется коэффициентом пульсации Кп, который определяется как отношение амплитуды основной гармоники пульсации U~1 к постояной составляющей Ud, т.е. q = U~1 / Ud. Пульсация напряжения на нагрузке характеризуется коэффициентом q1, который определяется соотношением амплитуды основной гармоники пульсации на нагрузке и выпрямленного напряжения т.е. qi = Ud~/UdR. Отношение значений q и qi определяет степень сглаживания выпрямленного напряжения и называется коэффициентом сглаживания фильтра S = q / q1.
Ослабляя переменную составляющую, сглаживающий фильтр уменьшает постоянную составляющую. Чем меньше степень уменьшения постоянной составляющей при неизменном ослаблении переменной, тем качественнее фильтр.
Для практических целей используют в основном два вида фильтров: ёмкостный и индуктивный.
Ёмкостный фильтр (рис. 5.16) — это конденсатор Сф, включённый параллельно нагрузочному сопротивлению Rd. Шунтируя нагрузку малым внутренним сопротивлением Хс Rd, для переменной составляющей тока id = ic создаётся дополнительное падение напряжения Dud, что приводит к сглаживанию напряжения. Можно считать в этом случае, что постоянная составляющая проходит через сопротивление Rd нагрузки, а переменная составляющая через конденсатор.
Индуктивный фильтр (рис. 5.17) — это дроссель, включаемый последовательно с нагрузкой, имеющий индуктивность Lф и большое сопротивление для переменной составляющей xL =а>w1Lф. Поэтому на индуктивном сопротивлении происходит большое падение напряжения от переменной составляющей а на сопротивлении нагрузки напряжение переменной составляющей будет незначительным.
Наиболее целесообразно индуктивный фильтр применять в выпрямительных устройствах средней и большой мощности, у которых сопротивление нагрузки мало. Ёмкостный фильтр применяют, когда сопротивление нагрузки велико.
Для получения ещё меньшего коэффициента пульсации q, когда нет возможности для использования конденсаторов или дросселей из-за больших их размеров, применяют более сложные Г-образные или П-образные фильтры. Г-образный фильтр типа RС состоит из активного сопротивления R, включённого последовательно с нагрузкой Rd, и ёмкости С, включённой параллельно нагрузке. Эти фильтры имеют небольшие размеры, массу и стоимость, просты в исполнении, но имеют потери мощности на сопротивлении R. П-образный фильтр представляет собой последовательное включение ёмкостного и Г-образного фильтров (рис. 5.18).
Коммутация в выпрямителях
Процесс перехода тока от одной ветви схемы к другой в результате чего меняется контур электрического тока, называется коммутацией. Выше выпрямители рассмотрены без учета влияния на их работу анодной индуктивности La. При этом допущении происходит мгновенное переключение тока. Учтем влияние анодной индуктивности на коммутацию в трехфазных выпрямителях. Во внекоммутационный интервал в трехфазных схемах ток проводит один диод в трехпульсовой схеме, два диода в шестипульсовых и четыре диода в двенадцатипульсовых схемах. Переключение диодов происходит поочередно в строго определенной последовательности. Наличие анодной индуктивности задерживает выключение диода, выходящего из цепи тока, и обуславливает появление интервала коммутации, называемого углом коммутации. Данный интервал обозначается у и измеряется в электрических градусах. На интервале коммутации одновременно проводят ток диоды, аноды или катоды которых объединены в общую точку, а другие выводы связаны с разными фазами трансформатора. Ком мутация сопровождается коротким внутренним междуфазным замыканием. Возникающий ток короткого замыкания 'к вычитается из тока диода, выходящего из работы, и прибавляется к току диода, вступающего в работу.