Сглаживающие ф-ры, ФНЧ как 4х полюсник

Сглаживающий ф-р предназначен для подавления переменных составляющих выпр-го напряжения, те это ф-р нижних частот (ФНЧ). Типовая частотная хар-ка для LC ф-ра на рис.41. ФНЧ пропускает в нагрузку низкие частоты от постоянной составляющей w₁=0 до w₂(полоса прозрачности)=wс. При w>wс наступает полоса затухания. Для ФВЧ импульсного выпр-ля w_c<0,5w_k, w_k=2πf_c частота коммутации ключа импульсного преобразователя. ФНЧ можно представить как 4хполюсник рис 48. на входе постоянной составляющей U₀₁, u~U_m1 , на выходе постоянной составляющей U_02, U_m2. Эквивалентное сопр Z₂э для LC ф-ра, Z₂ сопр конденсатора для LC ф-ра, Z₁ сопр дросселя. В схеме рис 48 все элементы частотно зависимы. Поэтому коэфф передачи тоже зависит от частоты и представляет собой АЧХ A(w). Для постоянной составляющей коэфф передачи А₀ определяется как отношение напряжения на выходе и на входе. В общем случае 4хполюсник описывается передаточной ф-ей , где -ФЧХ. Передаточную ф-ию можно записать в операторном виде H(p). Для LC ф-ра , , , , где - постоянная времени, - коэфф затухания, собственная частота LC ф-ра, должна быть ниже частоты первой гармоники. Тогда для всех k=1… ф-р представляет собой индуктивное сопр и обладает эффектом сглаживания. Знаменатель передаточной ф-ии H(p) определяет порядок ф-ра. При наличие 1-го реактивного элемента имеем 1 порядок. Чем больше порядок, тем больше реактивных элементов имеет ф-р (L и С). При этом ухудшается условие для обеспечения динамической устойчивости уст-ва, в каждом работает ф-р и обеспечения качества переходных процессов ( они возникают при воздействие на уст-ва возмущающее воздействие). Например, в виде скачков U и I при коммутации элементов схемы, входного U,I нагрузки и тд.

23

Осбенности выполения дросселя

Коэфф сглаживания –это основной параметр ФНЧ. Он определяется сглаживанием коэфф пульсаций на входе к коэфф пульсаций на выходе ф-ра. , . По постоянной составляющей , тогда коэфф сглаживания . Т.о фильтрующие св-ва ф-ра ФНЧ определяются его характеристическим полиномом, те знаменателем передаточной ф-ии. Если , то коэфф сглаживания оказывает во сколько раз ф-р должен ослабить 1-ую гармонику переменной составл выпр-го напряжения . Величина известна, если известна схема выпр-ия. Величина задается потребителем. Например: для аналоговых систем норма пульсаций при частотах до 300Гц и составляет 250мВ, а при частотах выше 300Гц – 15мВ. Для цифровых систем устанавливаются нормы на max значение амплитуды пульсаций. Например, 50мВ. Допустимое псофометрическое значение пульсаций обычно 2мВ.

Коэф-т полезного дейсвия

С другой стороны КПД рано . Чтобы увеличить КПД, необходимо снижать Z1, т.е. желательно ис-ть дроссель с малым активным R Rдр. Особенности выполнения дросселя рис42. Дроссель представляет собой феррромаг-й сердечник с намотанной на него обмоткой. На графике маг-х хар-к показано, что при наличии постоянной составляющей тока обмотки рабочая т. смещается в т. О^,. По кривой намаг-ия. ∆Н поадает в об-ть намаг-я сердечника, ∆В уменьшается, след0но умеешь-ся маг-я проницаемость μ. Величина Ддр прямопропорцианольно μ, она снижается, сглаживающиеся действия дросселя ослабевают. Если в сердечнике сделать зазор магнито провода, то рабочая точка будет принадлежать другой хар-ке намаг-я т. О^». ∆В возрастает, μ-возрастает, св-ва дросселя восстанавливаются.

24

Г-образный RC ф-р

Рис 43. здесь выпр-ль работает на емкост-ой нагрузке, поэтому фильтр применяется в слаботочных цепях. Достоинсво фильтров - малые габариты. R фильтра влияет на коэф-т сглаживания. Коэф-т сглаживания зависит от Rф. Чем > Rф тем >Q, но в то же время снижается КПД. , поэтому резистор понижают при расчете Rф выпрямителя.

Г- образный LC ф-р

Рис 44.

Наиболее распрастраненный тип фильтров. Переменное U на его вых U_m2 зависит от падения и на эквивалентном R-Z_2э, к-е состоит из параллельно соединенных Rн и Сф. Чтобы получить U_m2 необходимо, чтобы Х_L было велико для переменной составляющей, а Хс-мало.

, . Коэфф сглаживания определяется как . Значение выбираются из . Сначала определяют из расчета ,а потом определяют и обеспечивают заданное . Кпд ф-ра определяется , где . Характеристическое р-ие имеет 2-й порядок и ф-р представляет собой колебательный контур поэтому возможно возникновение резонанса на частоте пульсаций , где . Условие отсутствия резонанса – собственная частота . Это условие всегда выполняется при >3.

25

Резонансные ф-ры

Рис 45. Он состоит из элементов L₁, С_1. Сглаживающее действие обеспечивается резонансом тока .Собственная частота должна быть =1ой гармоники пульсаций выпр-го напряжения, тогда сопр контура L₁, С₁ пропорционально переменному току на частоте = становится гораздо больше чем если бы был один дроссель. Кроме того это сопр чисто активное , те реактивную энергию этот контур не потребляет. Переменная составл , на к-ю настроен фильтр , почти полностью выделяется на контуре и . Но для высших гармоник контур представляет собой сравнительно малое сопр . Для их подавления параллельно ставят конденсатор ф-ра .

Резонанс напряжения: последовательный резонансный контур L₂, С₂ . Здесь используются резонанс напряжений рис 47. Контур также настраивается на частоту основной гармоники выпр-го напряжения. Сопр контура L₂, С₂ тоже чисто активное , где определяют из условия резонанса , , . учитывает сопр обмотки дросселя, активные потери сердечника дросселя и активное сопр С₂ . Если L₂ возрастает, то тоже возрастает. Но можно повысить если снижать. Поэтому в данном случае катушку без сердечника.

26

Многозвенные ф-ры

Рис 49. Они применяются, когда надо получить высокий - коэф-т сглаживания. Обычно ис-ют Г-образный LC ф-р, причем индуктивности и емкости одинаковые .Коэф-т сглаживания определяется произведением , где n-число звеньев. Если звенья одинаковые, то определятся звена, или для нашего случая . Для выпр-ей малой мощности однозвенного ф-ра , а для мощных . Кол-во звеньев можно определить из условия min суммарных значений L + С. Следует учитывать, с увеличением n, порядок характеристического уравнения возрастает, сложнее обеспечить устойчивость и качество переходных процессов. Поэтому q= 2, но не более 3.

П- образный LC ф-р

Рис50.

Его можно представить как 2х звенный, 1-е звено , а второе . - сопр фазы выпр-ля. Коэфф пульсаций на входе ф-ра определяется схемой выпр-ля, который работает на емкостную нагрузку. Коэфф сглаживания определяется из соотношения , где H-параметр выпр-ля, который определяется графически. Т.к. выпрям-ль работает на емкость, дроссель не имеет min значения индуктивности и этот фильтр ис-ся при малых токах, след-но такой фильтр может быть малогаборитным.

27