1.7.2 Резонансные фильтры

Резонансные фильтры обладают высокими коэффициентами фильтрации для определенных гармоник. Они основаны на явлениях резонанса токов – фильтры пробки и резонанса напряжений ‑ режекторные фильтры. Резонансные фильтры имеют значительно меньшие массогабаритные показатели и более дешевы по сравнению с обычными LC фильтрами.

Фильтры пробки, рисунок 1.7.3, включают вместо дросселя в LC фильтре.

Рис. 1.7.3

Коэффициент фильтрации такого фильтра для любой гармоники:

,

где q – номер гармоники; R_L и R_C – активные сопротивления, учитывающие потери в дросселе и конденсаторе резонансного контура.

Применяя цепочку фильтров пробок, каждый из которых настроен в резонанс на определенную гармонику, осуществляют фильтрацию нескольких гармоник.

Режекторные фильтры, рисунок 1.7.4, широко применяются для сглаживания пульсаций в мощных выпрямительных установках. Каждый из параллельно включенных резонансных контуров настраивается в резонанс на

Рис. 1.7.4

частоте определенной гармоники. При этом его сопротивление для данной гармоник оказывается чисто активным (например Z₁=R₁=R_L1+R_C1) и незначительным. Напряжение соответствующей гармоники на нагрузке практически отсутствует и прикладывается к дросселю L. Конденсатор C₀ служит для фильтрации тех гармоник, для которых нет резонансных контуров.

Коэффициент фильтрации режекторного фильтра

.

Недостатком резонансных фильтров являются необходимость индуктивной настройки каждого фильтра и снижение коэффициента фильтрации при изменении частоты источника питания. Кроме того, при изменениях тока нагрузки из-за изменения индуктивности дросселя неизбежна расстройка резонансного контура.

1.7.3 Фильтр с компенсацией переменной составляющей

Фильтр с компенсационной обмоткой (рисунок 1.7.5) обеспечивает лучшее сглаживание пульсаций, чем обычные LC-фильтры.

Обмотка создает ЭДС. частично компенсирующую напряжение пульсаций на конденсаторе. Эффект компенсации особенно заметен при больших токах нагрузки, когда трудно выполнить дроссель большой индуктивности.

Рис. 1.7.5

Компенсационная обмотка позволяет уменьшить намагничивание дросселя, что равносильно увеличению магнитной проницаемости материала сердечника и индуктивности дросселя. Полной компенсации переменных составляющих напряжения получить не удается, так как практически нельзя добиться сдвига фаз между напряжениями в основной и компенсационной обмотках дросселя точно на 180°.

1.8 Процессы коммутации в выпрямителях, коэффициент мощности и кпд

1.8.1 Процессы коммутации в выпрямителях

Рис. 1.8.1.

Коммутации представляют собой процесс переключения тока с одного вентиля на другой. Поскольку в трансформаторе и питающей сети имеется индуктивность рассеяния процесс коммутации протекает в течении некоторого промежутка времени. Это время является важной характеристикой выпрямителя с числом фаз больше двух и называется углом или периодом коммутации. Процессы коммутации оказывают значительное влияние на характеристики и форму выпрямленного напряжения.

На схеме, рисунок 1.8.1, индуктивности рассеяния трансформатора учтены введением дросселей X_L. На рисунке 1.8.2 представлены временные диаграммы работы схемы. В момент времени t₁ вентиль VD₁ должен был выключиться, но э. д. с. самоиндукции, вызванная индуктивным сопротивлением X_L, препятствует уменьшению тока через вентиль VD₁, и ток будет уменьшаться не мгновенно, а в течение времени коммутации γ. В то же время должен был включиться тиристор VD₂, но индуктивность рассеяния замедляет процесс нарастания тока. В результате на интервале коммутации ток распределяется между одновременно открытыми вентилями.

Рис. 1.8.2.

Выпрямленное напряжение в этом случае будет меньше, чем при γ = 0 и равно:

.