6.1.3. Индуктивно-емкостной фильтр

Такой фильтр состоит из индуктивности L_ф, включаемой последовательно с нагрузкойR_Hи конденсатораС, включенного параллельноR_H. В эквивалентной схеме выпрямитель заменяется двумя последовательно включенными источниками: источником постоянного напряженияU₀и источником переменного напряженияu₁, рис. 6.4. Комплексное сопротивление индуктивности равноZ₁=Х_L=j∙ωL. Комплексное сопротивление параллельного включенияСиR_Hравно:

(6.14)

Следовательно, переменное напряжение u*, создаваемое входным напряжениемu₁ и снимаемое с параллельного включенияR_Hи С, может быть рассчитано по формуле делителя напряжения:

(6.15)

Отсюда, коэффициент сглаживания фильтра, в соответствии с формулой (6.4), равен

(6.16)

Рис. 6.4. Эквивалентная схема индуктивно-емкостного фильтра

Обычно ωСR_H >> 1. Тогда формула (6.14) упрощается и выражение для коэффициента сглаживания примет упрощенный вид:

k_сгл = |1 –ω²LC| =ω²LC– 1 (6.17)

Если заданы коэффициент сглаживания и сопротивление нагрузки, то элементы фильтра рассчитываются исходя из следующих соотношений:

;(6.18)

Напомним, что в приведенных формулах ω – угловая частота пульсации на выходе выпрямителя, которая при двухполупериодном выпрямлении имеет значение, равное удвоенной угловой частоте сети.

6.1.4. П-образный индуктивно-емкостной фильтр

П-образный фильтр представляет собой схему, состоящую из двух конденсаторов и индуктивности, рис. 6.5.

Рис. 6.5. Схема П-образного фильтра индуктивно-емкостного фильтра

Такой фильтр можно представить как двухзвенный, состоящий из емкостного фильтра с конденсатором С₁и индуктивно-емкостногоLC₂. Коэффициент сглаживания П-образного фильтра равен произведению коэффициентов сглаживания составляющих его звеньев:

k_сгл =k_сгл1 ∙ k_сгл2, (6.19)

где k_сгл1 – коэффициент сглаживания емкостного фильтра; k_сгл2– коэффициент сглаживания индуктивно-емкостного фильтра.

Поскольку k_сгл1= 2,64CfR_H, а k_сгл2=ω²LC– 1 = 39,4f ²CL– 1, то коэффициент сглаживания П – образного фильтра равен:

k_сгл= 2,64CfR_H ∙ (39,4f ²CL– 1) (6.20)

6.2. Порядок выполнения исследований

1. Вставьте в разъем ХР1 лабораторного стенда плату, содержащую однофазную мостовую схему выпрямления.

2. Включите амперметр постоянного тока (мультиметр 1) между выходом выпрямителя Udcи входом фильтра (дроссельL1), а также стрелочный вольтметр постоянного напряжения параллельно сопротивлению нагрузки, рис. 6.6.

Рис. 6.6. Принципиальная схема измерений параметров выпрямителя с фильтрами

3. Включите питание стенда. С помощью потенциометра R_H1 установите минимальный ток нагрузки. Поочередно присоединяя к входам и выходам фильтра вольтметр переменного напряжения – мультиметр 2 (схема подключения показана пунктиром), снимите зависимость переменной составляющей напряжения на входе и выходе индуктивного фильтра от постоянного тока нагрузки для нескольких значений тока. При этом записывайте также величину постоянной составляющей напряжения на нагрузке. При максимальном токе нагрузки зарисуйте осциллограммы тока во вторичной обмотке трансформатора (падение напряжения наRS1), напряжения на вентиле (между точками 1 и 8 разъемаХР1), напряжения на выходе выпрямителя до и после фильтра.

4. С помощью формулы (6.4) рассчитайте коэффициент фильтрации фильтра по результатам измерения переменных составляющих напряжения для разных токов нагрузки. Рассчитайте с помощью этой же формулы коэффициент сглаживания через известные индуктивность фильтра и сопротивление нагрузки (R_Hнаходится черезU₀иI₀).

5. Закоротите индуктивность с помощью перемычки, а с помощью другой перемычки присоедините параллельно нагрузке конденсатор С₂. Повторите п.3 для схемы с емкостным фильтром и, используя формулы (6.1) и (6.12), рассчитайте коэффициент сглаживания емкостного фильтра.

6. Уберите перемычку, замыкающую дроссель и повторите п.3 для схемы с индуктивно-емкостным фильтром. Рассчитайте коэффициент фильтрации (сглаживания) по результатам эксперимента и по формуле (6.17).

7. Добавьте в схему фильтра конденсатор С1 с целью получения П-образного фильтра. Повторите п.3 для схемы с П-образным фильтром. Рассчитайте коэффициент фильтрации (сглаживания) по результатам эксперимента и по формуле (6.20).