Главная Промышленная автоматика.

Напряжение пульсаций, подаваемое через трансформатор в лини10 питания, поддерживается цепью ООС равным по величине и противоположным по знаку переменной составляющей напряжения, источника питания (ИП), чем и обеспечивается их взаимная компенсация. Практическая схе.ма обеспечивает коэффициент сглаживания 10* при КПД устройства 0,92 и относительно небольших массе и габаритах, чего не удается получить с помощью обычных сглаживающих фильтров на реактивных элементах.

Сглаживающие индуктивно-емкостные фильтры достаточно просты и эффективны в выпрямительных устройствах средней и большой мощностей. Однако масса и габариты таких фильтров весьма значительны, коэффициент сглаживания снижается с ростом тока нагрузки, фильтры мало эффективны при появлении медленных изменений сетевого напряжения. Индуктивные элементы фильтра являются источниками магнитных полей рассеяния, а совместно с паразитными емкостны.ми элементами создают колебательные контуры, способствующие появлению переходных процессов.

Транзисторные фильтры по сравнению с индуктивно-емкостными сглаживаюищми фильтрами и.меют меньшие габариты, массу и более высокий коэффициент сглаживания пульсаций. Основные схемы транзисторных фильтров приведены на рис. 24. Фильтры могут быть выполнены по схемам с последовательным или парал-

Щ L-

+ 0-


+ 0-1

+ - J-

Рис. 24. Электрические схемы транзисторных фильтров: с последовательны.\» (а-г) и параллельным (д) включением транзистора, с наррузкой в цепи эмиттера (а-в) н коллектора [г), с простейшим [а) и сложным /?С-фильтром (в.г) стабилитроном fo) в базовой цепи

дельным включением силового транзистора по отношению к сопротивлению нагрузки, а также с включением нагрузки /?„ в цепь коллектора или эмиттера транзистора. Недостатком фильтров с нагрузкой в цепи коллектора является большое изменение выходного напряжения при изменении сопротивления нагрузки. Поэтому чаше используются фильтры, в которых сопротивление нагрузки включено в цепь эмиттера силового транзистора.

Транзисторный фильтр с последовательным включением транзистора и нагрузкой в цепи эмиттера эквивалентен П-образному



индуктивно-емкостному фильтру. Принцип действия его основан на том, что коллекторный и э.миттерный ток транзистора в режиме усиления практически не зависит от напряжения коллектор - эмиттер. Если выбрать рабочую точку транзистора на горизонтальном участке выходной вольт-амперной характеристики, то его сопротивление для переменного тока будет значительно большим, чем для постоянного тока.

В схеме (рис. 24,а) базовый ток транзистора Т задается резистором /?б- Конденсатор Св достаточно большой емкости устраняет напряжение пульсаций на переходе эмиттер-база. Поэтому переменная составляюшая напряжения пульсаций прикладывается к переходу база - коллектор и выделяется на транзисторе Т. В коллекторном и э.миттерном токе переменная составляюшая практи-чески отсутствует, поэтому пульсации в нагрузке Rh также очень малы.

Коэффициент сглаживания транзисторного фильтра тем больше, чем больше коэффициент передачи тока транзистора Т и чем больше значение соотношений

Ro Re гвх(.т)

2л /сСб

т. е. чем меньше напряжение пульсаций иа переходе эмиттер - база силового транзистора.

Для более успешного выполнения этих соотношений конденсатор Сб может быть заменен одно- или двухзвенным резистивно-емкостным сглаживающим фильтром, а для увеличения коэффициента передачи тока транзистор Т можно выполнить составным (рис. 24,6). Еще эффективнее работает транзисторный фильтр, у которого в цепь базы транзистора включен кремниевый стабилитрон (рис. 24, в).

Коэффициент полезного действия транзисторного фильтра будет тем больше, чем меньше падение постоянного напряжения на силовом транзисторе. Однако амплитуда переменной составляющей напряжения на транзисторе не должна превышать значение постоянного напряжения на нем, иначе фильтр потеряет свою работоспособность.

Транзисторные фильтры с балластным резистором Ren и параллельным включением транзистора относительно нагрузки (рис. 24, д), в отличие от схем с последовательным включением (рис. 24, г), применяются при сравнительно небольшом выпрямленном напряжении (десятки вольт). Режим работы транзистора Т - минимальное значение коллекторного тока /кпип - устанавливается соответствующим выбором сопротивлений резисторов Ri и i?2. Переменная составляющая напряжения в этой схеме прикладывается к переходу эмиттер - база транзистора Т, усиливается и выделяется на балластном резисторе Ren- Эта составляющая оказывается в противофазе с переменной составляющей напряжения, выделяющейся на /?бл при неносредственном протекании тока нагрузки. Выбором значений /?б.п и /к min можно добиться их полной 56



компенсации. Амплитуда переменной составляющей тока транзи-стора Т должна быть меньше протекающего постоянного тока /кт1г1, иначе схема будет неработоспособна. Ток / к min не должен быть очень малым, так как иначе потребуется увеличение сопротивления Ron, что приведет к снижению КПД фильтра. Слишком, большой ток также нецелесообразен, так как увеличивается мощность потерь на транзисторе и снижается КПД.

Коэффициент сглаживания параллельного транзисторного-фильтра будет тем больше, чем больше сопротивление /?бл, емкость-конденсаторов Ci и Сг, крутизна вольт-амперной характеристики-транзистора. Недостатком транзисторного фильтра с параллельным включением транзистора является значительное изменение среднего значения коллекторного тока транзистора при из.менении среднего значения выпрямленного напряжения, поступающего на вход фильтра. Это приводит к снижению КПД -фильтра.

Следует помнить, что транзисторные фильтры не обеспечивают стабилизации постоянной составляющей выпрямленного напряжения, а при изменении тока нагрузки, температуры окружающей среды и воздействия других дестабилизирующих факторов вносят дополнительную нестабильность выпрямленного напряжения.

пример расчета ..двухполупериодного выпрямителя с Г-образным индуктив но-емкостным сглаживающим фильтром. Расчет выпрямительного устройства состоит из .выбора и расчета схем выпрямления, сглаживающего фильтра и трансформатора питания. Поскольку каждый последующий элемент выпрямительного устройства оказывает заметное влияние на режим работы преяыд>щего и следующего за мм элементов, расчет выпрямительного устройства производнтся-в -следующей последовательности: сглаживающий фильтр, выпрямитель, трансформатор.

Ниже приведен расчет Г-оразного индуктивно-вмк-оотно-го сглаживающего фильтра без ж-омпенсациовной обмотки, однофазгного м,остового вьгпря1мителя и траисформатора. Методика расчета параметров элементов схемы соответствует ГОСТ 21703-76 и даиным табл. 2.

Исходные данные для расчета: среднее значение ,зьшря1мленного напряже-иия на нагрузке Lh = 30 В; среднее значение выпрямленного тока нагрузки /в =2,5 А; коэффидиент пульсации выпрямленного напряжения на HajpysKe 5ов = =2 %; поминальное напряжение питающей сети Uc=220 В; частота сет№ /о = 50 Гц; сеть однофазная; ф-орма питающего напряжения симметричная синусоидальная.

Рассчитываются следующие параметры:

1. Сопрогивлеиие нагрузки выпрямительного устройства

н = н я = 30/2,5= 12 Ом.

2. Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения однофазной двухпо-лупернодной схемы выпрямления

2-100 2-ШО] „

(Значение So мо-жио найти и из табл. 2.)

3. Коэффициент сглаживания фильтра

9=-S„/SoH= 67/2 = 33,5.

4. Произведение 31наче[гий индуктивности и ем;иосги сглал-сивающего фильтра!

, „ (9+1)-10° (33,5+ 1)-10°

= =





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 [17] 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

0.0036