ТОП 10:

Расчет индуктивно-емкостных фильтров



Наиболее широко используют Г-образный индуктивно-емкостный фильтр (рисунок 24). Для сглаживания пульсации таким фильтром необходимо, чтобы xc <<RH, a xL >>хс. При выполнении этих условий, пренебрегая потерями в дросселе, получим коэффициент сглаживания Г-образного фильтра

где . Для схем рисунок 5,б, в m = 2. Для fc = 50 Гц:

LC1 = 10(q + l)/m2.

Рисунок 24

 

Определив произведение LC1; Гн мкФ, не­обходимо найти значения L и C1 в отдельности.

Одним из основных условий выбора L явля­ется обеспечение индуктивной реакции фильтра на выпрямитель, необходимой для большей ста­бильности внешней характеристики выпрямите­ля. Кроме того, при индуктивной реакции фильт­ра меньше действующие значения токов в венти­лях и обмотках трансформатора, а также мень­ше габаритная мощность трансформатора. Для обеспечения индуктивной реакции необходимо, чтобы

Выбрав индуктивность дросселя и зная про­изведение LC1; можно определить емкость C1.

При расчете фильтра необходимо также обес­печить такое соотношение реактивных сопротив­лений дросселя и конденсатора, при котором не могли бы возникнуть резонансные явления на частоте пульсации выпрямленного напряжения и частоте изменения тока нагрузки.

Если нагрузка постоянна, то условием от­сутствия резонанса является

где - собственная угловая частота фильтра, равная . Это условие выполняется при q>3.

Если ток нагрузки изменяется с угловой час­тотой , то условие отсутствия резонанса мож­но записать в виде

где - частота тока нагрузки.

Зная L, можно рассчитать или выбрать стан­дартный дроссель фильтра. По найденной из расчета емкости C1 можно выбрать конденсатор. При этом необходимо, чтобы мгновенное значе­ние напряжения на нем не превышало его номи­нального напряжения. Для этого конденсатор следует выбрать на напряжение холостого хода выпрямителя при максимальном напряжении се­ти, увеличенное на 15...20%. Это необходимо для обеспечения надежной работы конденсаторов при перенапряжениях, возникающих при вклю­чении выпрямителя. Необходимо также, чтобы амплитуда переменной составляющей напряже­ния на конденсаторе не превышала предельно допустимого значения.

П-образный CLC фильтр (рисунок 24) можно представить в виде двухзвенного фильтра, со­стоящего из емкостного звена с емкостью С0 и Г-образного звена с L и C1. При расчете П-образного фильтра емкость С0 и коэффициент пульсации напряжения на емкости С0 известны из расчета выпрямителя.

Коэффициент сглаживания Г-образного звена фильтра равен отношению коэффициентов пульсаций напряжения на емкости С0 и сопротивлении нагрузки. Зная коэффициент сглаживания Г-образного звена, можно определить произведение LC1.

В П-образном фильтре наибольший коэффициент сглаживания достигается при С0 = C1 Индуктивность дросселя L определяем по ранее приведенной формуле.

Расчет резистивно-емкостных фильтров

В выпрямителях малой мощности в некоторых случаях применяются фильтры, состоящие из резистора и конденсатора (рисунок 25). В таком фильтре теряется относительно большое напряжение и соответственно имеют место значительные потери энергии в резисторе Rф, но габаритные размеры и стоимость такого фильтра меньше, чем индуктивно-емкостного.

Коэффициент сглаживания Г-образного RC фильтра

.

Рисунок 25

 

Выражая R в омах, С в микрофарадах, получаем для fc = 50 Гц

Сопротивление резистора R4 определяется с учетом КПД фильтра.

Оптимальный КПД имеет порядок 0,6...0,8. При КПД, равном 0,8, Rф= 0,25RH.

Емкости определяются по формуле

С1 = 16Ioq/(mU0),

где I0-ток нагрузки, мА.

При RФ = 0,25 RH напряжение на входе фильтpa U0=l,25Uн.

Расчет П - образного резистивно-емкостного фильтра (рисунок 6) проводится, как и в случае П - образного LC фильтра, разделением этого фильтра на емкостной С0 и Г-образный LC1 фильтр.

Активные фильтры

Миниатюрные активные фильтры весьма удобны и успехом заменяют громоздкие и тяжелые LC-фильтры в переносной полупроводниковой радиоаппаратуре. В активных фильтрах последовательно или параллельно с нагрузкой включается транзистор, роль которого соответствует роли дросселя или резистора в фильтрах LC и RC, причем чаще используется последовательное соединение транзистора и нагрузки.

На рисунке 26, а приведена схема фильтра, аналогичного П - образному фильтру C1 L C2, с последовательным включением нагрузки в коллекторную цепь транзистора.

Рисунок 26 - Схемы фильтров на транзисторах (а—в), выходные характеристики транзистора (г)

 

Рабочую точку транзистора выбирают на нелинейном участке выходной характеристики А В (рисунок 26, г, точка 1), где сопротивление транзистора для переменного тока , значительно больше, чем сопротивление для постоянного тока, которое равно . Поэтому на транзисторе выделяется переменная составляющая выпрямленного напряжения U~, а напряжение и ток нагрузки будут постоянными. В цепь базы транзистора включено звено R1 CБ с постоянной времени >>Т, и поэтому напряжение на конденсаторе СБ за период частоты пульсаций существенно не меняется, что обеспечивает постоянство тока эмиттера. Положение рабочей точки на характеристике транзистора (рисунок 26, г) определяется сопротивлением резисторов R2/R1, причем последний способствует термостабилизации рабочей точки. Конденсаторы С1 и С2 вместе с транзистором образуют П - образный сглаживающий фильтр.

Недостатком такой схемы фильтра является влияние изменения нагрузки на выходное напряжение U0/H.

Чаще применяют схемы транзисторных фильтров, в которых нагрузка включена в цепь эмиттера (рисунок 26,б). Положение рабочей точки выбирается с помощью делителя напряжения R1 R2, причем ток делителя должен быть больше тока базы, чтобы изменение тока базы не влияло на положение рабочей точки на характеристике транзистора. Конденсатор СБ служит для сглаживания пульсаций на базе транзистора.

Для увеличения коэффициента сглаживания фильтра данного вида питание базы транзистора может производиться через двухзвенный RC-фильтр (рисунок 26, в).

На входе активных фильтров включается конденсатор С1, а параллельно нагрузке (на выходе выпрямителя)- конденсатор С2 сравнительно небольшой емкости (рисунок 26, а). Эти меры служат для сглаживания высокочастотных составляющих пульсирующего напряжения, а также для устранения наводок и импульсных помех, возникающих вследствие наличия паразитной емкости транзистора.

Коэффициент сглаживания Г-образной части фильтра схемы без конденсатора на входе

,

где —коэффициент передачи по току транзистора в схеме с общим эмиттером; —сопротивление транзистора переменному току, ri находится по характеристике транзистора (рисунок 26,г).

Коэффициент сглаживания для схемы на рисунок 26, б

в котором , а rK—сопротивление коллектора транзистора в схеме с общим эмиттером; h11Э—входное сопротивление транзистора в схеме с общим эмиттером в режиме большого сигнала; R1 и R2 выбираются из условия получения минимального UКЭ выбранного транзистора и обеспечения минимального выходного сопротивления фильтра.

Для уменьшения выходного сопротивления необходимо насколько возможно, снизить значения R1 и R2, однако при этом уменьшится коэффициент сглаживания фильтра, что вызовет необходимость увеличения емкости конденсатора.

Применение составного транзистора (рисунок 27) позволяет согласовать низкоомную нагрузку с высокоомным RС-фильтром. Кроме того, составные транзисторы позволяют увеличить сопротивление транзистора фильтра переменному току и, следовательно, улучшить сглаживающие свойства этого фильтра.

Рисунок 27 - Схема фильтра на составном транзисторе

 

Для нормальной работы фильтра при изменениях нагрузки и температуры необходимо правильно выбрать ре-торы делителя R1 и R2 и резисторы смещения R3 и R4. О выборе элементов делителя говорилось выше; резисторы смещения R3 и R4 подбираются таким образом, чтобы ток, протекающий по каждому из них, был больше тока IК.мах транзистора, в базу которого включен этот резистор.

Достоинства транзисторных фильтров: большие значения коэффициента сглаживания и сопротивления для низкочастотных составляющих.

Недостатки транзисторных фильтров: низкий КПД и резко выраженная зависимость коэффициента сглаживания от температуры.

 

Контрольные вопросы

1. При каких параметрах нагрузки выпрямителя наиболее эффективен емкостный фильтр, а при каких — индуктивный? Ответ пояснить.

2. Какое преимущество имеет LC-фильтр перед фильтрами, состоящими из отдельных элементов С и L? Ответ пояснить.

3. При каких параметрах нагрузки целесообразно применение RC-фильтра? Ответ пояснить.

4. Какие схемы транзисторных фильтров Вы знаете? Каково назначение транзисторов, резисторов и конденсаторов в этих схемах?

5. Каковы достоинства и недостатки транзисторных фильтров? В каких случаях их применение ограничено?

 

Расчет трансформаторов

Маломощные силовые трансформато­ры при их массовом производстве проектируют и изготовляют на стандартных сердечниках, со­ставляющих унифицированные ряды.

Рисунок 28

 

Для питания аппаратуры от сети 50 Гц ши­роко применяются трансформаторы броневого и стержневого типов. По технико-экономическим показателям предпочтительны трансформаторы стержневого типа, выполненные на стандартных магнитопроводах оптимальной формы. Броне­вая конструкция практически равноценна стерж­невой по массе, но уступает по объему и стои­мости. Несмотря на эти недостатки для малых мощностей (до 100...200 В-А) при напряжениях менее 1000 В, отдают предпочтение броневым трансформаторам, как более простым по кон­струкции. При мощности в несколько сотен вольт-ампер наиболее перспективными являются стержневые трансформаторы с двумя катушками на ленточных магнитопроводах оптимальной формы (рисунки 28-30).

Рисунок 29

Рисунок 30

 

Заданными величинами при расчете транс­форматора (рисунок 31) являются напряжение пи­тающей сети U1 (В); напряжения вторичных обмоток U2, U3...(B); токи вторичных обмоток I2, I3,…(А); частота тока сети питания fc (Гц).

 

Рисунок 31

 

Расчет трансформатора проводится в следую­щем порядке:

1. Определяем ток первичной обмотки транс­форматора

I1=I1(2)+I1(3)+…+I1(n).

Составляющие тока первичной обмотки, вы­званные токами вторичных обмоток, нагружен­ных на выпрямители, определяются по форму­лам, приведенным в таблицах 3 и 4 раздела «Расчет выпрямителей».

Составляющие, вызванные токами вторич­ных обмоток, при резистивной нагрузке равны

I1(n)=InUn/U1,

где n > 2-порядковый номер обмотки.

2. Определяем габаритную мощность транс­форматора

Sг=(U1I1+U2 I2+…+Un In)/2

Здесь - КПД, значение которого для маломощ­ных трансформаторов находится в пределах 0,75...0,95 (рисунок 30).

3. По габаритной мощности трансформатора по справочнику выбираем магнитопровод на данную мощность.

Стандартный магнитопровод можно выбрать также по произведению SCT SOK, см4, где SCT и SOK-площадь поперечного сечения стержня магнитопровода и площадь окна (SCT = ba; SOE = ch);

SСТSOE = Sr 102/(2,22fcBjkMkC ).

Для броневых и стержневых трансформато­ров, выполненных на пластинчатых магнитопроводах из горячекатаной стали, индукцию в стержне сердечника можно принять в пределах В = 1,2...1,3 Т. В трансформаторах, выполнен­ных на ленточных сердечниках из холодноката­ной стали, В = 1,5...1,65 Т.

Плотность тока j в проводах обмоток транс форматора может составлять 3,5...4,5 А/мм2 для трансформаторов мощностью до 100 BА и 2,5...3,5 А/мм2 для трансформаторов мощ­ностью от 100 до 500 ВА.

Значения kм и kС – коэффициентов заполнения медью окна сердечника и коэффициента заполнения сталью площади поперечного сечения стержня магнитопровода находятся из таблиц 11.1 и 11.2.

 

Таблица 11.1 - Значения коэффициентов заполнения медью окна сердечника kM при fc = 50 Гц:

Sr, ВА kM
15…50 0,22…0,28
50…150 0,28…0,34
150…300 0,34…0,36
300…1000 0,36…0,38

 

Таблица 11.2 - Значения коэффициентов заполнения сталью площади поперечного сечения стержня магнитопровода:

Толщина листа (ленты) kC для пластинчатых магнитопроводов kC для ленточных магнитопроводов
0,35 ... 0,5 0,89 ... 0,93 0,95…0,97
0,2 ... 0,35 0,82 ... 0,89 0,93…0,95

 

КПД определяем из рисунка 32.

Рисунок 32

 

Определив SCT SOК, выбираем стандартный магнитопровод, у которого данное произведение больше или равно расчетному.

Выбрав из таблиц магнитопровод, находим его основные размеры.

4. Определяем число витков обмоток транс­форматора

Падение напряжения находим на рисунке 33.

Рисунок 33

 

5. Определяем диаметр проводов обмоток трансформатора (без учета толщины изоляции)

Выбираем марку провода и определяем диаметры проводов обмоток трансформатора с учетом толщины изоляции d1из, d2из …dn.из.

Обмотки маломощных низковольтных трансфор­маторов выполняются в основном из проводов с эмалевой изоляцией (ПЭ, ПЭВ-1, ПЭВ-2).

6. Определяем толщину обмоток трансфор­матора и проверяем, умещаются ли они в окне выбранного сердечника.







Последнее изменение этой страницы: 2016-09-19; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.207.137.4 (0.023 с.)