Емкостной электрический фильтр в выпрямительной схеме и его влияние на коэффициент пульсации выпрямленного тока.

Схема ёмкостного фильтра показана на рис. 16. По­стоянная составляющая тока I _ср не проходит через конден­сатор фильтра С, а замыкается только через цепь нагрузки R_H.

Рис. 16. Однополупериодиая схема с ёмкостным фильтром.

(а) и временные диаграммы напряжений и токов (б)

Сглаживающее действие конденсатора как фильтра за­ключается в том, что через него шунтируются высшие гар­монические составляющие тока выпрямителя, так как конденсатор имеет малое ёмкостное сопротивление ( ), которое значительно ниже нагрузочного сопротивления R_H . Высшие гармонические составляющие вызывают дополни­тельное падение напряжения в сопротивлении выпрямителя, что приводит к сглаживанию выходного напряжения U_H .

Коэффициент сглаживания в однополупериодной схеме с ёмкостным фильтром:

Из уравнения следует что, чем больше ёмкость С ( ), тем лучше сглаживается ток. Не допуская большой погреш­ности, можно считать, что через R_H проходит только посто­янная составляющая тока I _ср , а переменная составляющая то­ка проходит целиком через конденсатор С.

На рис. 17 представлены временные диаграммы токов и напряжений для ёмкостного фильтра.

Рис. 17. Временные диаграммы напряжений и токов.

На участках 1-2, 3-4 напряжение на ёмкости меньше, чем на­пряжение сети, в этот момент через диод проходит ток и ем­кость заряжается. Электрическая энергия накапливается в электрическом поле емкости. На участках 2-3, 4-5 напряже­ние на ёмкости больше, чем напряжение сети, ёмкость раз­ряжается через нагрузку R_H . Напряжение и ток нагрузки под­держиваются за счет электрической энергии накопленной в емкости.

Чем больше ёмкость С, тем больше постоянная цепи раз­ряда и ёмкость медленнее разряжается, т.е. лучше сглажива­ется ток нагрузки.

Рис. 18. Схема емкостного фильтра с мостовым двухполупериодным выпрямителем (а) и временные диаграммы напряжений и токов (б).

Схема и временные диаграммы двухполупериодного мос­тового выпрямителя с ёмкостным фильтром приведены на рис. 18. Емкость конденсатора С выбирают такой величи­ны, чтобы сопротивление конденсатора х_с для основной гар­моники выпрямленного напряжения (частота f _о.г) было много меньше R_H , т.е.

При таком выборе величины ёмкости конденсатора его постоянная времени разряда значительно больше периода по сравнению с её величиной в отсутствии фильтра. Изменения выпрямленного напряжения и конденсатор C разряжается сравнительно медленно, т.е. напряжение на нём уменьшается незначительно. Это приводит к увеличению среднего значе­ния напряжения U_{H . cp} на сопротивлении нагрузки.

Коэффициент пульсаций в однополупериодной схеме с емкостным фильтром рассчитывается по формуле:

Применение ёмкостного фильтра более эффективно при высокоомном нагрузочном сопротивлении, так как выпрям­ленное напряжение и коэффициент сглаживания имеют большие величины, чем при низкоомном нагрузочном сопро­тивлении.

На практике для сглаживания пульсаций применяют более сложные и эффективные LC фильтры.