1.2.4 Сглаживание пульсаций в схемах выпрямителей
Для сглаживания пульсаций выходного напряжения в схемах выпрямителей последовательно или параллельно резистору нагрузки включают реактивные элементы электрической цепи – катушки индуктивности и конденсаторы. Рассмотрим сглаживание пульсаций сначала с физической точки зрения.
Рис.6 а). Схема индуктивного фильтра
Рис.6 б). Схема емкостной нагрузки
Указанные реактивные элементы являются элементами энергоемкими. Так, катушка индуктивности при протекании через нее электрического тока способна запасать энергию в магнитном поле. Конденсатор запасает энергию в электрическом поле. Таким образом они приобретают способность в течении части периода накапливать электрическую энергию, а в течении другой части периода отдавать ее во внешнюю цепь — цепь нагрузки. Поясним это свойство энергоемких элементов на простейших примерах.
В простейшем случае катушка подключается последовательно с нагрузкой, как показано на рис. 6 а). Принцип сглаживания тока в такой цепи заключается в следующем. При любом изменении тока через катушку на ней возникает электродвижущая сила самоиндукции, равная , где – индуктивность катушки. Поэтому, когда ток в цепи нарастает ( > 0), ЭДС отрицательна, то есть вычитается из действующего напряжения, в результате чего ток растет меньше. При уменьшении тока производная отрицательна, а ЭДС положительна и теперь поддерживает ток.
Рис.7 Схема однополупериодного выпрямителя с емкостной нагрузкой
Включение конденсатора для сглаживания пульсаций рассмотрим подробнее. Конденсатор емкости C подключается параллельно нагрузке, как показано на рис. 7, то есть напряжение на выходе схемы равно напряжению на конденсаторе
Проанализируем работу схемы. Из второго закона Кирхгофа можно выразить напряжение на диоде
В нашем приближении диод работает в ключевом режиме. Ключи, замыкая и размыкая цепи, существенно меняют процессы в схемах, поэтому цепи с ключевыми элементами приходится анализировать при замкнутых и разомкнутых ключах по отдельности, или, как говорят, последовательно во времени. Для этого время разбивается на интервалы, в течение которых ключ замкнут или разомкнут, затем находится результат преобразования в каждом интервале, а на границах интервалов результаты преобразования приравниваются, если можно не учитывать конечное время включения и выключения самих ключей.
Воспользуемся этим методом для анализа схемы рис.7. Будем изображать входной сигнал и результат его преобразования на одной временной диаграмме рис.8. кривыми разной жирности.
Рис.8. Временные диаграммы напряжения на входе и выходе однополупериодного выпрямителя с емкостной нагрузкой
Пусть при , то есть до прихода входного сигнала, конденсатор не был заряжен, то есть , значит, .
В последующие моменты времени >0, когда положительно, напряжение на диоде >0, диод открывается, замыкая цепь, и конденсатор начинает быстро заряжаться от источника входного сигнала, так как постоянная цепи заряда, равная , – мала ( , где – период ).
По мере заряда напряжение на конденсаторе растет и в момент времени станет равным входному , которое еще положительно (точка А на рис.8). Как следует из (8), при напряжение на диоде станет равным нулю и диод закроется, то есть разомкнет цепь, отключив источник входного сигнала.
При > , оставаясь положительным, начинает уменьшаться и напряжение на диоде, как следует из (8), становится отрицательным. Значит, при > ключ остается разомкнутым и конденсатор разряжается через резистор нагрузки. При разряде напряжение на конденсаторе, значит, и будут уменьшаться со временем по экспоненциальному закону с постоянной времени , а именно
Очевидно, если , то конденсатор успевает разрядиться до прихода следующего положительного полупериода входного сигнала и напряжение на выходе уменьшится практически до нуля, что показано на рис.8 кривой АВ. Однако, если выполнить условие , конденсатор не успеет разрядиться до прихода следующего положительного полупериода . В этом случае при > будет описываться медленно спадающей экспонентой, которая показана на рис.8 кривой АD.
Входное напряжение на интервале времени от до , уменьшаясь, становится отрицательным, затем, увеличиваясь, положительным, а в момент – равным напряжению на конденсаторе, то есть . Итак, при напряжение на диоде станет равным нулю, а в последующий момент > , когда превысит , – положительным (см.(8)).
Диод откроется, замкнет цепь и вызовет заряд конденсатора от источника входного сигнала, что показано на рис. 8 кривой DE.
Заряд будет продолжаться до , когда напряжение на конденсаторе станет равным входному ,а . Значит, диод в момент времени закроется, снова разомкнув цепь источника сигнала, и при > начнется разряд конденсатора через нагрузку, аналогичный описанному выше при > .
Далее, начиная с точки D, процесс повторяется и будет иметь вид ‘зубчатой’ кривой, показанной на рис.8 жирной линией.
Из рис.8 видно, что выходное напряжение в схеме еще меняется со временем, но имеет значительную постоянную составляющую , показанную штриховой линией. Изменяющееся относительно выходное напряжение – это пульсации.
В рассматриваемой схеме пульсации значительно меньше, чем в схеме рис.1. за счет того, что конденсатор при замкнутом ключе быстро заряжается от источника входного сигнала, а при разомкнутом ключе, медленно разряжаясь, поддерживает ток в нагрузке.
В схемах с конденсатором коэффициент пульсаций можно определить из временной зависимости , измерив с помощью осциллографа или соответствующих вольтметров и величину пульсаций . Коэффициент пульсаций P при этом будет равен отношению
Сглаживание пульсаций в схемах с простейшими нагрузками (рис.6) можно объяснить и со спектральной точки зрения.
Для каждой гармоники спектра тока, текущего в цепях выпрямителей, катушку и конденсатор для расчета можно заменить резисторами с комплексными сопротивлениями, равными соответственно,
Это значит, что схемы выпрямителей с нагрузками, содержащими и , являются четырехполюсниками с комплексными коэффициентами передачи, зависящими от частоты, то есть фильтрами.
Схема рис.6 а) – простейший фильтр низких частот, так как все высокочастотные гармоники тока при условии >> дают падение напряжения на катушке, а постоянная составляющая тока – на , то есть напряжение на выходе примерно равно .
Приведенный выше спектральный подход удовлетворительно (и только) объясняет процессы сглаживания, однако на практике рассмотрение функционирования энергоемкого элемента в отрыве от элемента нелинейного приводит к неверным количественным оценкам. Дело в том, что фильтрация гармоник входного напряжения происходит в нелинейном фильтре, но анализ работы такого фильтра приводит к необходимости анализа нелинейных дифференциальных уравнений, что выходит за пределы настоящего учебного пособия.
Полигон призраков
Нужна формула расчета сглаживающего конденсатора
Место для бесед на свободные темы.
sanders Advanced Member Сообщения: 9345 Зарегистрирован: 26.03.2008,14:47 Откуда: Санкт-Петербург
Вклад в сообщество
Нужна формула расчета сглаживающего конденсатора
Сообщение sanders » 29.04.2015,14:57
Имеем переменку, выпрямленную диодным мостом. На выходе — пульсирующее напряжение. Подпаиваем кондер. При достаточной его емкости действующее напряжение повышается до амплитудного. Как мне посчитать достаточную емкость при заданном токе потребления нагрузкой? Или напряжение пульсаций и его зависимость от тока нагрузки при конденсаторе заданной емкости.
sanders
john Advanced Member Сообщения: 2382 Зарегистрирован: 15.10.2013,17:13 Откуда: Украина, Харьков
Вклад в сообщество
Сообщение john » 29.04.2015,15:14
john
MM Advanced Member Сообщения: 5893 Зарегистрирован: 02.08.2013,22:13 Откуда: Павловский Посад Мск.обл. Контактная информация:
Вклад в сообщество
Сообщение MM » 29.04.2015,15:38
Может я и покажусь невеждой, но есть старинная радиолюбительская формула для конденсатора и резистора .
Приблизительно она выглядит так :
Емкость в микрофарадах разряжается на резистор в мегаомах, время полуразрядки — в секундах.
Пример :
Конденсатор 1000 мкф разряжается на резистор 1 ком, примерно время полуразрядки — 1 сек.
Для фильтра сетевого выпрямителя ( 4 диода, например КЦ402А ) , эффективная частота сети — 50 гц, частота пульсаций на конденсаторе 100 гц, время — 10 миллисекунд.
Для получения на вышеописанном конденсаторе фильтра пульсаций 50% от напряжения при нагрузке 10 ом достаточно конденсатора 1000 мкф. Для получения меньших пульсаций — надо увеличить бачок ( в разы ).
Коллекционирование радиодеталей : http://collectingrd.kxk.ru/
Ize Advanced Member Сообщения: 1484 Зарегистрирован: 08.04.2008,15:25 Откуда: Peterburg,Russia
Сообщение Ize » 29.04.2015,20:53
Почитал по ссылке-хорошо смеялся.Долго и умно рассчитываем,потом от балды выбираем ёмкость кондёра.
На практике:малые токи-100\200мкф (ну если единицы ма,то и 10мкф хватит),ток до 0,5 а-470\560,до 1а-1000\1500.
А вообще кашу маслом не испортишь Если место позволяет. При стабилизаторах-можно меньше кондёры ставить.
Alex_Vac Advanced Member Сообщения: 5145 Зарегистрирован: 25.03.2009,07:04 Откуда: Ростов-на-Дону
Вклад в сообщество
Сообщение Alex_Vac » 29.04.2015,21:17
Емкость конденсатора фильтра:
Сф — емкость конденсатора фильтра, мкФ;
Iн — максимальный ток нагрузки, A;
Uн — напряжение на нагрузке, В;
Кп — коэффициент пульсации выпрямленного напряжения (отношение амплитудного значения переменной составляющей частотой 100 Гц на выходе выпрямителя к среднему значению выпрямленного напряжения).
Коэффициент пульсаций выбирают самостоятельно в зависимости от предполагаемой нагрузки, допускающей питание постоянным током вполне определенной «чистоты».
— малогабаритные транзисторные радиоприемники и магнитофоны
— усилители радио и промежуточной частоты
— предварительные каскады усилителей звуковой частоты и микрофонных усилителей
Вот ещё:
Емкость фильтрующего конденсатора Сф в мкФ определяют по формуле:
где КII — коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения, характеризующий отношение амплитудного значения переменной составляющей частотой 100 Гц на выходе выпрямителя к среднему значению выпрямленного напряжения.
Чем больше емкость фильтрующего конденсатора и меньше ток, потребляемый нагрузкой, тем меньше пульсация выпрямленного напряжения и, следовательно, слабее прослушивается фон переменного тока в динамической головке или громкоговорителе радиотехнического устройства. Для большинства любительских транзисторных конструкций допустим коэффициент пульсаций питающего напряжения Кп = 0,01. Номинальное напряжение фильтрующего конденсатора не должно быть меньше напряжения на выходе выпрямителя, иначе он может оказаться пробитым более высоким напряжением.
Только имеется ввиду так:
С=3200*I/(U*K), K — обычно 0.01
Для стабилизированного источника ёмкость уменьшить в 5-10 раз
Сглаживание пульсаций
Сглаживание пульсаций — первоочередная задача после выпрямления тока. Эту задачу выполняет фильтр, состоящий из конденсатора (конденсаторов), который включен в цепь между выпрямителем и нагрузкой. Ёмкость конденсатора фильтра зависит от тока нагрузки. Чем больше ток нагрузки, тем большую ёмкость должен иметь конденсатор сглаживающего фильтра. Принцип работы сглаживающего фильтра выпрямителей следующий, в промежутки времени между импульсами напряжения с выпрямителя напряжение для нагрузки получается с конденсатора. Это хорошо видно на диаграмме.
В то время, когда есть импульс, конденсатор заряжается, когда импульса нет или он ниже напряжения источника питания конденсатор отдаёт своё напряжение в нагрузку. Обратите внимание, после сглаживания напряжение на выходе фильтра выпрямителя (без нагрузки) превышает среднее значение напряжения. Оно практически равно амплитуде выпрямленного напряжения. Точное значение — переменное напряжение с вторичной обмотки трансформатора умноженное на 1,4.
Напряжение на выходе фильтра не идеально. Если посмотреть на диаграмму, можно увидеть небольшие пульсации напряжения (или пульсации тока). Это происходит из-за того, что конденсатор между импульсами разряжается. Для многих схем небольшие пульсации напряжения являются допустимыми. Пульсации напряжения можно уменьшить увеличив ёмкость конденсатора. При однополупериодной схеме выпрямления ёмкость конденсаторов надо как минимум удваивать.
Как подобрать сглаживаютщий конденсатор для фильтра? Нужна формула, хотя бы приблезительная.
Для бп в усилок?
Посмотри на похожие усилки.
Вот у меня валяется усилок. Там после транса идет 2х35в. Кондеры стоят 2х45в 6800 мкФ. Можно и 10000мкФ поставить.
Главное — вольтаж чтоб был не меньше, чем выдает транс.
Или тебе для импульсного бп? Тоже смотри аналог по мощности. Обычно ставят кондеры 250в, а емкость в зависимости от мощности бп.
Реальный принтерГуру (3237) 12 лет назад
А по частоте нет. Допустим частота 50кГц сглаживается в компьютерных БП до постоянного тока который потребляют компоненты.
ДОлжна же быть какая-то формула, отношение емкости кондера к частоте.
empty Гуру (4414) Это? http://ru.wikipedia.org/wiki/Фильтр_(электроника) LC-фильтры используются в силовых электрических цепях для гашения помех и для сглаживания пульсаций напряжения после выпрямителя.
Остальные ответы
Фильтры используются для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Простейшим фильтром является конденсатор большой емкости, подключаемый к выходу выпрямителя. Обычно в качестве такового используют оксидные (электролитические) конденсаторы емкостью от нескольких десятков до нескольких тысяч микрофарад.
Однако степень сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения емкостным фильтром при больших токах нагрузки оказывается недостаточной.
Для повышения уровня сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения к выходу выпрямителя подключают более сложные фильтры, в состав которых помимо конденсаторов входят резисторы, дроссели, электронные лампы или транзисторы. Чтобы определить, какой фильтр лучше, вводят специальный параметр — коэффициент сглаживания. Он рассчитывается как отношение коэффициента пульсаций на выходе фильтра (Крвых) к коэффициенту пульсаций на его входе (Крвх) :
Кс = Крвых/Крвх
Наиболее простым является Г-образный реостатно-емкостный фильтр, состоящий из резистора R1 и конденсатора Сф1
Источник: http://stoom.ru/content/view/196/83/
Реальный принтерГуру (3237) 12 лет назад
Спасибо за линк. Я это уже читал. Там только послдений параграф о кондерах, да и то без формул.
Владимир Искусственный Интеллект (339880) тогда отвечу так-чем больше ёмкость тем лучше.хотя всё от характера нагрузки зависит.где-то требуется минимальная пульсация(звук например),а где-то нет(релейные схемы).обычнодля нормальной работы среднего девайса хватает 4700-6800 мкф. если мало-ставь такой же впараллель.