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濾波及電容濾波器整流電路分析

冬至子 ? 來源:電工知庫 ? 作者:大海 ? 2023-06-09 14:54 ? 次閱讀

一、濾波

為使直流負載獲得恒定或平穩的直流,設法把脈動電流中的交流成分基波與高次諧波去掉,為達到這一目的所采用的手段稱為濾波。實現濾波的設備稱為濾波器,組成濾波器的元件有電容、電感等。

二、電容濾波器整流電路

利用電容器作濾波元件的濾波器稱為電容濾波器。下圖(a)是具有電容濾波器的單相半波整流電路。作為濾波用的電容器接在整流電路的輸出端,與負載相并聯。

1.jpg

1、電容濾波器整流電路的工作過程

在變壓器二次側電壓u的正半周,二極管D導通,電源一方面向負載Rf供電,同時又對電容器充電,使電容器端電壓uc隨著u按正弦規律上升,并同時達到最大值。過了最大值后,u和uc都開始下降。uc的下降是因為電容器向負載放電(由于二極管的單向導電性,放電電流通不過二極管)。在下降開始時的一段時間,u的下降速度慢、電容器的放電受到u的約束,uc隨u以同樣的速度下降。過了N點以后,u開始下降得比uc快,于是u c >u,并迫使二極管截止(因為此時二極管陰極電位大于陽極電位),而電容器則按上圖(c)中曲線NQ的規律繼續向負載放電,負載上仍有電流通過。

電容器放電的速度取決于放電時的時間常數τ,τ=CRf

式中C為濾波電容器的電容量,單位F;Rf為負載電阻,單位Ω。

電容器放電時間常數τ越大,放電越慢,放電持續時間越長,雖然u已進入到下一個周期的正半周。但只要u的大小還未超過u c ,二極管仍無法導通,放電仍在繼續。從上圖(c)的曲線可以看出,這種情況要等過了Q點,u>uc時,二極管才又重新導通。二極管導通后,電源又一方面向負載供電,一方面向電容器充電……,此后就不斷重復上述過程。

2、電容濾波器整流電路的特點

1)負載兩端的電壓或通過負載的電流比沒有濾波時要平穩得多。平穩程度取決于τ的大小。在Rf一定時,C越大,τ也越大,放電越慢,u0或i0的波形越平直。

2)采用電容濾波器后,還使直流輸出增加,單相半波整流電路的直流輸出電壓U 0 =(1-1.4)U

全波和橋式整流電路的直流輸出電壓

U 0 =(1.1-1.4)U

3)整流二極管的導通時間比不加濾波器時要短,再加上電容器的充電電流,所以通過二極管的電流瞬時值很大。

4)在單相半波整流電路中,二極管所受的反向電壓u DR =u+u c ,比沒有電容濾波器時可大到接近一倍(即2√2U)。

5)在濾波器的電容量一定時,負載越大(即Rf越小),τ就越小,濾波效果越差。所以電容濾波器適用于小負載(Rf大)的場合。

三、電容濾波器電容器的選用

1、電容器的電容量

要使直流輸出平穩,電容器用得越大越好,但實用中按下式選用基本上可滿足要求

C≥(3-5)T/2R f ,式中T為交流電源周期,單位s;C為電容器電容量,F,Rf為負載電阻,單位Ω。

2、電容器的耐壓

除電容量需滿足要求外,還要根據具體電路考慮電容器的耐壓,在圖 (a)電路中用的電容器,其耐壓必須≥√2U。

3、電容器的種類

由于電容器的電容量比較大(一般在幾百μF以上),所以都用電解電容器。電解電容器是有極性的,電解電容器的正極應與u0的正端相連。極性接錯,會導致電容器損壞。

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