Chương 8 Mạch cung cấp nguồn
8.3. Lọc các thành phần xoay chiều của dòng điện ra tải
8.3.1. Khái niệm
- Trong các mạch điện chỉnh lưu đã xét trong mục 8.2 dòng điện ra tải tuy có cực tính không đổi (dòng 1 chiều ) nhưng giá trị (độ lớn ) của chúng thay đổi theo thời gian một cách có chu kỳ được gọi là sự đập mạch của dòng điện hay điện áp sau chỉnh lưu.
- Dùng chuỗi Fourier để phân tích dòng điện đập mạch sẽ được :
0 1 1
1( cos sin )
t n n
i I n A n t B n t
(8.17)
Víi 0
0
0 1t T ( )
t
I i t dt T
(8.18)
0
0
2t T ( )cos 1
n t
A i t n tdt
T
(8.19)
0
0
2t T ( )sin 1
n t
B i t n tdt
T
(8.20)
I0: là thành phần một chiều
1 ncos 1
n A n t
, n1B Sinn tn 1 : là các sóng hài xoay chiều có độ lớn pha và tần số phụ thuộc vào loại mạch chỉnh lưu
+ Thành phần xoay chiều có tần số - hài bậc 1 + Thành phần xoay chiều có tần số 2 - hài bậc 2 ….
Để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử làm việc phải lọc bỏ các thành phần hài
-Để đặc trưng cho chất lượng của điện áp (hay dòng điện) sau chỉnh lưu người ta
đưa ra hệ số đập mạch (Kp)
Nếu Kp càng nhỏ chất lượng của bộ nguồn càng cao + Với mạch chỉnh lưu 1/2 chu kỳ Kp = 1,58
+ Với mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ Kp = 0.667
- Thường dùng tụ điện, điện cảm , mạch lọc tích cực để lọc bỏ các thành phần sóng hài.
8.3.2. Lọc bằng tụ điện 1. Sơ đồ nguyên lý
2 3
Hình 8.13 a) Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu có tụ lọc; b) Dạng điện áp trên tải 2. Nguyên lý làm việc :
- Khi không có tụ lọc, điện áp trên tải có độ nhấp nhô lớn (đường hình sin liền nét).
- Khi mắc tụ C//Rt mạch, trong mạch xảy ra quá trình phóng nạp :
+ Từ 0 t1 điện áp u2 ở pha dương, tụ C được nạp điện: Từ +u2 qua D2 qua tụ C về D4 vÒ - u2
+ Tại t =t1,khi u2=0 tụ C phóng điện qua tải Từ +C qua Rt về -C (mass).
+ Từ t1 t2 điện áp u2 ở pha âm, tụ C được nạp điện: Từ +u2 qua D3 qua tụ C về D1 về - u2
+ Tại t =t2,khi u2=0 tụ C phóng điện qua tải Từ +C qua Rt về -C (mass).
+ Từ t2 t3 điện áp u2 ở pha dương, quá trình lặp lại. Kết quả điện áp ra (đường nét
đứt) có dạng tương đối bằng phẳng.
Mặt khác tụ điện còn có tác dụng lọc các sóng hài bậc cao. Các sóng hài bậc cao qua tụ C thoát xuống mass không đưa ra tải. Do vậy dòng điện qua tải chỉ còn thành phần 1 chiều và một phần thành phần hài bậc thấp.
Khi lọc bằng tụ C hệ số đập mạch được xác định :
P 2
t
K CR (8.21)
Từ ( 8.21) thấy rằng muốn Kp nhỏ phải chọn C có giá trị lớn và Rt phải lớn.
Mạch lọc bằng tụ điện phù hợp với tải tiêu thụ dòng điện nhỏ ( trị số Rt lớn ) 8.3.3. Lọc bằng cuộn cảm L
a. Sơ đồ nguyên lý : Hình 8.14
Hình 8.14 Mạch chỉnh lưu cầu có lọc bằng cuộn cảm
Điện cảm L mắc nối tiếp với tải Rt
Khi dòng qua tải biến thiên (đập mạch) trong cuộn L sinh ra suất điện động tự cảm chống lại sự đập mạch đó, do vậy dòng điện qua tải bằng phẳng hơn.
Mặt khác các thành phần hài bậc cao khi qua L sẽ sụt áp trên L (vì càng lớn thì
XL càng lớn), do vậy thành phần dòng điện cung cấp cho tải chỉ gồm thành phần 1 chiều và 1 phần nhỏ hài bậc thấp.
Khi lọc bằng L hệ số đập mạch :
Kp càng nhỏ nếu L càng lớn và Rt càng nhỏ. Mạch lọc bằng điện cảm phù hợp với tải tiêu thụ dòng lớn (Rt nhỏ)
8.3.4. Lọc hỗn hợp
- Có thể kết hợp lọc bằng L và C tạo thành các mạch lọc hình L ngược, hình .
Làm cho chất lượng lọc càng cao (hình 8.15 a,b)
- Để giảm nhỏ kích thước bộ lọc người ta còn thay vị trí của L bằng điện trở tạo thành mạch lọc RC (hình 8.15 c,d)
Hình 8.15 Các mạch lọc hỗn hợp 8.3.5. Mạch lọc tích cực
Mạch lọc tích cực có sơ đồ hình 8.16.
Tụ C mắc ở cực B của transistor. Điện trở R vừa định thiên transistor vừa tạo dòng nạp cho tụ C.
Với mạch lọc tích cực của dòng qua tải là dòng qua cực E của transistor: It =IE Dòng qua điện trở lọc R là dòng IB
Ta cã: IB IE It
- Như vậy dòng qua tụ lọc đã giảm đi lần , tương đương với giá trị của tụ tăng lên lần. Do vậy khi dùng mạch lọc tích cực tụ lọc có thể dùng tụ có trị số nhỏ.
Hình 8.16 Mạch lọc tích cực