Работа выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке, страница 2

На этом интервале оба диода закрыты: VД2 закрыт, так как U2-2 < 0 и на нем выделяется обратное напряжение Uв = U2-2 + Ud; VД1 закрыт вследствие повышения напряжения на его катоде относительно нулевой точки над анодным напряжением, определяемым напряжением U2-1. На этом полупериоде нагрузка Rн и конденсатор Сф отделены от вторичных обмоток запертыми диодами, и конденсатор Сф разряжается на нагрузку с постоянной времени t = Сф Rн .

С ростом напряжения U2-1 в момент времени, когда U2-1 = Ud, диод VД1 открывается, через него начинают течь ток ia1, а конденсатор Сф заряжается. В связи с падением напряжения  при протекании зарядного тока напряжение Ud будет несколько меньше U2-1. Зарядный ток конденсатора, ток вторичной обмотки и ток диода ia1 имеют вид импульсов с амплитудой Iamax. Заряд конденсатора заканчивается, тогда U = U2-1. Для диода VД2 процессы повторяются.

Как видно из временных диаграмм, наличие конденсатора делает кривую Ud сглаженной. Если постоянная времени t = Сф Rн = (4 ¸ 8) / fc, то коэффициент пульсаций не превышает 0.02 ¸ 0.04:

.

При активно-емкостной нагрузке напряжение Udср = 1.41 U2 в режиме холостого хода.

 Потребление энергии от трансформатора носит импульсный характер, при этом амплитудное значение тока диодов Idmax = (3 ¸ 8) Id. Максимальное обратное напряжение на диодах Uвmax = 2 Ö2 U2.

Эффективность емкостного фильтра повышается с увеличением сопротивления нагрузки, и его следует применять при мощности нагрузки до нескольких десятков ватт.

Внешние характеристики выпрямителей

Анализ всех выпрямительных схем проводился в предположении, что в этих схемах потери энергии равны нулю. В реальной ситуации этого не может происходить и все приведенные соотношения для расчета нужно считать приблизительными. Реальное среднее значение выпрямительного напряжения на нагрузке Udср оказывается меньше и, кроме того, зависит от изменения нагрузки выпрямителя. Эту особенность можно оценить внешней характеристикой выпрямителя (рис. 2.20) Udср = f(Id).

Можно точно определить эту зависимость для двухполупериодного выпрямителя:

Udср = 0.9 U2  -  (Ri0 + rтp) Id ,                 rтр = r2 + r1¢,

где Ri0 - сопротивление открытого диода постоянному току; rтр - сопротивление обмоток трансформатора, приведенное ко вторичной обмотке; r2 - сопротивление вторичной обмотки или ее половины для выпрямителя с нулевым выводом; r1¢ - сопротивление первичной обмотки, приведенное ко вторичной r1¢ = r1 · n.

Рис. 2.20. Внешние характеристики выпрямителей с различной нагрузкой:

1 - активной; 2 - с С-фильтром; 3 - с RC-фильтром; 4 - с LC-фильтром.

По зависимости для Udср видно, что изменение нагрузки Rн  приведет к изменению тока Id и падению напряжения на диодах и трансформаторе, что отзовется на величине напряжения Udср и положении внешней характеристики (рис. 2.20, прямая 1).

При работе выпрямителя с емкостным фильтром и холостом ходе в цепи нагрузки (Rн®¥) конденсатор фильтра Сф заряжается практически до амплитудного значения напряжения вторичной обмотки трансформатора, среднее значение выпрямленного напряжения в режиме холостого хода:

Udср.х.х. = Ö2 U2 .

При наличии реальной нагрузки в выпрямителе ее уменьшение вызовет увеличение скорости зарядки конденсатора Сф фильтра и уменьшение Udср. В связи с этим выпрямленное напряжение при изменении тока меняется сильней и наклон внешней характеристики увеличивается (рис. 2.20, прямая 2).

Применение Г-образного RC-фильтра еще больше влияет на наклон внешней характеристики (рис. 2.20, прямая 3), так как увеличивается падение напряжения от постоянной составляющей выпрямленного тока на сопротивлении R RC-фильтра.

Внешняя характеристика выпрямителя с Г-образным LC-фильтром (рис. 2.20, прямая 4) имеет больший наклон из-за дополнительного падения напряжения активной составляющей сопротивления дросселя фильтра.

Вблизи точки холостого хода, когда Id®0, необходимо учитывать возможность полукратного повышения напряжения на нагрузке при использовании LC-фильтров.