Работа выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке, страница 2

На этом интервале оба диода закрыты: VД2 закрыт, так как U_2-2 < 0 и на нем выделяется обратное напряжение Uв = U_2-2 + Ud; VД1 закрыт вследствие повышения напряжения на его катоде относительно нулевой точки над анодным напряжением, определяемым напряжением U_2-1. На этом полупериоде нагрузка R_н и конденсатор С_ф отделены от вторичных обмоток запертыми диодами, и конденсатор С_ф разряжается на нагрузку с постоянной времени t = С_ф R_н .

С ростом напряжения U_2-1 в момент времени, когда U_2-1 = U_d, диод VД1 открывается, через него начинают течь ток i_a1, а конденсатор С_ф заряжается. В связи с падением напряжения  при протекании зарядного тока напряжение U_d будет несколько меньше U_2-1. Зарядный ток конденсатора, ток вторичной обмотки и ток диода i_a1 имеют вид импульсов с амплитудой I_amax. Заряд конденсатора заканчивается, тогда U_cр = U_2-1. Для диода VД2 процессы повторяются.

Как видно из временных диаграмм, наличие конденсатора делает кривую U_d сглаженной. Если постоянная времени t = С_ф R_н = (4 ¸ 8) / f_c, то коэффициент пульсаций не превышает 0.02 ¸ 0.04:

.

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

 Потребление энергии от трансформатора носит импульсный характер, при этом амплитудное значение тока диодов I_dmax = (3 ¸ 8) I_d. Максимальное обратное напряжение на диодах U_вmax = 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 U_dср оказывается меньше и, кроме того, зависит от изменения нагрузки выпрямителя. Эту особенность можно оценить внешней характеристикой выпрямителя (рис. 2.20) U_dср = f(I_d).

Можно точно определить эту зависимость для двухполупериодного выпрямителя:

U_dср = 0.9 U₂  -  (R_i0 + r_тp) I_d ,                 r_тр = r₂ + r₁¢,

где R_i0 - сопротивление открытого диода постоянному току; r_тр - 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 U_dср видно, что изменение нагрузки R_н  приведет к изменению тока I_d и падению напряжения на диодах и трансформаторе, что отзовется на величине напряжения U_dср и положении внешней характеристики (рис. 2.20, прямая 1).

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

U_dср.х.х. = Ö2 U₂ .

При наличии реальной нагрузки в выпрямителе ее уменьшение вызовет увеличение скорости зарядки конденсатора С_ф фильтра и уменьшение U_dср. 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 I_d®0, необходимо учитывать возможность полукратного повышения напряжения на нагрузке при использовании LC-фильтров.