Однофазного тока

Внешние характеристики маломощных выпрямителей

Работа выпрямителя на активно-емкостную нагрузку

 

Активно-емкостная нагрузка создается при использовании конденсатора С для сглаживания кривой выпрямленного напряжения. Включение конденсатора параллельно нагрузке изменяет режим работы выпрямителя по сравнению режимом работы при чисто активной или активно-индуктивной нагрузках. Поведение схемы, обусловлено процессами разряда и заряда конденсатора и характеризуется импульсным режимом работы.

Схема при этом будет иметь вид рис.6.4.а. Временные диаграммы, поясняющие работу схемы, приведены на рис 6.4.б

Рис. 6.4.а Рис.6.4.б.

 

Состояние диодов в схеме определяется также напряжением вторичных обмоток трансформатора, однако этого не достаточно, необходимо чтобы указанное напряжение превысили напряжение на конденсаторе С, определяющее напряжение катодов Д₁, Д₂.

Особенностью схемы будет то, что при активной и активно-индуктивной нагрузках среднее значение напряжения будет равно 0,9U_d, а при активно-емкостной напряжение близко к амплитудному значению.

 

 

Анализ принципа действия и режимов работы маломощных выпрямителей однофазного тока проводится в предположении, что активные сопротивления обмоток трансформатора, подводящих проводов, дросселей, а также падение напряжения на диодах равны нулю. В связи с эти приведенные соотношения следует считать приближенными для реальных схем, поскольку реальные значения напряжений будут несколько ниже с учетом падения напряжения на элементах схемы. Это явление отражает внешняя характеристика выпрямителя , зависимость U_d=F(I_d).

Рассмотрим сначала внешнюю характеристику выпрямителя без сглаживающих фильтров. Как известно при отсутствии фильтров кривая u_d для маломощных выпрямителей имеет вид однополярных полуволн напряжения u₂. Без учета падения напряжения в схеме напряжение U_d связано с напряжением U₂ соотношением U_d=0.9U₂ . Для реальной схемы это соотношение справедливо при токе нагрузки I_d=0. Увеличение тока приводит к падениям напряжения на элементах схемы и соответственно к снижению напряжения Поэтому внешняя характеристика выпрямителя без сглаживающего фильтра имеет спадающий характер (рис.). Изменение напряжения U_d подчиняется закону U_d=U_d0 - ΔU , где ΔU- усредненное за период падение напряжения на элементах схемы от протекания тока. Вид внешней характеристики, и в частности ее наклон существенно зависит от типа трансформатора, а именно от активных сопротивлений его первичной и вторичной обмоток. С увеличением активных сопротивлений характеристика имеет больший наклон с оси абсцисс.

 

 

Рис.6.7.

 

Рассмотрим внешнюю характеристику выпрямителя при наличии емкостного фильтра. Эта характеристика выходит из точки с координатами (0, U_d0=), поскольку конденсатор фильтра заряжается до амплитудного напряжения U₂. При I_d>0 напряжение U_d уменьшается по двум причинам: ввиду падения напряжения на элементах схемы на этапе заряда конденсатора и меньшего напряжения на конденсаторе на этапе его разряда на нагрузку. С увеличением тока нагрузки снижение напряжения обусловливается главным образом более быстрым разрядом конденсатора вследствие уменьшения его постоянной времени τ.

 

Рис.6.8.

 

Кроме емкостного фильтра в выпрямителях может применяться Г-образный фильтр (индуктивно-емкостной). Внешняя характеристика выпрямителя с LC-фильтром имеет вид, рис.6.7. Внешняя характеристика состоит из двух участков: пологого и крутого. Пологий участок является рабочим участком внешней характеристики. Наклон характеристики будет более крутым, что связано с большими падениями напряжения в активных сопротивлениях дросселя фильтра.

Рассмотрим причины появления крутого участка на внешней характеристике выпрямителя с LC-фильтром. С этой целью более подробно рассмотрим кривую анодного тока диода при токе I_d2 , на пример для схемы с нулевым выводом трансформатора. При наличии фильтра ток, протекающий через диод, можно представить в виде импульса прямоугольной формы с амплитудой I_d2 , на которую накладывается переменная составляющая, обусловленная протеканием непрерывного пульсирующего тока через последовательную цепь из элементов L, C под действием переменной составляющей u_d.

Переменная составляющая определяется суммарным реактивным сопротивлением но, поскольку индуктивное сопротивление больше емкостного, переменная составляющая тока определяется преимущественно величиной L. Соотношение пульсирующих составляющих в кривой анодного тока для двух значений L показано на рис.6.8. При переходе к меньшей нагрузке амплитуда импульса анодного тока уменьшается, что обусловлено главным образом уменьшением тока I_d .

Режим работы выпрямителя, при котором при помощи фильтра происходит разделение тока на две составляющие возможен лишь до некоторого критического значения I_dkр. При I_d,<I_dкр режим работы выпрямителя изменяется (наступает режим разрыв анодного тока диодов). В этом режиме индуктивность является элементом цепи заряда конденсатора от вторичного напряжения U₂, вследствие чего напряжение на конденсаторе повышается. Наступает режим работы близкий к режиму работы с С- фильтром. При I_d=0 напряжение U_d=U_d0= ввиду заряда конденсатора до амплитудного значения напряжения U₂ Переход выпрямителя с LC -фильтром к режиму I_d<I_dкр (вблизи точки холостого хода) необходимо учитывать ввиду возможного полуторакратного повышения напряжения на нагрузке.