2.4.2 Работа выпрямителя на ёмкостную нагрузку

Рисунок 2.15 - Принципиальная схема выпрямителя с ёмкостной нагрузкой (а) и временные диаграммы (б)

Выпрямитель работает на ёмкостную нагрузку, если на его выходе подключен сглаживающий фильтр, начинающий с конденсатора или состоящий только из одного конденсатора. Сопротивление конденсатора для первой гармоники импульса должно быть мало по сравнению с

36

сопротивлением нагрузки.

Принцип работы. Конденсатор заряжается, когда диод VD открыт, а при закрытом диоде разряжается на нагрузку. К диоду подводится два напряжения U₂ и U_h =U_c. Когда U₂>Uс диод открыт, это в момент времени t₁ до t₂ . Напряжение на конденсаторе возрастает по экпоненциальному закону, а скорость нарастания зависит от постоянной времени цепи заряда конденсатора:

τ_з= C · R_в, ( 2.3 )

где R_в=R_i+r_тр- внутреннее сопротивление фазы выпрямителя ;

Ri - внутреннее сопротивление диода ;

r_тр - активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора с

учётом сопротивления первичной обмотки;

С - ёмкость конденсатора.

В интервале времени t₂ до t₃ напряжение U₂ <Uc и диод не проводит тока. В этом интервале времени конденсатор разряжается на сопротивлении нагрузки, причём ток в нагрузке имеет прежнее направление. Напряжение на конденсаторе уменьшается по экспоненциальному закону и скорость разряда зависит от постоянной времени цепи разряда конденсатора:

τ_р= C·R_h. ( 2.4 )

Ток в цепи нагрузки протекает весь период напряжения вто­ричной обмотки трансформатора.

Анализ работы схемы выпрямления. Из рисунка 2.15,б видно, что угол отсечки тока диода Θ тем меньше, чем больше постоянная времени τ_Р=С ·R_h и меньше τ_з = С·R_b.

Из сравнения графиков для токов i_в и i_н следует, что чем меньше угол Θ , тем больше должна быть максимальное значение тока i_в диода для обеспечения требуемой величины I_о. Увеличение максимального значения тока диода, а значит, и тока вторичной обмотки трансформатора требует увеличения мощности трансформатора. Поэтому для того чтобы выпрямленное напряжение на нагрузке меньше изменялась во времени, т.е. имело меньше пульсации, постоянная времени τ_р= С·R_h должна быть возможно больше. При заданной ёмкости конденсатора это легче обеспечить при большом сопротивлении нагрузки R_h, т.е. при малом токе нагрузки. Поэтому выпрямители с ёмкостной нагрузкой, как правило, применяются для маломощных устройств.

.

Обратное напряжение на диоде U_обр.м. складывается из отри­цательной полуволны напряжения на вторичной обмотке и напряжения на конденсаторе.

U_oбp.м.= U_2м +U_с.м , ( 2.5 )

Если пренебречь внутренним сопротивлением выпрямителя, то можно считать, что конденсатор заряжается до максимального значения напряжения вторичной обмотки трансформатора U_cм=U_2м, и тогда

37

U_oбp.= 2·U_2м . ( 2.6 )

Чем меньше коэффициент пульсации, тем меньше содержание в выпрямленном напряжении переменной составляющей, тем качественнее выпрямление. В состав выпрямленного напряжения первая (основная) гармоника имеет наибольшую амплитуду и наименьшую частоту.

Коэффициент пульсации большой, если он больше чем 10^-2 (больше 1%), средний, если он находится в пределах 10 ^-3...10 ^-2, и малый, если он меньше

10 ^-3.

Недостатки выпрямителей с ёмкостной нагрузкой:

• большое значение тока через диод ;

• большая габаритная мощность трансформатора;

• значительное обратное напряжение на диоде;

• резко выраженная зависимость выпрямленного напряжения от тока нагрузки ( ослабляется с ростом ёмкости фильтра).