19. Работа выпрямителей на нагрузку смешанного характера.

На идеально емкостную нагрузку выпрямитель работает относительно редко, а на идеально индуктивную - почти никогда. Наиболее широко используется совместное включение индуктивных и емкостных элементов на выходе выпрямителя по определенной схеме.

При включении реактивных элементов (L и С) по Г-образной схеме (рис. 4.15,а), необходимо, чтобы индуктивное сопротивление дросселя для низшей частоты пульсации (m) было много большим, чем емкостное сопротивление конденсатора, т. е. mL>>1/mC. В этом случае напряжение на конденсаторе практически постоянно и конденсатор не оказывает никакого влияния на режим работы выпрямителя. Режим работы выпрямителя в этом случае определяется индуктивностью дросселя и подобен работе выпрямителя на нагрузку индуктивного характера. Если индуктивное сопротивление дросселя будет меньше емкостного сопротивления конденсатора (mL<1/mC) для низшей частоты пульсации, то работа выпрямителя будет подобна работе на емкостную нагрузку, но амплитуда переменной составляющей в кривой выпрямленного напряжения окажется большей, чем при работе схемы на чисто емкостную нагрузку с неизменными параметрами. В дросселе с малой индуктивностью будет индуктироваться э. д. с. Самоиндукции

направленная встречно изменениям тока в дросселе. Эта э. д. с. понизит конечное напряжение разряда конденсатора (рис. 4.16.) и увеличит напряжение, до которого зарядится конденсатор.

Рис 4.15. Схемы включения индуктивностей и емкостей на выходе выпрямителя. а - Г-образная; б - П-образная.

Если на выходе выпрямителя конденсатор и индуктивность включены по П-образной схеме (рис. 4.15,б), то работа выпрямителя будет подобна работе на емкость, так как емкостное сопротивление входного конденсатора фильтра для низшей частоты пульсации (1/mC) много меньше сопротивления всех элементов, включенных после него, т.е. Переменная составляющая тока замкнется в основном через конденсатор C₁.

Таким образом, работа выпрямителя на смешанную нагрузку эквивалентна работе на индуктивность или на емкость в зависимости от схемы их соединения и соотношения сопротивлений для низшей частоты переменной составляющей выпрямленного напряжения.

Рис. 4.16- Кривые напряжения на выходе выпрямителя.

1 - при емкостной нагрузке; 2 - э. д. с. самоиндукции дросселя; 3 - выходное напряжение.

20. Коэффициент использования трансформатора в схемах выпрямителя. Коэффициент мощности. Кпд выпрямителя.

22. Мостовая схема выпрямления (схема Герца). Преимущества и недостатки этой схемы. Временные диаграммы при нагрузках различного характера.

В однофазной мостовой схеме к одной из диагоналей моста подключается источник переменного напряжения (вторичная обмотка трансформатора), а к другой – нагрузка.

В мостовой схеме диоды работают попарно: в течение одной половины периода сетевого напряжения ток протекает от вторичной обмотки трансформатора по цепи VD1, RН, VD2, а на втором полупериоде – по цепи VD3, RН, VD4, причем в каждом полупериоде через нагрузку ток проходит в одном направлении, что и обеспечивает выпрямление. Коммутация диодов происходит в моменты перехода переменного напряжения через нуль.

Рис.1. Однофазная мостовая схема выпрямления

Временные диаграммы для мостовой схемы, изображённы на рисунке 2.

У мостовой схемы в каждом полупериоде ток проходит одновременно через два диода (например, VD1, VD2), потому временные зависимости токов и напряжений будут принадлежать парам вентилей. Среднее значение напряжения на выходе выпрямителя

где U2 ─ действующее значение переменного напряжения на входе выпрямителя.

Рис. 2. Временные диаграммы работы однофазной мостовой схемы выпрямления: u2 – кривая входного переменного напряжения; iV1, iV2 – кривая тока диодов VD1 и VD2; uV1, uV2 – напряжение на диодах VD1 и VD2; iV3, iV4 – кривая тока диодов VD3 и VD4; uV3, uV4 – напряжение на диодах VD3 и VD4; iн – кривая тока нагрузки; uн – кривая напряжения на нагрузке

Действующее значение напряжения на входе выпрямителя

Среднее значение тока через диод в два раза меньше среднего значения тока нагрузки Id:

Максимальное значение тока, протекающего через диод

Действующее значение тока диода

Действующее значение переменного тока на входе выпрямителя

Максимальное обратное напряжение на диоде в непроводящую часть периода

Напряжение на нагрузке состоит из полусинусоид вторичного напряжения трансформатора, следующих одна за другой. После разложения в ряд Фурье напряжение такой формы можно представить в виде

Амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения с частотой 2ω

следовательно, коэффициент пульсации выпрямленного напряжения

Коэффициент трансформации трансформатора

Мощность первичной и вторичной обмоток вентильного трансформатора

Расчетная мощность трансформатора

В качестве недостатков однофазной мостовой схемы можно отметить: большее количество диодов и протекание тока в каждом полупериоде по двум диодам одновременно. Последнее свойство однофазных мостовых выпрямителей снижает их КПД из-за повышенного падения напряжения на полупроводниковых структурах вентилей. Это особенно заметно у низковольтных выпрямителей, работающих с большими токами.

Несмотря на отмеченные недостатки, мостовая схема выпрямления широко применяется на практике в однофазных выпрямителях различной мощности.

Наличие в цепи нагрузки индуктивности   существенно изменяет характер электромагнитных процессов в схеме. Так, после начала работы выпрямителя нарастание тока   в нагрузке будет происходить постепенно и тем медленнее, чем больше постоянная времени  .

При наличии индуктивности выпрямленный ток становится более сглаженным и не успевает доходить до нуля в моменты, когда выпрямленное напряжение становится равным нулю.

Рис.4. Диаграммы токов и напряжений двухполупериодного выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке и  ( )

 Недостаток двухполупериодной схемы заключается в трудности изготовления трансформатора с двумя симметричными полуобмотками.       Этого недостатка лишена мостовая схема выпрямления (рис. 3, а). а)