7.2.6 Основные расчетные соотношения для выпрямителей с активной нагрузкой

Расчетные соотношения для рассмотренных схем выпрямителей можно получить из разложения в ряд Фурье напряжения на нагрузке, которое в общем виде имеет вид:

U_н = (m/)U_m2 sin(/m) + [2/(m² - 1)](m/)U_m2sin(/m)(cosmt + ₁) –

- 2/(4m² -1)(m/) ^. U_m2sin(/m)cos(2mt + ₂) +

+ 2/(9m² - 1)(m/) ^. U_m2 sin/mcos(3mt+ ₃)-..., (7.15)

где m – число импульсов тока в нагрузке за период;

₁, ₂ … _n – фаза соответствующей гармоники.

Действующее значение тока в фазной обмотке вторичной цепи трансформатора:

в однотактных схемах  

(7.16)

в двухтактных схемах

(7.17)

Действующее значение тока через вентиль:

в однотактных схемах I_в = I₂; (7.18)

в двухтактных схемах

. (7.19)

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения на нагрузке:

. (7.20)

Обратное напряжение диода в непроводящую часть периода в многофазных схемах определяется соотношением

U_обр.max =U₀ + U_2m  . (7.21)

Коэффициент пульсации находят из выражения

К_n  = 2/(m² - 1) . (7.22)

Результаты расчета по (7.15) ... (7.22) для основных параметров выпрямителей сведены в таблицу (7.2).

Наряду с рассмотренными, в современных устройствах электропитания, преимущественно в мощных выпрямителях, используют и более сложные схемы. Работа таких схем рассмотрена в Л.25.

Таблица 7.2 – Параметры выпрямителей

Схема	П а р а м е т р ы
	Iд	Iдm	Uобр	U2	I2	P2	I1	Кn
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Однофазная однотактная	1.57 I0	3.14 I0	3.14U0	2.22U0	1.57I0	3.51 P0	1.21I0/Ктр	1.57
Мостовая	0.78 I0	1.57 I0	1.57U0	1.11U0	1.11 I0	1.23P0	1.11I0/Ктр	0.67
Полумостовая	0.78 I0	1.57 I0	3.14U0	1.11U0	0.78 I0	1.48P0	1.11I0/Ктр	0.67
Трехфазная однотактная	0.58 I0	1.21 I0	2.1 U0	0.85U0	0.58 I0	1.35P0	0.47I0/Ктр	0.25
Трехфазная двухтактная	0.58 I0	1.05 I0	1.05U0	0.43U0	0.82 I0	1.05P0	0.82I0/Ктр	0.057

7.2.7 Работа выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку

Действие активно-индуктивной нагрузки на выпрямитель связано не только с потреблением энергии постоянного тока, но и возникновением ЭДС самоиндукции. Это усложняет процессы включения и выключения диодов, так как нагрузка влияет на режим работы выпрямителя. Рассмотрим более подробно влияние индуктивной нагрузки на работу выпрямителя на примере однофазной однополупериодной схемы. Схема выпрямителя приведена на рисунке 7.7а.

Диод VD можно рассматривать как ключ, подключающий нагрузку в каждый положительный полупериод синусоиды. За счет явления самоиндукции при включении ток в нагрузке будет нарастать медленнее, по сравнению с активной нагрузкой, отставая от питающего напряжения, а при выключении – уменьшаться быстрее, но с некоторым запаздыванием по отношению к U₀ (рисунок 7.7б).

а б

а – схема; б – диаграммы токов и напряжений

Рисунок 7.7 – Работа выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку

В результате влияние индуктивности приводит к тому, что время протекания тока через диод станет больше Т/2. Кроме того, постоянная составляющая напряжения в этом случае будет меньше по сравнению с чисто активной нагрузкой. Постоянную составляющую можно определить из соотношения

. (7.23)

Время протекания тока через диод () зависит от соотношения L_н/R_н; с его ростом  возрастает (кривые 1, 2, 3). Кроме того, в форме кривой напряжения на нагрузке за счет ЭДС самоиндукции появляется участок отрицательного напряжения. При достаточно больших L_н/R_н () в однополупериодной схеме выпрямления не будет. Поэтому однофазную однополупериодную схему при индуктивном характере нагрузки применять нецелесообразно. В двухтактных и многофазных схемах, например полумостовая (рисунок 7.4), при t =  диод VD1 закрывается, а VD2 открывается, так как потенциал его анода выше, чем катода. Форма импульсов тока через диоды близка к прямоугольной и, следовательно, уровень пульсации небольшой.