1.1.3. Работа выпрямителя при активно-ёмкостной нагрузке

А

Рис. 1.6. Выпрямитель с нулевым выводом при активно-ёмкостной нагрузке

ктивно-ёмкостная нагрузка выпрямителя создается путем параллельного подключения к сопротивлению нагрузки конденсатора С, сглаживающего пульсации выпрямленного напряжения (рис. 1.6). В этом случае конденсатор С играет роль фильтра напряжения.

Диаграммы, поясняющие работу выпрямителя, показаны на рис. 1.7, а, б, в, г, д, е. В отличие от ранее рассмотренных схем выпрямителей очередность работы вентилей и определяется не только напряжением вторичных обмоток и , но и напряжением на конденсаторе С. Вентиль выпрямителя будет находиться в проводящем состоянии, если напряжение вторичной обмотки трансформатора, подключенное к его аноду, будет превышать напряжение конденсатора, которое определяет потенциал катода вентиля. При параллельном подключении конденсатора к нагрузке напряжение на конденсаторе С определяет величину и форму напряжения нагрузки .

Рассмотрим работу выпрямителя на отдельных временных интервалах. При­нимаем, что в начальный момент времени  = 0 конденсатор С заряжен до неко­торого напряжения (рис. 1.7, в), полярность которого показана на рис. 1.6.

В первом полупериоде работы выпрямителя 0 –  (полярности напряжений и показаны на рис. 1.6 без скобок) на интервале 0 – ₁ оба вентиля выпрямителя находятся в непроводящем состоянии. К вентилю прикладывается обратное напряжение: на анод поступает отрицательное напряжением , катод вентиля находится под положительным напряжением конденсатора: . На этом интервале напряжение конденсатора превышает напряжения обмотки трансформатора: (рис. 1.7, в), поэтому потенциал катода вентиля ( ) превышает потенциал на его аноде ( ). Такая полярность напряжения для вентиля также является обратной и приводит к его закрытию. Таким образом, на интервале 0 – ₁ нагрузка и конденсатор С отключены от вторичных обмоток трансформатора закрытыми диодами и .

Рис. 1.7. Диаграммы работы выпрямителя при активно-ёмкостной нагрузке

Ток в цепи нагрузки протекает под действием напряжения конденсатора , который разряжается с постоянной времени: . В это время напряжение на конденсаторе уменьшается по экспоненциальному закону: .

В момент времени напряжение становится выше напряжения конденсатора (рис. 1.7, в), поэтому потенциал анода вентиля становится выше потенциала катода, и он переходит в проводящее состояние. Открытый вентиль подключает цепь нагрузки к обмотке трансформатора на интервале , и через цепь протекает ток заряда конденсатора от напряжения . Вследствие падения напряжения на вентиле напряжение на обкладках заряжающегося конденсатора несколько меньше напряжения трансформатора . Ток заряда конденсатора, совпадающий с формой тока вентиля , имеет вид импульсов тока с амплитудой . Такой же по форме ток ( – коэффициент трансформации трансформатора) протекает через первичную обмотку трансформатора (рис. 1.7, а).

Заряд конденсатора заканчивается в момент , когда напряжение обмотки трансформатора вновь становится меньше напряжения конденсатора , из-за этого закрывается вентиль и отключает цепь нагрузки от обмотки трансформатора с напряжением . На интервале напряжение конденсатора превышает напряжение обмотки трансформатора, поэтому оба вентиля выпрямителя находятся в закрытом состоянии. На этом интервале ток в цепи нагрузки поддерживается за счет напряжения разряжающегося конденсатора С.

Во втором полупериоде полярность напряжения на обмотках трансформатора меняет знак (показано на рис. 1.6 в скобках), поэтому в момент положительное напряжение становится выше напряжения конденсатора , благодаря чему через открытый вентиль выпрямителя происходит заряд конденсатора от обмотки трансформатора с напряжением в течение интервала времени . В это время через первичную обмотку трансформатора протекает импульс тока , совпадающий по знаку с напряжением . После закрытия вентиля процессы в схеме выпрямителя повторяются.

Из рис. 1.7, в следует, что, благодаря конденсатору С, форма напряжения на нагрузке становится более сглаженной и выгодно отличается от напряжения при чисто активной нагрузке. Поскольку ток нагрузки , то форма тока также становится сглаженной. Помимо этого, кривая выпрямленного напряжения проходит вблизи амплитудных значений напряжений обмоток трансформатора (рис. 1.7, в). В режиме холостого хода среднее значение выпрямленного напряжения определяется амплитудным значением напряжения обмотки трансформатора: . В зависимости от величины постоянной времени цепи нагрузки напряжение может находиться в пределах:

. (1.39)

Левая часть формулы обычно соответствует малой величине ёмкости конденсатора С, правая часть описывает работу выпрямителя с .

Поскольку заряд конденсатора С, осуществляемый через вентили выпрямителя, происходит в течение сравнительно коротких интервалов времени, ток вентилей выпрямителя (рис. 1.7 г, д) имеет вид коротких импульсов с амплитудой . На рис. 1.7 г, д для сравнения показана кривая тока вентиля при чисто активной нагрузке. Потребляемый выпрямителем ток (рис. 1.7, а) также имеет импульсный характер, что приводит к ухудшению качества потребляемого тока.

Напряжение на закрытом вентиле определяется разностью напряжений (потенциал анода) и напряжением на его катоде. Разность этих напряжений показана на рис. 1.7, б в виде вертикальных линий, проведенных между кривыми напряжений и на интервале . Перенося отрезки этих прямых на диаграмму и соединяя их плавной линией, получим на рис. 1.7, е кривую напряжения на вентиле . Из рис. 1.7, б следует, что при максимальная величина обратного напряжения определяется двойной амплитудой напряжения обмоток трансформатора:

. (1.40)

При практическом использовании схемы описанного выпрямителя следует принять во внимание то обстоятельство, что форма напряжения на нагрузке в значительной степени определяется величиной ее сопротивления. Уменьшение вызывает повышенные пульсации в форме выпрямленного напряжения , поэтому мощность такого выпрямителя ограничивается несколькими десятками ватт. К тому же форма потребляемого тока значительно отличается от синусоиды, что вызывает снижение коэффициента мощности преобразователя.