
- •Введение
- •1. Выпрямители
- •1.1. Классификация и основные характеристики выпрямителей
- •Основные расчетные параметры схем выпрямления
- •1.2. Неуправляемые выпрямители
- •1.3. Особенности работы выпрямителей с различным характером нагрузки
- •1.4. Управляемые выпрямители
- •2. Инверторы, ведомые сетью
- •3. Импульсные преобразователи напряжения
- •3.1. Импульсные преобразователи постоянного напряжения (иппн)
- •3.2. Импульсные преобразователи переменного напряжения
- •4. Автономные инверторы
- •4.1. Автономные инверторы тока
- •4.2. Автономные инверторы напряжения
- •4.3. Резонансные инверторы
- •Список литературы
1.3. Особенности работы выпрямителей с различным характером нагрузки
Наличие реактивного элемента или источника электродвижущей силы (э.д.с.) на стороне постоянного тока существенно изменяет режим работы выпрямителя.
Рассмотрим сначала работу простейшей схемы однополупериодного выпрямителя с индуктивной нагрузкой (рис. 1.10а, б). На интервале 0 < ωt < π индуктивность Ld запасает энергию; на интервале < ω t < π+θ, после того как напряжение u2 приобретает отрицательную полярность, ток нагрузки продолжает протекать, поддерживаемый энергией, запасенной в индуктивности. Все это время диод VD открыт и к нагрузке приложено напряжение u2. В результате в кривой напряжения ud появляется участок с отрицательной полярностью.
а)
б)
Рис. 1.10
Длительность интервала θ определяется постоянной времени цепи нагрузки = Ld/ Rd.
Форму тока id качественно можно определить, рассматривая этот ток после включения диода VD, как сумму принужденной и свободной составляющих (рис. 1.11)
Рис. 1.11
Принцип действия двухполупериодного выпрямителя с индуктивной нагрузкой иллюстрируется рис. 1.12а, б.
При принятых допущениях коммутация (переход тока id с диода VD1 на диод VD2) происходит мгновенно. В результате форма напряжения ud такая же, как и при чисто активной нагрузке. Основной особенностью работы схемы является сглаживание тока нагрузки. В пределе при Ld все высшие гармоники тока id отфильтровываются индуктивностью и
.
Фильтрующие
свойства индуктивности улучшаются с
увеличением нагрузки выпрямителя, т.
к. при этом возрастает постоянная
времени
.
а)
б)
Рис. 1.12
Принцип
действия выпрямителя с активно-емкостной
нагрузкой иллюстрируется рис. 1.13а, б.
При работе выпрямителя на нагрузку с
емкостным характером имеют место два
интервала постоянства структуры схемы:
на одном (когда один из диодов открыт)
напряжение вторичной обмотки
трансформатора прикладывается к
нагрузке, конденсатор заряжается; на
другом (оба диода заперты) конденсатор
разряжается через нагрузку. Условие
отпирания диода (например, VD1):
.
а)
б)
Рис. 1.13
Соответственно,
на интервале ωt1<
ωt
< ωt2
открыт VD1,
конденсатор заряжается, к нагрузке
прикладывается напряжение u21
за вычетом падений напряжений на
вторичной обмотке трансформатора и
диоде VD1.
На интервале ωt2<
ωt
< ωt3
оба диода заперты: VD1
– потому что u21<
uc,
а VD2
– потому что u22<
0. Конденсатор разряжается через Rd,
напряжение на нагрузке изменяется по
экспоненте. Фильтрующие свойства
конденсатора улучшаются с уменьшением
нагрузки, т. к. при этом возрастает
постоянная времени
= RdCd.
В пределе при Cd
напряжение на нагрузке
.
Для анализа процессов на интервале проводимости 2θ (θ – угол отсечки) примем, что напряжение на конденсаторе uc= Uc(0)= const (рис. 1.14).
Рис. 1.14
Тогда ток через диод
,
где
- сопротивление
вторичной обмотки трансформатора;
сопротивление
диода в прямом направлении.
Учитывая, что на интервале ωt1 < ωt < ωt2
получим
.
Угол отсечки определяется числом фаз выпрямления и постоянной времени = RdCd. С уменьшением θ амплитуда импульса тока через вентиль возрастает: при θ 0 Iam . В практических схемах Iam = (3...8) Id.
Работа неуправляемого выпрямителя на нагрузку с противо-э.д.с (рис. 1.15а,б) имеет место при использовании выпрямителей в области электрохимии (электролиз, зарядка аккумуляторов) и электропривода постоянного тока.
а)
б)
Рис. 1.15
При работе на активную нагрузку с противо-э.д.с. (ключ К замкнут) схема работает в режиме прерывистого тока. При u21> Ed (или u22 > Ed) открыт соответствующий диод и к нагрузке приложено напряжение u21 (или u22). Если это условие не выполняется, то ud= Ed. Мгновенное значение тока в цепи нагрузки
.
Наличие индуктивности в цепи нагрузки (ключ К разомкнут) приводит к затягиванию тока через диоды. В режиме прерывистого тока (при сравнительно небольшой величине Ld) процессы в схеме иллюстрируются рис. 1.16. При дальнейшем увеличении индуктивности и переходе к режиму непрерывного тока процессы в схеме протекают так же, как при работе выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку (рис. 1.12). Изменяется лишь среднее значение выпрямленного тока:
.
Рис. 1.16