3.3.3 Работа выпрямителя при активно-емкостной нагрузке.
Такая нагрузка создается при использовании конденсатора С для сглаживания кривой выпрямленного напряжения.
Включение конденсатора параллельно нагрузке изменяет режим работы выпрямителя по сравнению с работой при активной и активно-индуктивной нагрузках. Работа схемы, обусловливаемая процессами заряда и разряда конденсатора, характеризуется импульсным режимом. В отличие от предыдущих режимов работы для отпирания вентиля V1 или V2 недостаточно только лишь изменения отрицательной полуволны напряжений u21 или u22 на положительную. Требуется, чтобы указанные напряжения превысили напряжение на конденсаторе С, определяющее потенциал катодов вентилей V1 и V2 и выходного напряжения ud (рис. 3.13).
Пусть на интервале 0 – 1 имеем u21 > 0, u22 < 0, и напряжение на конденсаторе ud > | u2|. На этом интервале оба вентиля закрыты. Вентиль V2 закрыт, поскольку u22 < 0, и к нему прикладывается обратное напряжение, равное u22 + ud. Вентиль V1 заперт вследствие того, что напряжение его катода относительно нулевой точки, определяемое напряжением ud, превышает напряжение анода, создаваемое вторичным напряжением u21. На интервале 0 – 1 нагрузка R и конденсатор С отделены запертыми вентилями от вторичных обмоток трансформатора.
Рис. 3.13. Временные диаграммы однофазного двухполупериодного
выпрямителя на активно-емкостную нагрузку
Питание нагрузки производится от конденсатора, разряжающегося по экспоненциальному закону с постоянной времени τ = RС. В момент времени 1 u21 = ud, и вентиль V1 открывается, подключая конденсатор и нагрузку к напряжению u21 вторичной обмотки трансформатора. Интервал 1 - 2 соответствует заряду конденсатора под действием u21. Процесс заряда конденсатора заканчивается в момент 2 , когда напряжение на нем становится равным напряжению u21.
На интервале 2 - 3 вентили V1 и V2 закрыты и происходит разряд конденсатора на нагрузку. В момент времени 3 напряжение u22 становится равным ud. Вентиль V2 открывается, и на интервале 3 - 4 пропускает импульс зарядного тока iV2 конденсатора. В последующем процессы в схеме повторяются.
Кривая напряжения ud более сглажена, чем в предыдущих режимах работы выпрямителя. При постоянной времени = (4 – 8) / fc коэффициент пульсации выходного напряжения не превышает 0,02 – 0,04.
В то время как при активной и активно-индуктивной нагрузках среднее значение напряжения Udi 0 = 0,9·U2, при наличии конденсатора напряжение Udi 0 равно амплитудному значению U2, т.е.
Udi 0 = 1,41U2 (3.22)
Обратное напряжение на вентиле определяется разностью напряжений u2 и ud, поэтому включение конденсатора приводит к увеличению интервала действия обратного напряжения. Однако максимальное значение URRM, как и в предыдущих режимах, не превышает 2 U2.
Рис. 3.14. Двухполупериодные схемы выпрямления с шунтирующим (нулевым) диодом:
нулевая (а), мостовая (б), временные диаграммы при = 0 (в) и 0 (г)