1.2. Выпрямители с активно-емкостной нагрузкой

Для придания нагрузке емкостного характера параллельно ей подключается конденсатор достаточно большой емкости (рис.1.5а). Временные диаграммы, поясняющие процессы, протекающие в схеме, показаны на рис.1.5б.

Заряженный конденсатор (полярность указана на рисунке) эквивалентен источнику напряжения. Поэтому состояние диода определяется алгебраической суммой напряжений на вторичной обмотке трансформатора и напряжения на конденсаторе:

Рис.1.5. Однополупериодная схема выпрямителя с активно-емкостной нагрузкой (а)

и временные диаграммы ее работы (б).

Пока U_Д  0, диод закрыт, и конденсатор С разряжается на нагрузку с постоянной времени . Напряжение на нагрузке уменьшается по экспоненциальному закону. В момент времени t₁ U_Д становится больше нуля, диод открывается, конденсатор С начинает заряжаться с постоянной времени , напряжение на нагрузке повышается. Через диод протекает ток заряда конденсатора и ток нагрузки. Заряд продолжается до момента времени t₂, когда при U_Д = 0 диод опять закрывается, и конденсатор вновь начнет разряжаться на сопротивление нагрузки. Таким образом, напряжение на нагрузке в течение всего периода значительно больше нуля, а изменение напряжения , каждое характеризует пульсации выпрямительного напряжения, значительно меньше, чем при работе выпрямителя на активную нагрузку. Ток диода и вторичной обмотки трансформатора существует в течение времени, меньшего, чем половина периода напряжения сети. Половину длительности импульса тока в радианной мере называют углом отсечки :

.

Ток диода является несинусоидальной периодической функцией времени и является суммой тока нагрузки и зарядного тока конденсатора. Постоянная составляющая тока диода является средним значением тока нагрузки I₀, а переменная составляющая замыкается через конденсатор С, сопротивление которого для основной гармоники тока диода значительно меньше сопротивления нагрузки. Как и в схеме с активной нагрузкой, ток вторичной обмотки трансформатора содержит постоянную составляющую, которая не трансформируется в первичную. Форма тока первичной обмотки трансформатора показана на рис.1.5б.

При уменьшении сопротивления нагрузки конденсатор при закрытом диоде разряжается быстрее, а заряжается с прежней постоянной времени, поэтому среднее значение напряжение на нагрузке уменьшается, угол отсечки увеличивается, пульсации напряжения увеличиваются (пунктирная линия U_С на рис.1.5б). При увеличении сопротивления нагрузки, наоборот, среднее значение напряжение на нагрузке увеличивается и в пределе при R_Н конденсатор заряжается до амплитудного значения напряжения вторичной обмотки трансформатора. Угол отсечки при этом стремится к нулю, пульсации напряжения уменьшаются. Таким образом, напряжение на нагрузке зависит от сопротивления нагрузки и может изменяться в пределах от 0 до E_2m.

В однополупериодной схеме выпрямителя с активно-емкостной нагрузкой допустимое значение тока диода должно быть больше тока нагрузки, а обратное напряжение должно удовлетворять условию:

U_{обр max} > 2 E_2m.

Д вухполупериодные схемы выпрямителей с активно-емкостной нагрузкой показаны на рис.1.6а,б, временные диаграммы, которые практически одинаковы для обоих схем – со средней точкой и мостовой – на рис.1.6в.

Рис.1.6. Двухполупериодные схемы с активно-емкостной нагрузкой (а, б)

и временные диаграммы их работы (в).

В двухполупериодных схемах с активно-емкостной нагрузкой процессы протекают так же, как и в однополупериодной схеме за исключением того, что заряд конденсатора С осуществляется два раза за период напряжения сети: один раз через диод VD1 (VD1 и VD3 для мостовой схемы) в положительный полупериод, второй раз через диод VD2 (VD2 и VD4) в отрицательный. За счет этого среднее значение напряжения на нагрузке по сравнению с однополупериодной схемой увеличивается лишь на (1520)%, величина напряжения также зависит от сопротивления нагрузки и также может изменяться в пределах от 0 до E_2m. Пульсации напряжения уменьшаются, частота пульсаций равна удвоенной частоте сети. Во вторичной обмотке трансформатора в обеих схемах отсутствует постоянное подмагничивание, поэтому ток первичной обмотки трансформатора имеет форму, показанную на рис.1.6в.

Каждый диод в двухполупериодной схеме обеспечивает среднее значение тока нагрузки за половину периода, поэтому

I_{пр доп} > ,

а обратное напряжение диода для схемы со средней точкой должно быть больше 2*E_2m , для мостовой – больше E_2m.

Поскольку в выпрямителях с активно-емкостной нагрузкой среднее значение напряжения на нагрузке зависит от сопротивления нагрузки, то расчет выпрямителей производится для конкретного значения сопротивления нагрузки.