3.4. Влияние характера нагрузки на работу выпрямителей

В реальных условиях выпрямители редко работают на чисто активную нагрузку. В большинстве случаев между схемой вы­прямления и нагрузкой включен фильтр, содержащий индуктив­ности и емкости, которые можно рассматривать как часть нагрузки. При буферной системе питания выпрямитель оказывается нагруженным на встречную э. д. с., а при замене аккумуляторов батареей конденсаторов нагрузка оказывается емкостной. Часто сама на­грузка содержит элементы с индуктивностью и емкостью. Таким образом, в реальных условиях выпрямитель может работать на нагрузку, состоящую из активного сопротивления и емкости (на­грузка с емкостной реакцией) или активного сопротивления и ин­дуктивности (нагрузка с индуктивной реакцией), или активного сопротивления и источника э. д. с. (нагрузка на встречную э. д. с.). Возможна работа выпрямителя и на смешанную нагрузку. Наличие индуктивных и емкостных сопротивлений, а также встречной э. д. с. существенно сказывается на физические процессы при выпрямлении. На эти процессы значительное влияние оказывают активные и реактивные сопротивления внутри схем выпрямления, • а также асимметрия питающих напряжений и сопротивлений элементов схем.

3.5. Схемы выпрямления с умножением напряжения

Схемами умножения напряжения называют выпрямительные схемы, выходное напряжение которых в несколько раз больше амплитудного напряжения вторичной обмотки трансформатора. В качестве дополнительных источников э. д. с. в этих схемах исполь­зуют конденсаторы, периодически заряжаемые с помощью диодов.

Простейшей из схем умножения напряжения является однополупериодная схема удвоения (рисунок 3.24), состоящая из элементов, образующих два однополупериодных выпрямителя. Первый из этих выпрямителей состоит из диода VD1, конденсатора C1 и резистора R1, а второй - из конденсатора С1, диода VD2, конденсатора С2 и нагрузки R_н.

В течение полупериода, когда потенциал точки а отрицательный, а потенциал точки б -положительный, конденсатор С1 заряжается через диод VD1 и ограничивающий резистор R1 до напряжения U_2т. В течение следующего полупериода, когда потенциал точки а ста­новится положительным, а потенциал точки б - отрицательным, вторичная обмотка трансформатора Т оказывается соединенной с конденсатором С1 таким образом, что напряжение их сумми­руется. Под воздействием этого напряжения конденсатор С2 заряжается через диод VD2 до напряжения 2U_2т- Конденсатор С2 заряжается только 1 раз за период, поэтому схема является однополупериодной. От обычной однополупериодной схемы с емкостной нагрузкой эта схема отличается удвоенным значением выходного напряжения.

Основным недостатком схемы является то, что частота пуль­сации в ней равна частоте питающего напряжения.

Двухполупериодная схема выпрямления с удвоением напряже­ния (рисунок 3.25) состоит как бы из двух однополупериодных выпрямителей, соединенных между собой последовательно и работающих на одну общую нагрузку. Первый выпрямитель состоит из диода VD1 и конденсатора С1, а второй выпря­миттель - из диода VD2 и конденсатора С2. Нагрузка R_н включена параллельно двум последовательно соединенным конденсаторам С1 и С2.

Рисунок 3.24 – Однополупериодная схема удвоения

Рисунок 3.25 – Двухполупериодная схема удвоения (а) и зависимости напряжений и токов от времени (б-д)

В течение одного полупериода напряжения на вторичной обмотке трансформатора Т, когда в точке а положительный потенциал, а в точке б - отрицательный, конденсатор С1 заряжается

через диод VD1 почти до напряжения U_2m, а в течение следующего полупериода через диод VD2 заряжается конденсатор С2 также почти до напряжения U_2т. Так как конденсаторы С1 и С2 соединены последовательно, то на нагрузке будет напряжение почти 2U_2т.

Вынужденное намагничивание сердечника трансформатора Т отсутствует и выпрямление двухполупериодное, а частота пуль­сации в 2 раза выше частоты питающего напряжения.

По сравнению с другими схемами двухполупериодного выпрям­ления основным преимуществом схемы удвоения является воз­можность получения напряжения в 2 раза большего, чем в мостовой схеме выпрямления, и в 4 раза большего, чем в двухполупериодной схеме выпрямления при одном и том же напряжении вторичной обмотки трансформатора.

К недостаткам схем удвоения относится значительное выходное сопротивление выпрямителя.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Из каких основных элементов состоит выпрямитель и каково назначение этих элементов?

2. Какими основными параметрами характеризуются выпрямительные диоды?

3. Когда диоды включают в схемы параллельно и когда последовательно?

4. По каким признакам классифицируются выпрямители?

5. Какие параметры необходимы для проектирования выпрямителей?

6. Каков принцип работы и основные параметры схем выпрямления?

7. Как сказывается емкостный и индуктивный характер нагрузки на работу схем выпрямления?

8. В чем заключаются особенности работы выпрямителя на встречную э.д. с.?

9. Как влияет индуктивность рассеяния обмоток трансформатора на работу выпрямителя?

10. В чем заключается принцип работы выпрямителя с умножением напря­жения?