Работа однофазного двухполупериодного выпрямителя с l и lc-фильтрами (Рис.3.3)

Выбор параметров фильтра мы уже рассмотрели выше (см. п.3.2). При расчёте и выборе остальных элементов схемы Рис.3.3 допол-нительно полагают ток в катушке дросселя идеально сглажен-ным, а токи в диодах и в обмотках трансформатора прямоуголь-ными с длительностью  = . В этом случае величина э.д.с. вен-тильного комплекта E_do и соотношения для среднего значения то-

ка нагрузки I_d, среднего значения тока диодов I_а и максимального напряжения U_{b max} сохраняются такими же, как и при отсутствии дросселя.

Рис. 3.3 Нулевая а) и мостовая б) схемы однофазных выпрямителей с LC фильтрами, осциллограммы токов и напряжений соответственно в) и г) в нулевой схеме, д) и е) в мостовой; выпрямленный ток и напряжение – синяя кривая; напряжение и ток сети - зелёная кривая; напряжение и ток диода – красная кривая.

. Изменяются лишь действующие значения токов во вторичной и в первичной обмотках трансформатора:

 для нулевой схемы , 

|   для мостовой,  (3-12) для обеих схем |

выпрямителей 

И, следовательно, типовая мощность трансформатора:

для нулевой схемы выпрямителя

U₁I₁+2E₂I₂ [1,11 E_do К_т I_н/ K_т] +2[1,11 E_do I_н /2]

S_т =  =  = 1,34 Р_do

2 2

(3-13)

и, соответственно для мостовой схемы

U₁I₁+E₂I₂ [1,11 E_do К_т I_н/ K_т] +[1,11 E_do I_н ]

S_т =  =  = 1,11 Р_do

2. 2

(3-14)

В таблицу 3.2 для удобства сведены основные расчётные соотношения для однофазных двухполупериодных схем выпрямителей с L- или LC-фильтрами.

Таблица 2

Схема с нулевым выводом	Мостовая схема
Ud = Edo = 0,9 E2 E2 = 1,11 Ud = 1,11 Edo , Ub max = π Edo =2√2 E2 I2 = Id/√2 Ia = Id /2, I1= Id/ Kт. Ia max = Id , Pтр = 1,34 Рdo .	Ud = Edo = 0,9 E2 E2 = 1,11 Ud = 1,11 Edo, Ub max = π Edo/2 =√2 E2 I2 = Id, Ia = Id /2, I1= Id/ Kт, Ia max = Id , Pтр = 1,11 Рdo .

Применение фильтра, сглаживающего ток однофазного двух-полупериодного выпрямителя, улучшает использование (на 11%) согласующего трансформатора, (сравни значения S_т по (2-7) и (3-13) для нулевой схемы и (2-15) и (3-14) для мостовой). Однако при идеальном сглаживании форма тока, потребляемого вентиль-ным комплектом из сети, становится несинусоидальной и вслед-ствие этого ухудшаются условия электромагнитной совместимо-сти выпрямителя с питающей сетью.

Сопротивление катушки дросселя увеличивает внутреннее сопротивление выпрямителя r_экв. Потери напряжения в нём и наклон его внешней характеристики также возрастают. Если ток нагрузки уменьшается (например, за счёт увеличивающегося R), то сглаживающее действие индуктивности L_ф снижается и режим работы выпрямителя приближается к уже рассмотренному в п.2.2 и 2.3 случаю (см. гл.2).

В схеме с LC- фильтром при уменьшении тока I_н в работе вентильного комплекта возможно появление режима прерывис-того тока. Связано это с тем, что реальный выходной ток комп-лекта сглажен всё же не идеально. Пульсирующая (переменная) составляющая в токе, выделенная синим цветом на диаграмме Рис.3.4б, мало зависит от величины R_н, так как замыкается глав-ным образом через емкость фильтра, реактивное сопротивление которой 1/m_cС много меньше R_н.

С уменьшением I_н (увеличением R_н) возникает сначала гранич-ный режим предельно непрерывного тока I_{н гр}, когда амплитуда переменной составляющей в токе дросселя становится равной её постоянной (Рис.3.4б). При дальнейшем уменьшении I_н в токе дросселя появляются бестоковые паузы (Рис.3.4в). В зоне прерывистых токов вплоть до I_н = 0 (R = ) становится круче наклон внешней характеристики выпрямителя. Выходное напряжение с уменьшением I_н более резко возрастает и при I_н=0 конденсатор фильтра заряжается до амплитудного значения U_d=2E₂ =Е_m (Рис.3.5).

Режим прерывистого тока нежелателен в источниках вторич-ного электропитания, так как выходное напряжение выпрямите-ля в этом режиме сильно возрастает с уменьшением тока нагрузки. В маломощных источниках от этого режима избавляют-ся с помощью балластного резистора. R_б  U_d / I_{н гр} , включаемого параллельно нагрузке.

а)

в )

Рис. 3.4 Осциллограммы напряжений а) и токов б) и в) в однофазной схеме выпрямителя.

Кривые зелёного цвета – напряжение и ток сети, красного цвета – напряжение и ток диода D1, синего цвета – напряжение и ток нагрузки. На осциллограмме б) устанавливается граничный ток, на осциллограмме в) – прерывистый. Осциллограммы получены путём виртуального моделирования выпрямителей в системе MATLAB.

Рис. 3.5 Внешняя (нагрузочная) характеристика выпрямителя.