Робота випрямляча на навантаження з ємнісною реакцією

 

Розглянуті нерегульовані випрямлячі працюють на активне навантаження. Наявність нелінійних елементів ускладнює їх аналіз, тому нами використана ідеальна модель діода. Ще більш складні процеси протікають у випрямлячах при реактивному навантаженні.

Особливість таких режимів роботи полягає у тому, що в інтервали часу, коли діоди відкриті, в індуктивності накопичується магнітна, а в ємності – електрична енергія. При закритому діоді енергія надходить до навантаження. Коротко аналіз роботи випрямлячів на ємнісне та індуктивне навантаження буде проведений у підрозділах 1.5 і 1.6. 

Режим роботи з ємнісним навантаженням має місце тоді, коли паралельно активному навантаженню з метою зменшення пульсацій або за інших причин вмикають конденсатор. Проведемо аналіз роботи однопівперіодного випрямляча з навантаженням ємнісного характеру (рисунок 1.20). Часові діаграми його роботи наведено на рисунку 1.21 [3, 4, 7].

 

 

Рисунок 1.20 – Схема однопівперіодного випрямляча з RC -навантаженням

 

При позитивній напівхвилі напруги  у часовому інтервалі t1...t2 діод VD1 відкритий. По мірі зростання напруги конденсатор С заряджається. При цьому частина струму діода протікає і через навантаження.

Постійна часу заряду конденсатора дорівнює:

 

                                      ,

 

 де  – внутрішні опори діода та трансформатора.

 

 

Рисунок 1.21 – Часові діаграми роботи пристрою,

схема якого зображена на рисунку 1.20

 

Сума опорів є достатньо малою і діод може зазнавати перевантаження за струмом. Щоб цього не сталося, часто послідовно з діодом вмикають резистор з невеликим опором.

У момент часу t2 напруга на конденсаторі стає рівною вхідній напрузі , і далі в інтервалі t2... t3 конденсатор розряджається з постійною часу . Накопичений конденсатором заряд підтримує вихідну напругу.

Струм через діод при ємнісному навантаженні протікає на протязі часу, меншого, ніж половина періоду вхідної напруги. Вентиль працює з відсічкою. Кут відсічки являє собою добуток частоти на половину часу, на протязі якого через вентиль протікає струм:

                                         ,                                       (1.16)

де  – кругова частота струму мережі.

При зменшенні навантаження кут відсічки зменшується, а напруга на навантаженні збільшується і наближається до амплітудного значення напруги вторинної обмотки.

В практичних умовах, коли конденсатор виконує роль фільтра згладжування пульсацій, його ємність вибирають з умови:

 

                                        .                                      (1.17)

 

При цьому виконується нерівність .

Враховуючи, що вторинна обмотка трансформатора, вентиль та конденсатор увімкнені послідовно і при від’ємній півхвилі напруги вторинної обмотки та конденсатора додаються, то діод у такій схемі слід вибирати зі зворотною напругою, що дорівнює:

                           .                                             

 

При використанні m-фазного випрямляча кожна із фаз працює так, як в однофазному, і кількість циклів заряду і розряду конденсатора за один період складає m, а кут відсічки

                                          .

На основі аналізу роботи різних пристроїв випрямлення на ємнісне навантаження, в літературних джерелах [3, 4] зроблено наступні висновки:

в таких пристроях значно зменшується напруга пульсацій порівняно з роботою на активне навантаження; 

зменшується час протікання струму через вентилі;

гірше використовується трансформатор;

величина випрямленої напруги суттєво залежить від струму навантаження. Залежність тим більша, чим менша ємність конденсатора.

Ємнісне навантаження має місце при живленні споживачів малої потужності, які працюють при незмінному чи мало змінному навантаженні.