Однофазные схемы выпрямления с емкостной нагрузкой

Схема однофазного однотактного выпрямителя с емкостным фильтром приведена на рис. 1а. Действие схемы сводится к следующему. При первом включении выпрямителя, когда напряжение на конденсаторе С равно нулю, ток в вентиле В возникает в момент, когда на аноде вентиля образуется положительный потенциал любой величины. При возникновении ток велик и ограничивается только полным сопротивлением выпрямителя, но по мере заряда конденсатора С этот ток уменьшается, а напряжение на конденсаторе возрастает. Заряд конденсатора прекращается, когда напряжение на нем достигает максимального значения напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора. Одновременно с этим исчезает ток в вентиле, и начинается разряд конденсатора на сопротивление нагрузки. Прекращение тока через вентиль обусловлено тем, что напряжение на конденсаторе оказывается больше напряжения на вторичной обмотке трансформатора и потенциал анода вентиля становится отрицательным относительно катода, если напряжение на вторичной обмотке трансформатора изменяется по синусоидальному закону (рис. 1б). Описываемый процесс несколько иной при выпрямлении тока, изменяющегося по закону, отличному от синусоидального.

Однофазная однотактная схема выпрямления
Рис. 1. Однофазная однотактная схема выпрямления:
а — с емкостной нагрузкой; б — графики тока и напряжения; в — с накопительной емкостью

По мере разряда конденсатора на нагрузку R_n напряжение на нем падает и при определенных величинах R_n и C или при определенной величине постоянной времени разряда конденсатора tau_p = C R_n оно может оказаться еще достаточно высоким ко времени начала второго периода выпрямленного тока. Тогда вентиль будет пропускать ток только в том случае, если положительное напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора станет больше напряжения на конденсаторе, потому что только при этом потенциал анода вентиля будет положительным относительно катода. Из сказанного следует, что время прохождения тока через вентиль В намного меньше полупериода выпрямленного тока. Практически емкость конденсатора C и сопротивление нагрузки R_n выбирают так, чтобы ток протекал через вентиль только в течение (0,1—0,2) Т, где Т — период выпрямляемого тока, а в остальную часть периода вентиль заперт.
Процесс выпрямления синусоидального тока показан на графике рис. 1б. Очевидно, что увеличение емкости конденсатора C при неизменном сопротивлении нагрузки R_n приведет к меньшему разряду конденсатора за период и среднее значение напряжения U_o на нем и нагрузке возрастет. Одновременно с этим уменьшится и пульсация напряжения на нагрузке, т. е. разность между максимальным и минимальным значениями напряжений на нагрузке.
Как видно из рис. 1а, при отсутствии тока в вентиле к нему приложено обратное напряжение Uобр. равное сумме напряжений на конденсаторе и вторичной обмотке трансформатора, т. е.
Uобр.макс = U2макс + UСмакс approx 2U2макс = 2,82U2.
Создаваемое при этом на вентиле обратное напряжение существенно ухудшает работу выпрямителя. Серьезным недостатком выпрямителя является и большая величина действующего значения тока, проходящего через вентиль и вторичную обмотку трансформатора во время заряда конденсатора C. Практически этот ток в 3—3,5 раза больше тока нагрузки.
Если нужно выпрямить ток импульсного характера с малой длительностью, то процесс выпрямления при этом будет иной. При выпрямлении импульсов тока прямоугольной формы с малой длительностью может оказаться, что выпрямленным током одного импульса конденсатор С не зарядится полностью, а за время отсутствия импульса выпрямляемого тока конденсатор полностью разрядится. Очевидно, что для этого случая схема рис. а неприемлема и целесообразнее использовать схему рис. 1в, которая может быть названа схемой выпрямления с накопительной, емкостью.
Если постоянная времени заряда конденсатора С1 (tau = C_1 R_B, где R_B — сопротивление цепи выпрямления) будет малой, а постоянная времени разряда конденсатора через сопротивление R(tau = C_1 R) большой, то каждый раз при выпрямлении импульса тока конденсатор С1 будет заряжаться и напряжение на нем накапливаться. При 5—10 зарядах конденсатора напряжение на нем может достигнуть достаточной величины, почти равной амплитуде импульса напряжения на вторичной обмотке трансформатора.
По мере заряда конденсатора С1 будет заряжаться и конденсатор С2 с постоянной времени заряда tau = R C_2 и постоянной времени разряда на нагрузку tau = C_2 R_n - Обычно постоянная времени разряда конденсатора на нагрузку намного меньше постоянной времени заряда. Поэтому выпрямитель работает в импульсном режиме, создавая импульсы напряжения постоянного тока на сопротивлении нагрузки. Так, например, если нагрузкой выпрямителя служит газоразрядная лампа, то разряд конденсатора произойдет в момент, когда напряжение на нем станет равным напряжению зажигания газоразрядной лампы. При этом разряд быстро закончится, так как при понижении напряжения на конденсаторе до напряжения меньшего напряжения погасания разряд прекратится и сопротивление лампы резко возрастет.
Наряду с описанным импульсным режимом работы выпрямителя на нагрузку возможны и другие режимы. Один из таких режимов работы можно представить в следующем виде: сопротивление нагрузки R_n велико и не меняется, вследствие этого конденсатор С2 все время разряжается небольшим током, а заряд накопительного конденсатора происходит импульсами тока с большой амплитудой. И в этом случае режим работы выпрямителя и его элементов определяется соотношением времен заряда и разряда.

Схемы однофазных двухтактных выпрямителей
Рис. 2. Схемы однофазных двухтактных выпрямителей:
а — со средней точкой; б — мостовая; в — графики тока и напряжения

Схемы однофазного двухтактного выпрямления с емкостной нагрузкой показаны на рис. 2. Обе схемы применимы лишь для выпрямления переменного тока и непригодны для выпрямления однополярных импульсов тока, так как в этом случае одна половина схемы бездействует.
Схему рис 2а редко применяют в преобразователях тока, так как обмотка трансформатора усложняется. Работа этой схемы отличается от работы однотактной схемы. В этой схеме каждый вентиль поочередно отпирается и запирается каждые полпериода выпрямляемого тока. При отпирании одного из вентилей конденсатор заряжается, а при запирании разряжается на нагрузку R_n. Конденсатор заряжается дважды за период выпрямляемого тока, поэтому выпрямленный ток и напряжение на нагрузке пульсируют с удвоенной частотой и разность между максимальным и минимальным значениями на конденсаторе уменьшается, т. е. снижается величина пульсаций напряжения на нагрузке.
Схема рис. 2б называется схемой однофазного моста. Ее часто используют в преобразователях тока при не очень высоком напряжении и относительно большом токе нагрузки. Такое преимущественное применение схемы с указанными ограничениями связано с тем, что в сочетании с мостовой схемой- выпрямления наилучшим образом используется обмотка трансформатора, что дает возможность выполнить его компактным. Действие схемы сводится к следующему. В течение части одного полупериода выпрямляемого тока конденсатор С заряжается током, протекающим через вентили В, я В3, а в течение части другого полу периода — через вентили В2 и В4 - При этом ток через сопротивление нагрузки R_n значительно меньше тока заряда конденсатора С. При отсутствии тока через вентили конденсатор разряжается через сопротивление R_n. Если бы оказалось, что конденсатор С успевал очень быстро разряжаться на сопротивление нагрузки и к моменту изменения полярности напряжения на вторичной обмотке трансформатора на конденсаторе напряжение падало до нуля, тогда ток протекал бы поочередно через последовательно включенные вентили B1 и B3 (либо В2 и В4) в течение всего полупериода выпрямляемого тока. Практически этого никогда не бывает. Из приведенного описания работы схем рис. 2 следует, что характер изменений тока и напряжений в отдельных частях схемы представляется графиками рис. 2в. Здесь u_2 характеризует изменение напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора, u_c — напряжение на конденсаторе при заряде и разряде, i_3 — ток заряда конденсатора, равный току через каждый вентиль, u_n — напряжение на нагрузке, U0 — постоянная составляющая выпрямленного напряжения, Uп.макс — амплитуда переменной составляющей напряжения на нагрузке.

Отправить комментарий

Содержание этого поля является приватным и не предназначено к показу.
  • Доступны HTML теги: <a> <em> <strong> <i> <b> <cite> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd> <img> <h1> <h2> <h3> <h4> <h5> <h6> <p> <sub> <sup> <table> <tr> <th> <td>
  • Адреса страниц и электронной почты автоматически преобразуются в ссылки.
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.
  • Freelinking helps you easily create HTML links. Links take the form of [[indicator:target|Title]]. By default (no indicator): Link to a local node by title
  • При выводе кода вы можете использовать следущие теги: <code>, <blockcode>, <asm>, <asp>, <c>, <cpp>, <delphi>, <java>, <javascript>, <matlab>, <mpasm>, <mysql>, <pascal>, <php>, <python>, <ruby>, <vb>, <z80>. Код будет выведен в отдельном блоке с использованием подсветки синтаксиса.
  • Для вывода математических формул в формате latex используйте [m]формула[/m]

Подробнее о форматировании

CAPTCHA на основе изображений
Enter the characters shown in the image.


Добавить закладку в Google