5.5. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ И РАСЧЕТА ВЫПРЯМИТЕЛЯ С ЕМКОСТНЫМ ФИЛЬТРОМ

При работе на нагрузку, потребляющую небольшие токи от выпрямителя, часто используют фильтры, начинающиеся с конденсатора; в наиболее простом виде — это С-фильтры. Такие фильтры для выпрямителя представляют емкостную нагрузку, которая заметно изменяет характер процессов в вентильном комплекте.

При включении выпрямителя рис. 5.6, а напряжение конденсаторе и нагрузке от периода к периоду будет увеличиваться (рис. ).

Рис. 5.6. Однофазный нулевой выпрямитель с емкостным фильтром (а) и временные диаграммы напряжений и токов выпрямителя

На интервалах, когда , например при вентиль V1 отпирается и конденсатор заряжается импульсом тока (рис. 5.6, в). При этом разность напряжений прикладывается к сопротивлению , равному сумме сопротивления вентиля и приведенного суммарного сопротивления обмоток трансформатору, Когда при , вентиль запирается и конденсатор частично разряжается на нагрузку.

По мере увеличения напряжения длительность импульса тока заряда конденсатора уменьшается, а время разряда конденсатора увеличивается, поэтому спустя некоторое время напряжение начнет изменяться около своего среднего установившегося уровня

Амплитудное значение тока вентиля из-за малого времени проводимости в установившемся режиме может в 5—7 раз превосходить его среднее значение (рис. 5.6, в). При включении схемы это превышение еще больше и для ограничения начального броска зарядного тока конденсатора иногда вводят дополнительное ограничивающее сопротивление , которое вместе с конденсатором образует Г-образный -фильтр (см. рис. 5.5,г).

Чем больше сопротивление нагрузки , тем больше постоянная времени цепи разряда конденсатора и выше , которое при холостом ходе равно . С увеличением уменьшается пульсация выходного напряжения.

Таким образом, при емкостной нагрузке выпрямитель отличают по сравнению с выпрямителем с активной нагрузкой:

малая длительность и большая амплитуда анодного тока;

увеличенное выходное напряжение;

малые пульсации выходного напряжения;

сильная зависимость среднего значения выходного напряжения от сопротивления нагрузки.

Расчет выпрямителя с С-фильтром производят методом Терентьева, при котором пренебрегают пульсациями выходного напряжения, считая, что выпрямитель работает на неизменную противо-ЭДС (рис. 5.7, а). При таком допущении импульс анодного тока симметричен.

Рис. 5.7. Диаграммы напряжений и токов при работе выпрямителя на противо-ЭДС (а) и зависимости расчетных коэффициентов от параметра А (б)

Обозначим его длительность , где угол назовем углом отсечки анодного тока. Мгновенное значение анодного тока может быть определено по падению напряжения на резисторе , через который протекает этот ток:

Здесь напряжение на вторичной обмотке трансформатора , а напряжение на нагрузке может быть выражено через угол отсечки (рис. 5.7,а).

Подставим в (5.9):

Среднее значение тока нагрузки

где А — расчетный коэффициент, зависящий от угла .

Порядок расчета выпрямителя следующий: 1) по известным и определяют А; 2) находят ; 3) определяют все токи и напряжения в выпрямителе. Для удобства расчета используют вспомогательные эффициенты В, F и D, являющиеся функциями коэффициента А. Расчетные соотношения для однофазных выпрямителей имеют следующий вид;

Нулевая схема Мостовая схема

Коэффициент пульсации выходного напряжения определяется через коэффициент , где С — в микрофарадах.

На рис. 5,7,б приведены зависимости В, D, F, Н от коэффициента А.

Пример расчета. Рассчитать однофазный выпрямитель с С-фильтром, если . Схема вентильного комплекта — мостовая. Определить параметры тилей , трансформатора и емкость фильтра С,

Из графиков для находим . Тогда

Выпрямители с емкостным фильтром выгодно использовать при высокоомной нагрузке, когда большая постоянная времени достигается при сравнительно небольших С, при этом обеспечивается хороший гармонический состав выходного напряжения выпрямителя.

Рис. 5.8. Схема удвоителя напряжения

Рис. 5.9. Внешиие характеристики маломощных выпрямителей

Особой разновидностью выпрямителей с С-фильтром являются схемы выпрямления с умножением напряжения, используемые при работе на высокоомную нагрузку. Эти устройства позволяют получить на нагрузке напряжения в несколько раз большие, чем напряжения, которые обеспечивают выпрямители, рассмотренные выше. На рис. 5.8 приведена схема с удвоением напряжения.

При положительной полуволне сетевого напряжения на аноде V1 положительное напряжение, вентиль V1 открыт и через него заряжается конденсатор до напряжения, близкого амплитудному напряжению сети . Разряд конденсатора через нагрузочную цепь происходит очень медленно, т. к, нагрузочная цепь — высокоомная. При отрицательной полуволне сетевого напряжения открыт диод V2 и конденсатор заряжается так же до напряжения, близкого амплитуде сетевого напряжения . Таким образом, напряжение на нагрузке достигает . При подключении устройства к сети 220 В .

Умножители напряжения, содержащие дополнительные диодно-конденсаторные цепочки, позволяют получать еще большие напряжения на нагрузке.