Работа выпрямителей на активно-ёмкостную нагрузку.

В случае нагрузки, начинающейся с ёмкости (рис.3а), работа выпрямителя имеет следующие особенности. Конденсатор C_ф заряжается в те части положительных полупериодов, когда напряжение U₂ возрастает (рис.9.) и затем, разряжается на сопротивление R_н , заполняя провалы в выпрямленном напряжении, т.е. сглаживая его пульсации. Разряд продолжается до тех пор, пока напряжение на конденсаторе U_c=U_н не сравняется с возрастающим напряжением U₂. Далее снова начинает протекать ток i_a через вентили, и конденсатор дополнительно подзаряжается. Особенность этого вида нагрузки заключается в том, что ток, протекающий через вентили, имеет прерывистый (импульсный) характер (рис. 9), причём время протекания тока составляет лишь некоторую часть длительности полупериода напряжения U₂ . Половина времени, в течении которого протекает ток в вентиле, принято называть углом отсечки (рис.9). Этот угол зависит от сопротивления нагрузки. Увеличение R_н приводит к уменьшению тока нагрузки i_н и замедлению разрядки конденсатора. Угол отсечки при этом уменьшается, а кривая выпрямленного напряжения получается более сглаженной. Следовательно, фильтрующее действие ёмкости C_ф проявляется наиболее сильно в слаботочных (маломощных) схемах выпрямителей. Поэтому нагрузку, начинающуюся с ёмкости, не следует применять при средних (Р>1кВт) и больших ( Р> 100 кВт) мощностях.

Угол отсечки является трансцендентной функцией параметров схемы /2/:

А( )= tg - ; А( )= . (6.1)

Численное значение функции А( ) не трудно вычислить, т.к. величина R_н обычно известна, а r_а и R_т выбираются ориентировочно в зависимости от мощности трансформатора и типа вентилей выпрямителя. По значению функции А( ) с помощью графика (рис.10а) определяется угол отсечки . Все прочие расчётные параметры схемы (рис.3а) выражаются либо как функции угла отсечки , либо через величину А( ) /2/.

Параметры трансформатора:

Действующее значение напряжения на вторичной обмотке:

U₂=B U_d , (6.2)

где коэффициент B является функцией угла отсечки.

Действующее значение тока вторичной обмотки:

I₂= ^. D, (6.3)

где D – функция угла отсечки. Для однофазной мостовой схемы:

I₂= ^. D. (6.4)

Действующее значение тока первичной обмотки равно:

- для двухполупериодной схемы

I₁= ; (6.5)

- для однофазной мостовой схемы

I₁= ; (6.6)

Расчётная мощность трансформатора:

- для двухполупериодной схемы

Р_т=2 Р_d . (6.7)

-для однофазной мостовой схемы

Р_т=1,66 Р_d . (6.8)

Параметры вентиля:

Максимальное значение тока вентиля:

I_a.м.= ^. (6.9)

где F- функция угла отсечки. Среднее значение тока вентиля:

I_a= ^. (6.10)

Максимальное значение обратного напряжения:

U_о.м. = 2,65 U_d . (6.11)

для однофазной мостовой схемы:

U_о.м. = 1,33 U_d . (6.12)

Ёмкость конденсатора С_ф определяется из условия получения заданного коэффициента пульсаций К_п по формуле:

C= (мкФ) (6.13)

Для частоты f_c=50 Гц коэффициент пульсаций принимают обычно равным 0,1…0,15. Положив значение К_п равным 0,1 , получаем простую формулу для оценки минимально допустимой ёмкости конденсатора:

С_мин.= (мкФ). (6.14)

В уравнениях (6.13) и (6.14) ёмкость С выражена в микрофарадах, частота f в герцах, сопротивления r_a, R_т и R_н – в Омах.

Коэффициенты B, D, F, H являются функцией угла отсечки, поэтому их можно выразить через параметр А. Графики соответствующих зависимостей приведены на рис. 10 б..д. График обобщенной внешней характеристики выпрямителя

cos = f [(sin - ^. cos )/ ], (6.15)

изображён на рис.10е. Видно, что внешняя характеристика крутопадающая, поэтому не следует использовать выпрямители для питания потребителей с переменной нагрузкой, т.к. напряжение U_d будет меняться по величине. Внешнюю характеристику реального выпрямителя можно построить следующим образом: масштаб по оси ординат графика рис.10е необходимо умножить на U₂, а по оси абсцисс – на m . Результаты, полученные в настоящем разделе, сведены в таблицу 3.

Таблица 3.

Параметры схем выпрямления при нагрузке, начинающейся с ёмкости.

Схема	m	U2	Uо.м.	fо.г.	Ia	Iа.м.	I2	I1	PT
однополупе- риодная		B.Ud	2,65Ud	fc	Id	Id.F	Id.D		2,25
двухполупе- риодная с нулём		B.Ud	2,65Ud	2fc	Id/2	Id.F/2	Id.D/2
однофазная мостовая		B.Ud	1,33Ud	2fc	Id/2	Id.F/2			1,66