4.3. Работа выпрямителя на ёмкостную нагрузку

В качестве основы берем ту же схему Миткевича (Рис.4.6)

Рис. 4.6. Однотактный выпрямитель для трёхфазной сети переменного тока

Считаем что трансформатор идеальный, т.е. Rтр=0; Xтр=0; вентили идеальны. Схема совершенно симметрична. Временная зависимость тока на нагрузке представлена на рисунке 4.7.

Рис. 4.7. Зависимость тока от времени

Емкость мгновенно (в идеальном случае) заряжается до напряжения в фазе и напряжение на емкости будет, изменяется в соответствие с ЭДС по достижении его максимального значения. При уменьшении напряжения в фазе емкость разряжается на нагрузку по экспоненциальному закону и если напряжение на ней выше, чем в фазе, вентиль закрывается разностью этих воздействий.

Принято оценивать длительность импульса тока угловой мерой , где - угол отсечки.

Если мы увеличиваем нагрузку, то длительность импульса тока уменьшается и наоборот.

Особенностью работы выпрямителя на емкостную нагрузку является то, что напряжение на выходе выпрямителя представляет собой сравнительно сложную функцию, составленную из периодически чередующихся отрезков косинусов и экспоненты (Рис. 4.8).

а) в)

Рис. 4.8. Зависимость напряжения U₀ от времени

- длительность импульса тока вентиле за отведенное время для работы фазы _{составляет:}

(4.25)

При прочих требованиях к току в нагрузке, ток через вентиль в импульсном режиме, соответствующем емкостному характеру нагрузки, имеет большую амплитуду, чем в случае чисто активного сопротивления нагрузки.

Таким образом, требования к пропускной способности вентиля по току при работе на емкостную нагрузку, существенно увеличивается против случая с активной нагрузкой, что является платой за достигаемое сглаживание пульсаций.

4.4. Работа выпрямителя на нагрузку индуктивного характера

На рисунке 4.9 представлена схема выпрямителя, работающего на индуктивную нагрузку и характеристики, иллюстрирующие его работу.

Рис 4.9. Выпрямитель, работающий на индуктивную нагрузку и его характеристики.

При использовании сглаживающих дросселей в качестве первого элемента фильтра выпрямитель работает на индуктивную нагрузку . Это существенно изменит режим работы схемы. Обратимся к однополупериодной схеме. (Рис. 4.9). При включении дросселя в однополупериодную схему ЭДС. самоиндукции дросселя препятствует нарастанию и снижению тока. Протекание тока через вентиль происходит и в течение некоторой части отрицательного полупериода за счет того, что ЭДС. самоиндукции компенсирует отрицательное напряжение . Продолжительность протекания тока зависит от величины . Вентиль открыт большую часть времени, и выходное напряжение спадает до нуля, т.е. пульсации практически не уменьшаются. Поэтому в однополупериодных выпрямителях такие фильтры не применяются. Анализ работы такой схемы интересен с точки зрения учета индуктивности рассеяния обмоток трансформатора.

Работа двухполупериодных и многофазных выпрямителей на - нагрузку существенно отличается от работы однополупериодной схемы. В этих схемах вентили работают поочередно, поэтому к моменту перехода тока с одного вентиля на другой его величина имеет не нулевое, а другое определенное значение. В качестве примера рассмотрим работу однофазной двухполупериодной схемы выпрямления с нулевым выводом на - нагрузку. Из-за влияния ЭДС. самоиндукции ток вентиля достигает своего максимального значения не в тот момент, когда , а несколько позже (Рис. 4.10, 4.11).

Рис. 4.10. Временные диаграммы токов и напряжения на вентиле и нагрузке

. (4.26)

Пульсации U₀ уменьшаются, I_{a max} уменьшается, I_max ≈ I₀. Типовая мощность трансформатора меньше, а длительность работы вентилей та же, как при активной нагрузке. Обычно индуктивность дросселя достаточно велика и пульсации токов I_a и I₀ очень незначительны. Однако на работу мощных выпрямителей оказывает влияние индуктивность рассеяния вторичных обмоток трансформатора. Они соединены непосредственно с вентилями, а поскольку, согласно закону коммутации, скачкообразные изменения тока в цепях с индуктивностями не возможны, ток через открывающийся вентиль будет нарастать плавно, а через закрывающийся - плавно спадать.

Рис. 4.11. Диаграммы тока на вентиле

Угол, при котором работают оба вентиля, (Рис.4.11) называется углом перекрытия фаз. Он тем больше, чем больше L_s и I₀. Эти коммутационные процессы приводят к тому, что:

1) несколько уменьшается выходное напряжение U₀;

2) переменные составляющие выпрямленного напряжения нарастают; U₀ уменьшается на величину

, (4.27)

так как ωL>>R_н, амплитуда основной гармоники:

, (4.28)

коэффициент пульсаций равен:

, (4.29)

Амплитуда переменной составляющей выходного тока:

(4.30)

Если включается LCR нагрузка, то при изменении R_н характер ее может меняться. При возрастании R_н критическим значениям тока нагрузки будет такое, когда он, уменьшаясь, достигнет I_0min = I_m2. Начиная с этого момента и при последующем уменьшении, I₀ будет наблюдаться разрывность тока через дроссель, а это значит, что выпрямитель будет переходить в режим работы на емкостную нагрузку.

(4.31)

Критическое значение индуктивности дросселя:

(4.32)

Для обеспечения индуктивного характера нагрузки индуктивного дросселя должна быть больше L_кр.