книги / Элементы промышленной электроники

нескольких периодов. Дальнейшее изменение напряжения на за­ жимах цепи диод-конденсатор при отсутствии цепи нагрузки RH не будет влиять на величину установившегося напряжения на емкости, вследствие чего ток в цепи конденсатора в любой из полупериодов протекать не будет.

При наличии цепи нагрузки (рис. 4—8) работа схемы проте­ кает несколько по другому. Если к моменту подключения на­ грузки Ян конденсатор был заряжен до некоторого напряжения Uc, то при включении нагрузки в непроводящий полупериод проис­ ходит разряд конденсатор с одновременным снижением напря­ жения на нем.

Вследствие этого, в течение некоторого времени в проводящий полупериод напряжение на вторичной обмотке трансформатора оказывается большим, чем напряжение на обкладках конденсато­ р а ^ он будет заряжаться до выравнивания этих напряжений за счет тока заряда. Далее процесс будет повторяться. Когда напря­ жение на вторичной обмотке трансформатора превышает напря­ жение на конденсаторе и имеет полярность, при которой вентиль находится в проводящем состоянии, конденсатор заряжается и по нему протекает зарядный ток /3.

Процесс заряда конденсатора продолжается до тех пор, пока напряжение на зажимах конденсатора ис не станет равным напряжению на вторичной обмотке трансформатора м2.

При этом напряжение на конденсаторе может достигнуть

тока конденсатора и тока через нагрузку.

При уменьшении напряжения и2 на вторичной обмотке транс­ форматора вентиль переходит в непроводящее состояние и ток, протекающий через него снижается до нуля, поскольку поляр­ ность на вентиле при этом меняется на обратную, так как с этого

ис > и2 (рис. 4—8). Начнется процесс разряда конденсатора. При этом ток разряда конденсатора 1рДцепь разрядного тока конденсатора указана на рис. 4—7 пунктирными стрелками) будет протекать только через нагрузочное сопротивление Rui поддерживая более высокое напряжение на нагрузке в течение более длительного интервала времени, чем при отсутствии кон­ денсатора С фильтра.

В процессе разряда напряжение на конденсаторе (на нагрузке)

63

пости с ферромагнитным сердечником), включаемый последо­ вательно с нагрузочным сопротивлением, — так называемый индуктивный фильтр (рис. 4—9).

Рис. 4-9. Схема однонолупериодного выпрями­ теля однофазного переменного тока с индук­ тивным фильтром.

Сущность работы индуктивного фильтра заключается в сле­ дующем. Для переменных составляющих выпрямленного тока дроссель, обладающий значительной индуктивностью, пред­ ставляет большое сопротивление xL = 2nfL^ вследствие чего величина переменной составляющей тока в цепи нагрузки будет ограничена до весьма малых величин. Причем, действие дрос­ сельного фильтра (также как и емкостного фильтра) будет тем более эффективным, чем выше порядок гармонической состав­ ляющей выпрямленного тока. Поскольку дроссель обычно обла­ дает сравнительно малым активным сопротивлением, оно прак­ тически почти не оказывает влияния на величину выпрямленного тока

В этом случае переменная составляющая напряжения на вы­

В данном случае индуктивность можно рассматривать как своеобразный накопитель, в котором электромагнитная энергия накапливается, когда выпрямленный ток в цепи превышает сред­ нее свое значение, и который отдает запасенную энергию, когда ток стремится уменьшиться ниже этой величины. В результате действия индуктивного фильтра уменьшаются пульсации выпрям­ ленного тока в цепи. При этом, если пренебречь активным со­ противлением катушки индуктивности, можно считать, что сред­ нее значение выпрямленного напряжения на нагрузке будет иметь ту же величину, что и при отсутствии фильтра.

Так, для схемы рис. 4-^-9 среднее выпрямленное значение на­

65

мгновенное значение наиболее выраженной переменной состав­ ляющей напряжения на нагрузке (т. е. на выходе фильтра).

Это означает, что чем меньше сопротивление нагрузки R„ и, следовательно, чем больше нагрузочный ток, тем лучше сглажи­ вание тока и напряжения в схеме с индуктивным фильтром. Про­ исходит явление, обратное тому, которое имело место в схеме с емкостным фильтром. Обычно индуктивный фильтр применяет­ ся в схемах выпрямления с большими значениями выпрямлен­ ного тока, в частности, в схемах многофазного выпрямления с

во многих случаях не удается получить достаточно малой вели-* чины коэффициента пульсаций, что необходимо при питании вы­ прямленным напряжением большинства радиоэлектронных уст­ ройств. Поэтому в этих случаях вынуждены применять более сложные, так называемые комбинированные фильтры, состоящие из индуктивностей и емкостей, соединенных в Г-образные или П-образные звенья (рис. 4 - -11).

Рис. 4-11. Схемы комбинированных фильтров.

а— «Г» — образный фильтр;

б— «П» — образный фильтр.

Всхеме Г-образного фильтра (рис. 4— 11а) индуктивность уменьшает амплитуды переменных составляющих выпрямлен­ ного тока, а емкость шунтирует нагрузку по этим составляющим. Совместное действие индуктивности и емкости в схеме позво­ ляет получить значительно меньшие коэффициенты пульсаций на нагрузке, чем при раздельном использовании их. При этом, поскольку индуктивность обеспечивает достаточно хорошее сгла­ живание при больших токах нагрузки, а емкость — при малых

токах, то совместное действие их оказывается эффективным во всех случаях. Однако необходимо иметь в виду, что при малых токах нагрузки режим работы выпрямительных вентилей в ос­

67

новном определяется емкостью фильтра, так как энергия, запа­ саема.*: в индуктивности, при этом будет мала и поэтому влияние индуктивности в этом случае будет незначительным. При боль­ ших токах нагрузки, влияние индуктивности возрастает. Однако, наряду с этим увеличивается падение напряжения на активном сопротивлении дросселя, вследствие чего уменьшается величина среднего выпрямленного напряжения на нагрузке.

г) П-образиый фильтр

П-образный фильтр может быть получен включением на вход Т-образного фильтра конденсатора Сфi . Таким образом Я-образный фильтр можно рассматривать как некоторый комби­ нированный фильтр, состоящий из простейшего емкостного фильтра СФ1 и Т-образного фильтра Тф— Сф2. Первый конден­ сатор Сф1 фильтра не только сглаживает пульсации, но и значи­ тельно повышает постоянную составляющую выпрямленного напряжения. Процессы, происходящие в звене СФ1 при работе Я-образного фильтра сходны с процессами, описанными при рассмотрении простейшего емкостного фильтра.

Пульсации, имеющие место на выходе фильтра Сф1, допол­ нительно сглаживаются затем Т-образным фильтром. В резуль­ тате подобной двойной фильтрации коэффициент пульсаций на нагрузке при применении Я-образного фильтра будет меньше, а постоянная составляющая выпрямленного напряжения на нагрузке будет выше, чем в схеме с Т-образным фильтром.

Необходимо отметить, что при применении Я-образного фильтра вентили выпрямительных устройств,так же как и в схеме с простейшим емкостным фильтром, будут работать в импульс­ ном режиме. Поэтому выбор вентилей для выпрямителей с Я-об- разными фильтрами должен производиться по критериям, свой­ ственным для вентилей выпрямителя с простейшим емкостным фильтром.

5. Бестрансформаторнын выпрямитель с удвоением напряжения

Для питания маломощных устройств радиоэлектронной аппа­ ратуры постоянным током широкое применение в настоящее время получили выпрямительные бестрансформаторные схемы с умножением напряжения, с помощью которых можно полу­ чить выпрямленное напряжение в несколько раз большее, чем переменное напряжение питающей сети. На рис. 4— 12 представ­ лена схема бестрансформаторного выпрямителя с удвоением напряжения питающей сети. В этой схеме использованы два одно­ типных полупроводниковых диода D{ и D2 и два конденсатора

68

полярности входного напряжения происходит дозаряд конденсасатора С2 и разряд конденсатора С2, При этом разрядный ток конденсатора Су будет протекать по нагрузке в том же направ­ лении, что и разрядный ток конденсатора С2. Напряжение на нагрузке в рассматриваемой схеме определяется суммой напря­ жений на конденсаторах Сх и С2 и во времени будет пульсирую­ щим. В следствии того, что конденсаторы в схеме рис. 4— 12 заряжаются поочередно через каждую половину периода, пуль­ сации напряжения на нагрузке в этой схеме получаются такими же, как и в двухполупериодной схеме выпрямления с емкостным фильтром. Поскольку при заряде одного из конденсаторов, второй конденсатор разряжается, то суммарна; напряжение на них всегда будет меньше удвоенной амплитуды входного пере­ менного напряжения.

Чтобы значение постоянной составляющей напряжения на шгрузке возможно меньше отличалось от значения, равного 'Ulm, емкости конденсаторов С1 и С2 должны быть выбраны со­ ответственно большими.

Бестрансформаторный выпрямитель рис. 4— 12 предназначен для непосредственного включения в сеть переменного тока с на­ пряжением, максимальное значение которого меньше величины требуемого выпрямленного напряжения. При необходимости получения других значений выпрямленного напряжения эта схема может быть использована с применением повышающего или понижающего трансформатора, включаемого на вход такого выпрямителя.

6. Управляемое выпрямление

При необходимости изменения величины выпрямленного тока и напряжения выпрямительные схемы выполняются с приме­ нением трехэлектродных вакуумных, ионных или полупроводни­ ковых управляемых приборов.

При построении схем управляемого выпрямления на средние и большие мощности, чаще' всего используются ионные и полу­ проводниковые управляемые приборы. В данном разделе рас­ сматривается работа схемы управляемого выпрямления с при­ менением ионных трехэлектродных приборов (тиратронов), ра­ ботающих в режиме дугового разряда.

Наличие управляющей сетки позволяет управлять моментом возникновения дугового разряда между анодом и катодом тира­ трона, что дает возможность бесконтактного регулирования вы­ прямленного тока в выпрямительных схемах. Однако сетка тира­ трона, как известно, не позволяет управлять его током. С по­ мощью сетки можно изменять только среднее значение анодного тока путем изменения момента зажигания тиратрона. Управ-

70