Работа выпрямителя на ёмкостный фильтр

Схема однофазного мостового выпрямителя малой мощности представлена на рис. 4.2, временные диаграммы токов и напряжений на рис. 4.3. Работа выпрямителя в установившемся режиме характеризуется двумя интервалами - интервалом заряда конденсатора, когда ЭДС вторичной обмотки трансформатора больше напряжения на конденсаторе С и через диоды VD1, VD4 (VD2, VD3) проходит ток, и интервалом разряда конденсатора на сопротивление нагрузки, когда ЭДС вторичной обмотки трансформатора меньше напряжения на конденсаторе С и ток через диоды не проходит.

Рис. 4.2. Однофазный мостовой выпрямитель при активно-емкостной нагрузке

Напряжение на конденсаторе в период заряда повышается, а в период разряда понижается. Половину интервала, в течение которого через диоды протекает ток, принято называть углом отсечки q. В мостовой схеме полный цикл заряда конденсатора происходит за половину периода питающего напряжения. В результате кривая выпрямленного напряжения получается сглаженной.

Для вывода основных расчетных соотношений применим упрощенную методику анализа, полагая, что величина емкости конденсатора бесконечно велика. При таком допущении пульсации выпрямленного напряжения отсутствуют, напряжение на конденсаторе остается неизменным, равным U_d. Такой режим возникает при работе выпрямителя на противо ЭДС при заряде аккумулятора.

Пульсирующий ток i’ при принятых допущениях распределится по параллельным ветвям следующим образом: переменная составляющая пройдет через конденсатор, представляющий бесконечно малое сопротивление для всех гармоник тока, а постоянная составляющая – через нагрузку R_н. Ток нагрузки будет постоянным по величине, равным среднему значению пульсирующего тока i’.

В период заряда конденсатора (-q £ J £ +q) ток в диодах

,

где и , а .

Ток нагрузки

. (4.6)

Подставляя в выражение (4.6) значение , получим

. (4.7)

Величина А(q) в выражении (4.7) является функцией угла отсечки

. (4.8)

Численное значение функции можно определить из выражения

,

где величина R_н обычно известна, а r выбирается ориентировочно, в зависимости от мощности трансформатора и типа вентилей выпрямителя.

Все основные электрические параметры схемы могут быть выражены как функции угла отсечки либо величины А(q).

Максимальное значение тока в диоде ,

где .

Рис. 4.3. Временные диаграммы токов и напряжений мостового выпрямителя

при работе на активно-ёмкостную нагрузку

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора

,

где .

Действующее значение ЭДС вторичной обмотки ,

где .

Мощность вторичной обмотки трансформатора

.

Мощность S₂ максимальна при q = 37⁰, поэтому следует выбирать режимы работы выпрямителя при значении угла q = 35…45⁰, что соответствует А(q) = 0,1…0,2. При этом мощность вторичной обмотки S₂ и типовая мощность трансформатора S_Т будут равны.