Особенности работы выпрямителей с емкостным фильтром

Выше рассматривалась работа вентильных комплектов на активную нагрузку. Однако наличие реактивных элементов в составе нагрузки существенно влияет на работу выпрямителя. Индуктивности и емкости на выходе выпрямителя появляются в связи с использованием пассивных фильтров, которые в своих схемах содержат дроссели и конденсаторы.

Рассмотрим особенности работы на примере однофазного нулевого выпрямителя (рис. 17), у которого параллельно нагрузке R_н включен конденсатор С.

С появлением напряжения питания u₂ (рис. 18) в момент θ₀ открывается вентиль V1, при этом начинается заряд конденсатора импульсом тока i_а1 с постоянной времени . Напряжение на конденсаторе возрастает на интервале θ₀ – θ₁ пока напряжение u₂ больше напряжения u_d. В момент θ₁ вентиль V1 закрывается. Конденсатор С начинает разряжаться на нагрузку R_н и напряжение на нём несколько снижается. Разряд конденсатора продолжается пока u₂<u_d на интервале θ₁ – θ₂.

Рис. 17. Схема однофазного нулевого выпрямителя с емкостным фильтром

В момент θ₂ меняется соотношение напряжений u_d<u₂ вентиль V2 открывается. Продолжается заряд конденсатора импульсом тока i_а2, сопровождаемый ростом напряжения u_d. Процесс заряда происходит на интервале θ₂ – θ₃. В момент θ₃ вентиль V2 закрывается. Далее процессы разряда и заряда чередуются, причем напряжение на конденсаторе и нагрузке u_d от периода к периоду будет увеличиваться.

Рис. 18. Эпюры напряжений и токов на элементах однофазного нулевого выпрямителя с емкостным фильтром

По мере возрастания напряжения длительность импульсов тока заряда конденсатора уменьшается λ₁'< λ₁ и λ₂'< λ₂ (рис. 18), а время разряда конденсатора увеличивается. По истечению некоторого времени напряжение u_d начинает изменяться около своего среднего установившегося уровня U_d .

Амплитудное значение анодного тока вентиля I_аm из за малого угла проводимости λ₁' и λ₂' в установившемся режиме может в 5…7 раз превосходить его среднее значение I_а (рис. 18). Это превышение ещё больше в момент включения схемы. Поэтому для ограничения начального броска зарядного тока конденсатора иногда дополнительно вводят ограничительный резистор r (рис. 17).

Величина нагрузки влияет на уровень напряжения U_d. Чем больше сопротивление R_н нагрузки, тем больше постоянная времени цепи разряда конденсатора и выше напряжения U_d. При холостом ходе, когда сопротивление нагрузки стремится к бесконечности, напряжение достигает амплитудное значение питающего напряжения U_d =U_2m=1,41U₂. С увеличением постоянной времени τ уменьшается пульсация выходного напряжения u_d.

Таким образом, работа выпрямителей на емкостную нагрузку, в отличие от работы на активную нагрузку, характеризуется следующими особенностями:
- большая амплитуда анодного тока вентилей особенно при включении схемы;
- малая длительность импульсов анодного тока и малые углы проводящего состояния вентилей;
- несимметричная форма импульсов анодного тока вентилей;
- повышенное значение выходного напряжения, которое может достигать амплитуды питающего напряжения;
- существенная зависимость выходного напряжения от сопротивления нагрузки;
- малая пульсация выходного напряжения.