Особенности работы выпрямителей на активно-индуктивную нагрузку

Наличие в выходной цепи выпрямителя индуктивности, обусловленной нагрузкой или дросселем, входящем в состав фильтра, влияет на процессы происходящие в выпрямителе. Индуктивность препятствует изменению тока, поэтому ток отстает при изменении напряжения.

Рассмотрим, какие проявляются особенности в работе выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку по сравнению с режимом работы на активную нагрузку на примере однофазного мостового выпрямителя (рис. 21).

При положительной полуволне напряжения u₂ ток i_d по нагрузке протекает через вентили V1 и V4. Вентили V2 и V3 в это время закрыты обратным напряжением. С изменением полярности напряжения u₂ ток i_d переходит на вентили V2 и V3, а вентили V1 и V4 закрываются. Оба полупериода к нагрузке подключаются полуволны напряжения u₂ в неизменной полярности, формируя пульсирующее напряжение на нагрузке u_d (рис. 22).

Если нагрузка носит активный характер (L_н=0), то ток i_d^(R) (рис. 22) повторяет форму напряжения u_d, а первичный i₁^(R) и вторичный i₂^(R) токи трансформатора имеют синусоидальную форму.

Рис. 21. Схема однофазного мостового выпрямителя с активно-индуктивной нагрузкой

Если в выходной цепи выпрямителя появляется индуктивность (L_н≠0), то она препятствует изменению тока i_d ^{(R -L)} (рис. 22) и ток в нагрузке не будет успевать следовать за напряжением u_d. В результате ток i_d ^{(R -L)} будет сглаживаться. Первичный i₁^{(R -L)} и вторичный i₂^{(R -L)} токи трансформатора приобретают форму импульсов.

В случае, когда индуктивность доминирует (Х_L=ω_пL_н>10R_н), ток i_d^(L) (рис.22) протекающий по нагрузке практически перестает пульсировать. Он оказывается идеально сглаженным и равным среднему значению i_d =I_d. Передача активной мощности в нагрузку переменными составляющими тока не происходит. Ярко выраженный эффект сглаживания приводит к тому, что анодные токи диодов, первичный i₁^(L) и вторичный i₂^(L) токи (рис.22) трансформатора приобретают форму прямоугольных импульсов.

При активно-индуктивной нагрузке угол λ проводящего состояния вентилей, как и при активной нагрузке, остается равным π, поэтому в любой момент времени напряжение u_d на нагрузке повторяет форму вторичного напряжения u₂ (рис. 22) трансформатора.

Таким образом, режим работы выпрямителей на активно-индуктивную нагрузку, характеризуется следующим:
- наблюдается эффект сглаживания тока нагрузки, а анодные токи вентилей, первичный и вторичный токи трансформатора приобретают форму импульсов;
- выпрямленное напряжения пульсирует, а его кривая на полупериоде повторяет форму питающего напряжения;
- при большой индуктивности нагрузки (Х_L=ω_пL_н>10R_н) анодные токи вентилей, первичный и вторичный токи трансформатора приобретают форму прямоугольных импульсов;
- при большой индуктивности нагрузки (Х_L=ω_пL_н>10R_н) выпрямленный ток оказывается идеально сглаженным, а его мгновенное значение равно среднему значению тока i_d =I_d; угол λ проводящего состояния вентилей равен π.

Рис. 22. Эпюры токов и напряжений при работе выпрямителя на активную (R), активно-индуктивную (R-L) и индуктивную (L) нагрузку