Внешние характеристики выпрямителей

Изменение величины сопротивления R_н и характера нагрузки вызывает изменение тока I_н нагрузки, что в свою очередь приводит к изменению выходного напряжения U_н. Поведение напряжения на выходе выпрямителя анализируется по внешней характеристике.

Внешняя или нагрузочная характеристика выпрямителя – это зависимость среднего значения выпрямленного от среднего значения выпрямленного тока U_н=f(I_н).

Степень изменения выходного напряжения оценивается по коэффициенту статизма К_с. который определяется по выражению К_с =(U_н0-U_нн)/U_н.ном,
где U_н0 – напряжение на выходе выпрямителя при холостом ходе;
U_нн – напряжение на выходе выпрямителя при номинальной нагрузке;
U_н.ном – номинальное напряжение на выходе выпрямителя.

Внешняя характеристика идеального источника представляет собой прямую линию с нулевым коэффициентом статизма (рис. 22, линия 1).

Если в выпрямителе используется L-фильтр или фильтр отсутствует, то форма его внешней характеристики близка к линейной, а коэффициент статизма невелик (рис. 22, линия 2). Внешняя характеристика в этом случае может быть описана выражением: U_н= Е_н- NΔU_а- I_нR_вн,

где Е_н – внутренняя ЭДС выпрямителя равная среднему значению выпрямленного напряжения для идеального источника питания. Для однофазных двухполупериодных выпрямителей Е_н =0,9U₂, для трехфазного нулевого выпрямителя – Е_н =1,17U₂, для трехфазного мостового выпрямителя – Е_н =2,34U₂;

N – число вентилей, через которые одновременно протекает ток. Для нулевого выпрямителя N=1, для мостового выпрямителя N=2;

ΔU_а – прямое падение напряжения на вентиле. Оно зависит от типа вентиля и в первую очередь от полупроводникового материала который в нем использован;

R_вн – внутренне активное сопротивление выпрямителя. Оно равно сумме приведенного к вторичной стороне трансформатора активного сопротивления обмоток и сопротивления потерь сглаживающего дросселя.

Рис. 22. Внешние характеристики выпрямителя: 1 – идеального; 2 – без фильтра и с L-фильтром; 3 – с LС-фильтром; 4 – с С-фильтром

В рассматриваемом режиме работы выпрямителя снижение напряжения при увеличении тока (рис. 22, линия 2) объясняется потерями в трансформаторе, вентилях и в дросселе фильтра, которые относительно малы.

Если выпрямитель работает с С-фильтром, то внешняя характеристика приобретает крутопадающий характер (рис. 22, кривая 4) с большим коэффициентом статизма. Выходное напряжение при холостом ходе равно амплитуде питающего напряжения U_н0= 2^0,5U₂. При уменьшении R_н повышается интенсивность разряда конденсатора из-за уменьшения постоянной времени разряда конденсатора, что влечет за собой снижение напряжения. Разряд конденсатора происходит между импульсами анодного тока в бестоковые паузы, поскольку угол открытого состояния вентиля λ<π и зависит от R_н.

Если выпрямитель работает LС-фильтром, то внешняя характеристика имеет два характерных участка (рис. 22, кривая 3). Пограничным является критический ток нагрузки I_нк. При малых токах I_н< I_нк доминирует емкость. Ток выпрямителя имеет прерывистый характер, т. е. угол λ<π, а в режиме холостого хода U_н0= 2^0,5U₂. как при работе с С-фильтром. Напряжение круто падает с увеличением тока. При практическом использовании источников питании этот крутопадающий участок внешней характеристики нежелателен.

Поэтому выбирают ток нагрузки I_н>I_нк, соответствующий второму участку внешней характеристики, при котором доминирует индуктивность, и входной ток фильтра непрерывный (λ=π). На этом участке внешняя характеристика имеет небольшой наклон и описывается, приведенным выше выражением для выпрямителя без фильтра или с L-фильтром.