Работа выпрямителей на разные виды нагрузки.

 

Мы рассмотрели работу выпрямителя на активную нагрузку, но в практике работы часто встречается индуктивная и ёмкостная нагрузки, работа на проитивоЭДС. От предыдущих схем выпрямителей отличие небольшое. Так, например, при индуктивной нагрузке последовательно с резистором нагрузки включается дроссель, а при ёмкостной параллельно с резистором нагрузки включается конденсатор. Главное, чтобы индуктивное (ёмкостное) сопротивление X_L (X_C) было больше (было меньше) сопротивления активной нагрузки.

Индуктивная нагрузка.

Примерами индуктивных нагрузок являются обмотки возбуждения электрических машин и втягивающие катушки электроаппаратов, а также любые другие электроприемники, питаемые от выпрямителя через фильтр, входным элементом которого служит индуктивная катушка (дроссель).

 

а)                                                                     б)

Рис.10 Однополупериодный выпрямитель, работающий на индуктивную нагрузку.

Схема выпрямителя однополупериодного выпрямителя с индуктивной нагрузкой приведена на рис. 10а.

Различие в работе и диаграмме работы выпрямителя заключается в том, что при открывании диода VD1 ток в дросселе проходит с некоторой задержкой, так как в обмотке дросселя возникает ЭДС, которая направлена противоположно направлению U ₀. Описание цепи прохождения тока I ₀ будет, как и раньше, вывод 1 вторичной обмотки TV 1 - VD 1- L - амперметр - R _н - вывод 2 вторичной обмотки TV 1, В тоже время обход этой цепи согласно второму закону Кирхгофа U _{2 m} - E_L = U _{пр VD 1} + U_rL + R _н. ЭДС в обмотке дросселя возникает и нарастает только тогда, когда происходит изменение величины тока в нагрузке. После того как ток I ₀ перестаёт нарастать и затем начинает падать ЭДС становится равно нулю, а затем меняет свою полярность и тогда U _{2 m} + E_L = U _{пр VD 1} + U_rL + R _н. В момент закрытия диода VD 1 ток I ₀ и ЭДС дросселя E_L становятся равными нулю и так остаются до момента нового открытия диода VD 1.

Достоинства схемы с индуктивной нагрузкой:

- сглаживаются броски выпрямленного тока;

- меньше коэффициент пульсаций.

Недостатки схемы с индуктивной нагрузкой:

- большие габариты и вес из-за дросселя.

 

Мкостная нагрузка.

Схема выпрямителя однополупериодного выпрямителя с ёмкостной нагрузкой приведена на рис. 11а.

В отличие от выпрямителя с активной нагрузкой в этой схеме присутствует конденсатор, включённый параллельно с нагрузкой. Часто этот конденсатор называют ёмкостным фильтром, который снижает пульсации выпрямленного напряжения. Ёмкостная нагрузка наиболее часто встречается при питании электронных устройств, благодаря чему в большинстве случаев можно отказаться от LC или RC фильтров. В последнее время роль фильтров часто выполняют стабилизаторы напряжения.

а)                                                                              б)

Рис. 11. Однополупериодный выпрямитель с ёмкостной нагрузкой.

 

Работа схемы.

В момент появления на 1 выводе трансформатора TV 1 появляется «+» создаётся цепь: «+» вывод 1 вторичной обмотки трансформатора TV 1 – VD 1 – C // R _н – «-» вывод 2 вторичной обмотки трансформатора TV 1. В первый момент времени конденсатор C  был разряжен и начинает заряжаться, поэтому напряжение на конденсаторе поднимается с некоторой задержкой. При достижении U_C = U _{2 m} напряжение на вторичной обмотке начинает снижаться, в следствии чего потенциал катода VD 1 будет дольше, чем на аноде и диод VD 1 закрывается. После этого момента времени конденсатор становится источником питания и начинает разряжаться через R _н. Ёмкость конденсатора выбирается такой, чтобы постоянная времени CR цепочки τ= CR _н была больше длительности полупериода T/2 и напряжение на конденсаторе не становилось менее U ₀. При следующем открывании диода VD 1 конденсатор вновь будет подзаряжаться, и процесс будет повторяться.

Работу выпрямителя при работе на ёмкостную нагрузку от работы на активную нагрузку отличают:

- повышенное U ₀;

- малая длительность и большая амплитуда тока через диоды;

- малые пульсации выходного напряжения;

- большая зависимость выходного напряжения от сопротивления нагрузки.

 

 

Работа выпрямителя на встречную ЭДС (зарядные устройства)

На рис. 3а приведена схема мостового однофазного выпрямителя, нагруженного аккумуляторной батареей с ЭДС Е ₀. Резистор R предназначен для регулировки зарядного тока.

 

Работа схемы

Если пренебречь внутренним сопротивлением аккумулятора, то напряжение на его зажимах равно ЭДС U _акк = Е _акк – I · r _вн = Е ₀. (а оно очень мало, например, 0,06 Ом). Потенциал анода VD1 определяется напряжением на вторичной обмотке трансформатора, а потенциал катода — потенциалом положительного вывода аккумулятора; на рис. 3б показаны график и ₂ и значение ЭДС аккумулятора Е _акк.

 

а)                                                                                      б)

Рис. 12 Выпрямитель, работающий на противоЭДС.

 

 

В интервале времени от t ₀до t ₁(момент t ₀ совпадает с осью ординат) анод диода VD1 обладает положительным потенциалом, однако он ниже потенциала его катода, определяемого потенциалом Е _акк и поэтому онзакрыт. Аналогично катод диода VD3 обладает отрицательным потенциалом, однако он выше отрицательного потенциала его анода и поэтому онзакрыт.   При повышении напряжения на вторичной обмотке трансформатора u ₂ после момента времени t ₁напряжение и ₂> Е _акк и диоды открываются. Создаётся следующая цепь: «+» вывод 1 вторичной обмотки трансформатора TV 1 – VD 1 – R ₁ – Е _акк – VD 3 – «-» вывод 2 вторичной обмотки трансформатора TV 1.  

Протекающий в цепи ток подзаряжает аккумулятор, увеличивая его Е _акк.

В интервале времени от t ₂до t ₃ вновь ЭДС аккумулятора E ₀становится больше и ₂, диоды VD1 и VD3 запираются. В интервале времени от t ₃до t ₄ открываются диоды VD2 и VD4. Процесс заряда аккумулятор повторяется. В результате на выходе выпрямителя появится напряжение и ₀, график которого является огибающей графиков и ₂и Е ₀(рис. 3, б — сплошная линия на графике и ₀;при этом необходимо заметить, что отключенному аккумулятору соответствует график и ₀как в выпрямителе, работающем на активную нагрузку.

Длительность протекания тока (совпадает с импульсами и ₀) через диоды t _И меньше полупериода напряжения и ₂ (Т/2) и характеризуется соответствующим углом отсечки θ (θ = t_Иπf_с), причем при возрастании значения ЭДС аккумулятора Е _акк(встречной ЭДС) уменьшаются как угол отсечки θ, так и пульсации выпрямленного напряжения и ₀.

Влияние встречной ЭДС на работу выпрямителя аналогично воздействию заряженного конденсатора. Разница между режимом работы на встречную ЭДС и режимом работы на нагрузку с емкостной реакцией заключается в том, что в последнем случае напряжение на выходе выпрямителя и ₀не может оставаться постоянным, как это имеет место при работе выпрямителя на встречную ЭДС.