§ 7.7. Выпрямитель переменного напряжения . прямоугольной формы с нагрузкой, начинающейся с емкости

При нагрузке, начинающейся с емкости (рис. 7.15), пульсации выходного напряжения выпрямителя получаются меньшими. Сглаживающий фильтр и с ним весь источник становятся более компактными.

Основным недостатком такого выпрямителя является то, что он плохо поддается регулировке. Выпрямленное напряжение мало меняется при изменении длительности паузы е.

При выпрямленных напряжениях 1 кВ и более выгоднее применять не мостовую схему выпрямления, а схему с удвоением или с умножением выпрямленного напряжения. Расчетные формулы для этих схем легко получить на основе приведенных соотношений для мостовой схемы, как показано в разделе, посвященном выпрямителям синусоидального напряжения.

При получении расчетных соотношений положим индуктивность рассеяния трансформатора равной нулю. Эквивалентная схема зарядки конденсатора С примет вид рис. 7.16; а, где э. д. с. прямоугольной

Рис. 7.15

Рис. 7.16

формы с амплитудой Е = пЕ через сопротивление г подведена к конденсатору С, который разряжается постоянным током нагрузки /о-Сопротивление г включает в себя все омические потери в схеме:

г = ГхП^ + Г2 + 2Гв, (7.52)

где / i и Га - сопротивления обмоток трансформатора; - внутреннее сопротивление вентиля.

Ток нагрузки принят постоянным, так как напряжение вд на конденсаторе С имеет в правильно рассчитанной схеме малые пульсации. Разряжается этот конденсатор через дроссель (или резистор) фильтра постоянным током.

в течение интервала от О до Т - 6, когда величина э. д. с. отлична от нуля, конденсатор С подзаряжается, напряжение на нем возрастает п© экспоненциальному закону (рис. 7.16,6). В интервале

7 е до Т конденсатор разряжается через фильтр на нагрузку постоянным током /о напряжение на нем еда спадает по линейному закону. В однофазной схеме время разрядки конденсатора значительно больше и равно Т + 6.

Из уравнения, определяющего напряжение на конденсаторе С при скачке э. д. с. Е, легко получить

ео1 = {£- 1ог) (1 - е-П + Ет- \ (7-53)

где - напряжение, большее действительного на 2 fnop! т = гС - постоянная времени; Ет - напряжение, оставшееся на конденсаторе от предыдущего полупериода.

К концу процесса зарядки напряжение на конденсаторе станет равным Ei, величину которого можно определить из (7.53), подставив t = Т - 6. При разрядке конденсатора С, т. е. в интервале 1 - В <. t <. Т, напряжение на нем спадает по закону

g , = £e-V(-7 + e)/T. (7.54)

К концу полупериода для двухфазной схемы оно станет равным Ет-Решив совместно уравнение (7.53) при t = Т - 6 и (7.54) при t = Т, получим соотношения, определяющие Ej и Es, а подставив их в (7.53) и (7.54), определим законы изменения выпрямленного напряжения и еда. Из этих законов легко найти постоянную составляющую выпрямленного напряжения:

г-е т -

J eoi{t)dt+ f eQ2{t)dt L 0 r-e

1 ---f.p2

.0- f

2rT(I-e-(-e>/J

(7.55)

Воспользовавшись соотношением Ig = EJR, можно несколько иначе записать равенство (7.55):

£о = /[1+(/- ? ) 7)6/7)], где (е/Т)= 1 +6/7+ [е2/(2Гт)](1 +е-(-е)Д)/(1 --е-(-е)Д). (7.56)

Функция D (В/ту, параметром которой является отношение T/t (рис. 7.17), при 6/7 < 0,5 не превышает 2,5. Поэтому при малых отношениях r/R (что практически всегда имеет место), для того чтобы оказать влияние на величину выпрямленного напряжения, требуется большое изменение параметра е/7. Эта особенность рассматриваемой схемы обусловливает весьма своеобразную форму регулировочной характеристики. Рассчитанная по соотношению (7.56) регулировочная характеристика, представляющая собой зависимость Eq/E от регулируемой величины е/7 и параметра 7/т (рис. 7.18), при небольших значениях е/7 имеет очень малый наклон. Важно еще и то, что величина выпрямленного напряжения зависит от емкости конденсатора.

Конденсатор с большой емкостаю, разряжаясь постоянным током /о в течение интервала е г теряет меньшую часть своего заряда, чем конденсатор с малой ёмкостью, и спад напряжения на нем меньше. Это подтверждается двумя кривыми на рис. 7.18 длят/7 = 1 и т/7=0,03. Так как при расчете регулировочной характеристики было принято r/Rn = 0,1, т: е. постоянной величине, то следует считать, что изменение постоянной времени зарядки т достигается только за счет изменения емкости конденсатора С.

Е

0.6 0J 0,6 015 0,4 0,3 0.2 0.1

qz 0,4 0,6 -Рис. 7.17

О 0,2 0,1, 0,6 о,е f Рис. 7.18

Определим теперь действующее значение тока вентиля. Ток вентиля отличен от нуля только в течение интервала О < < 7 - е при периоде 27 (см. рис. 7.16, в). Поэтому имеем

Отсюда мощность потерь в диоде

Рц - EaopIО (Р

Q)/{2T) + rJl.

(7.58)

Действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора для мостовой схемы выпрямителя в /2 раз больше, чем тока вентиля, ибо она пропускает через себя импульсы токов двух групп вентилей (см. рис. 7.16, г), т. е. 1 = loD (6/7).

Пульсации на[нряжения на выходном. конденсаторе выпрямителя определяются перепадом напряжения, который происходит во время его разрядки

ftn, = (£e-£r)/(2£o) = /o-e/(2£oT) = - (7-59)

Заканчивая вывод расчетных соотношений для схемы выпрямителя, найдем выходное сопротивление схемы. Поскольку выходное сопротивление определяет спадание выпрямленного напряжения с ростом тока нагрузки, то его легко определить из (7.55):

RBb.. = rDm. - (7.60)