Работа выпрямителя при заряде аккумулятора

ТЕМА 2.4 Влияние характера нагрузки на работу выпрямителя

Дополнительный материал к лекции 16 для самостоятельной работы

Работа выпрямителя на нагрузку LCR

Работа выпрямителя на индуктивную нагрузку

Схемы выпрямления с умножением напряжения

Работа выпрямителя при заряде аккумулятора

ТЕМА 2.4 Влияние характера нагрузки на работу выпрямителя

План (логика) изложения материала

2.4.2 Работа выпрямителя на ёмкостную нагрузку

Принцип работы. Рассмотрим работу однофазного однополупериодного выпрями­теля совместно с аккумулятором (рисунок 2.14). Внутреннее сопротивление аккумулятора примем R_i=0, а диод будем считать идеальным. Реостат R_p включенный последовательно с аккумулято­ром, служит для регулирования величины зарядного тока. Ток через диод протекает тогда, когда напряжение на его аноде превышает ЭДС Е_о аккумулятора. На рисунке 2.14, б штриховой линией показана форма напряжения U_h на нагрузке. Рассмотрим работу схемы в интервале времени t₀ до t₁. На вторичной обмотке трансформатора TV поло­жительное напряжение, но напряжение U₂, создаваемое вторичной обмоткой трансформатора на аноде, меньше чем на катоде (U₂ < Е_о). Поэтому ток через диод в этом интервале не протекает. В моменты времени t₁ до t₂ напряжение на вторичной обмотке трансформатора больше напряжения на нагрузке, диод открыт и происходит заряд аккумулятора. В момент времени t₂ до t₃ снова напряжение на вторичной обмотке трансформатора меньше напряжения ЭДС аккумулятора и диод закрыт, ток не протекает и т.д.

Анализ данной схемы. В отличие от работы выпрямителя на активную нагрузку, ток через диод протекает в течение времени, меньше половины периода сети, и, следовательно, угол отсечки диода Θ будет меньше π/2. Угол отсечки тока диода зависит от ЭДС аккумулятора.

Рисунок 2.14 – Принципиальная схема (а) и временные диаграммы (б)

выпрямителя для заряда аккумулятора

В рассмотренной схеме, как и вообще в однофазных схемах выпрямления, зарядный ток имеет форму импульсов с углом отсечки Θ, т.е. имеет прерывистый характер. Если для заряда аккумулятора применять многофазную схему выпрямления, то зарядный ток будет непрерывным.

Рекомендации по применению. Данные схемы могут применять на практике, чтобы работа потребителя не останавливалась при прекращении подачи электроэнергии от сети переменного тока, параллельно нагрузке выпрямителя включают батарею аккумуляторов, готовую принять на себя нагрузку в любой момент времени.

2.4.2 Работа выпрямителя на ёмкостную нагрузку

Рисунок 2.15 - Принципиальная схема выпрямителя с ёмкостной нагрузкой (а) и временные диаграммы (б)

Выпрямитель работает на ёмкостную нагрузку, если на его выходе подключен сглаживающий фильтр, начинающий с конденсатора или состоящий только из одного конденсатора. Сопротивление конденсатора для первой гармоники импульса должно быть мало по сравнению с

сопротивлением нагрузки.

Принцип работы. Конденсатор заряжается, когда диод VD открыт, а при закрытом диоде разряжается на нагрузку. К диоду подводится два напряжения U₂ и U_h =U_c. Когда U₂>Uс диод открыт, это в момент времени t₁ до t₂. Напряжение на конденсаторе возрастает по экпоненциальному закону, а скорость нарастания зависит от постоянной времени цепи заряда конденсатора:

τ_з= C · R_в, (2.3)

где R_в=R_i+r_тр- внутреннее сопротивление фазы выпрямителя;

Ri - внутреннее сопротивление диода;

r_тр - активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора с

учётом сопротивления первичной обмотки;

С - ёмкость конденсатора.

В интервале времени t₂ до t₃ напряжение U₂ <Uc и диод не проводит тока. В этом интервале времени конденсатор разряжается на сопротивлении нагрузки, причём ток в нагрузке имеет прежнее направление. Напряжение на конденсаторе уменьшается по экспоненциальному закону и скорость разряда зависит от постоянной времени цепи разряда конденсатора:

τ_р= C·R_h. (2.4)

Ток в цепи нагрузки протекает весь период напряжения вто­ричной обмотки трансформатора.

Анализ работы схемы выпрямления. Из рисунка 2.15,б видно, что угол отсечки тока диода Θ тем меньше, чем больше постоянная времени τ_Р=С ·R_h и меньше τ_з = С·R_b.

Из сравнения графиков для токов i_в и i_н следует, что чем меньше угол Θ, тем больше должна быть максимальное значение тока i_в диода для обеспечения требуемой величины I_о. Увеличение максимального значения тока диода, а значит, и тока вторичной обмотки трансформатора требует увеличения мощности трансформатора. Поэтому для того чтобы выпрямленное напряжение на нагрузке меньше изменялась во времени, т.е. имело меньше пульсации, постоянная времени τ_р= С·R_h должна быть возможно больше. При заданной ёмкости конденсатора это легче обеспечить при большом сопротивлении нагрузки R_h, т.е. при малом токе нагрузки. Поэтому выпрямители с ёмкостной нагрузкой, как правило, применяются для маломощных устройств.

.

Обратное напряжение на диоде U_обр.м. складывается из отри­цательной полуволны напряжения на вторичной обмотке и напряжения на конденсаторе.

U_oбp.м.= U_2м +U_с.м, (2.5)

Если пренебречь внутренним сопротивлением выпрямителя, то можно считать, что конденсатор заряжается до максимального значения напряжения вторичной обмотки трансформатора U_cм=U_2м, и тогда

U_oбp.= 2·U_2м. (2.6)

Чем меньше коэффициент пульсации, тем меньше содержание в выпрямленном напряжении переменной составляющей, тем качественнее выпрямление. В состав выпрямленного напряжения первая (основная) гармоника имеет наибольшую амплитуду и наименьшую частоту.

Коэффициент пульсации большой, если он больше чем 10^-2 (больше 1%), средний, если он находится в пределах 10 ^-3...10 ^-2, и малый, если он меньше

10 ^-3.

Недостатки выпрямителей с ёмкостной нагрузкой:

- большое значение тока через диод;

- большая габаритная мощность трансформатора;

- значительное обратное напряжение на диоде;

- резко выраженная зависимость выпрямленного
напряжения от тока нагрузки (ослабляется с ростом
ёмкости фильтра).

-

Дата добавления: 2014-01-07