Индуктивный характер нагрузки

Постановка пассивного сглаживающего фильтра на выходе выпрямителя существенно влияет на физические процессы в самом выпрямителе. Индуктивный характер имеет место при работе выпрямителя на фильтр, начинающийся с индуктивности или на обмотку реле, контактора, обмотки возбуждения электрических машин и др. Схема простейшего выпрямителя с индуктивным характером нагрузки приведена на рис.3.34. В этих схемах, как правило, выполняется условие >> т.е. индуктивное сопротивление дросселя на частоте пульсаций больше сопротивления нагрузки. Известно, что ток в индуктивности отстаёт от напряжения на π/2 и процесс нарастания и спада тока заканчивается в пределах одного периода.

Рисунок 3.34 – Однофазный, однотактный выпрямитель с

индуктивным характером нагрузки

Ток в цепи (i₂) несинусоидален, так как кроме ЭДС вторичной обмотки в ней действует ЭДС индукции дросселя .

При увеличении тока происходит накопление энергии в магнитном поле дросселя, а при уменьшении тока – освобождение этой энергии.

Таким образом, результатом включения индуктивности является “затягивание” тока вентиля. Угол протекания тока зависит от постоянной времени , где R=R_Н + r_Д + r₂, r_Д - сопротивление диода, r₂ - омическое сопротивление вторичной обмотки трансформатора (рис.3.35).

Рисунок 3.35 – Зависимость угла протекания тока от постоянной времени

Выполнить соотношение сложно т.к. возрастают потери в самом дросселе и существенно снижается общий КПД. Поэтому при индуктивном характере нагрузки применяют многофазные схемы p ≥ 2, где легко обеспечивается непрерывность тока за период пульсаций.

Возьмём трёхфазный однотактный выпрямитель (рис.3.36). На этом рисунке L_S – индуктивность рассеяния вторичной обмотки; r – сопротивление потерь (r = r₂ + r₁/n²), которое обычно r << Rн; – угол перекрытия фаз. Поскольку >> ток в нагрузке неизменный, а ток через вентиль имеет форму прямоугольного импульса. Переход тока с вентиля на вентиль из-за индуктивности рассеяния не может произойти мгновенно. Её ЭДС самоиндукции препятствует изменению тока – в одной фазе он снижается, а в другой нарастает. В результате ток одновременно течёт по двум фазам. Это явление называется перекрытием токов фаз. Оно существенно влияет на качественные и количественные соотношения в схеме выпрямления.

Рисунок 3.36 – Трёхфазный однотактный выпрямитель

В однотактной однофазной схеме нет перехода тока с одного вентиля на другой, поэтому Ls в ней на физические процессы практически не влияет. В трёхфазной схеме имеет место конечное время перехода тока (переключение фаз). Если пренебречь сопротивлением вентилей и трансформатора, то затягивания тока не будет – переключение мгновенное. Из-за перекрытия фаз постоянная составляющая U₀ уменьшается на величину площади треугольника в напряжении U_d.

В итоге наличие r и Ls приводит к более резкому падению внешней характеристики выпрямителя (т.е. повышению Rвых), которая показана на рис.3.37.

Рисунок 3.37 – Внешняя характеристика выпрямителя с индуктивным

характером нагрузки

Здесь, при токе нагрузки меньше некоторой величины I_0кр соотношение перестает выполняться. Ток дросселя становится прерывистым, он разряжается полностью и напряжение возрастает.

По выпрямителям с индуктивным характером нагрузки можно сделать следующие выводы:

1) Индуктивная составляющая сопротивления и нагрузки должна быть соизмерима с Rн (иначе КПД будет низким).

2) Форма кривой тока вентиля приближается к прямоугольной.

3) Длительность работы каждой фазы не зависит от индуктивности в цепи нагрузки, а определяется числом фаз выпрямления (пульсностью) и индуктивностью рассеяния трансформатора.

4) Наличие индуктивности рассеяния приводит к перекрытию токов фаз, при этом U₀ снижается, а пульсации на входе сглаживающего фильтра возрастают.