Работа инвертора на выпрямитель со сглаживающим фильтром конвертора

В конверторах обычно применяют двухполупериодные схемы выпрямления с кремневыми и германиевыми диодами. Они оказывают наиболее существенное влияние на выбор типа фильтра. Дело в том, что диоды не могут закрываться мгновенно при резкой смене полярности напряжения из-за того, что для рассасывания заряда неосновных носителей требуется время Т_р.д.. В течение этого времени вентиль теряет свои полупроводниковые свойства и пропускает ток в прямом и обратном направлениях. Вследствие этого вторичная обмотка выходного трансформатора инвертора оказывается короткозамкнутой, наступает режим перекрытия фаз. Процесс переключения диода изображён на рис. 2.5.17. В момент t=0 ток диода i_а не может измениться сразу из-за инерционности зарядов в базовой области диода. В течении времени задержки t_зад = t1 i_a=0. При этом напряжение на диоде u_а=U₂. При возрастании i_а до I_н u_а становится равным U_пр. При закрывании диода объёмный заряд рассасывается в течение t_рас =t₄-t₃, а время восстановления t_в = t₅ - t₃. После восстановления обратного сопротивления i_a уменьшается до I_обр, а u_а = U_обр. На интервале t₃ - t₅ выделяется наибольшая мгновенная мощность. Чем больше частота f, тем больше потери мощности при коммутации.

Особенности коммутационного процесса:

1) транзисторы преобразователя перегружаются и возникают выбросы коллекторного тока (это ещё одна причина, вызывающая их появление);

2) фронт выходного напряжения искажается, появляется нулевая пауза:

4) При работе выпрямителя на ёмкостной фильтр в момент перекрытия диодов конденсатор сглаживающего фильтра С_ф разряжается не только через сопротивление нагрузки R_н, но и вторичную обмотку трансформатора с очень малым активным сопротивлением. При этом пульсации выходного напряжения существенно увеличивается, диоды и транзисторы перегружаются. Так как величина выбросов i_к и i_д зависит от величины С_ф , емкость конденсатора фильтра нужно уменьшать. С_ф можно приближенно оценить:

, (2.5.32)

где t_ф – длительность фронта напряжения U₂.

Включение L–фильтра или фильтра, начинающегося с индуктивности, вызывает замедленный спад тока через диод в течении времени рассасывания Т_р.д. . Это время значительно возрастает, транзисторы инвертора перегружаются , в выходном напряжении нулевая пауза увеличивается, пульсации выпрямленного напряжения возрастают. В инверторе с самовозбуждением это может вызвать срыв генерации.

Таким образом, лучшие режимы работы транзисторов и меньшие искажения фронта выходного напряжения в инверторах с самовозбуждением достигаются при включении ёмкостного фильтра. Если используются ВЧ безынерционные диоды, то переходный процесс переключения транзисторов преобразователя сокращается, так как дроссель L_ф существенно увеличивает вносимое эквивалентное сопротивление. Хотя ВЧ диоды снижают опасность срыва генерации, всё же для повышения надёжности в них рекомендуется применять ёмкостные, а не индуктивные фильтры. При необходимости получения большого коэффициента сглаживания используются CLC фильтры.

В инверторах с независимым возбуждением, работающих на больших токах, характер нагрузки выбирают активно-индуктивным, при этом применяют шунтирование транзисторов возвратными диодами, которые в момент перекрытия фаз пропускают часть сквозных токов.