Переходный процесс заряда конденсатора

Переходный процесс заряда конденсатора от источника выпрямленного переменного напряжения представляет собой совокупность переходных процессов в интервалы времени, когда напряжение и\ превышает напряжение на конденсаторе ис (заряд) и когда (разряд). Конечные условия одного из элементарных переходных процессов являются начальными условиями для следующего.
Несмотря на простоту системы уравнений (88), ее решение достаточно трудоемко, поскольку для каждого полупериода необходимо определить моменты пересечения кривых ис и \и\ |: t\, t2 и т. д. Еще более трудно получить расчетное выражение, позволяющее связать параметры схемы заряда с временем заряда до определенного уровня напряжения. Поэтому расчет системы уравнений (88) был проведен с помощью ЭВМ. За время заряда принималось время, необходимое для повышения напряжения ис от 0 до 0,8/7 \т.
Результаты расчета, подтвержденные затем опытами, показали, что при времени заряда конденсаторов от 20 до 100мс можно с достаточно высокой точностью пользоваться формулой, связывающей число полупериодов заряда N с т:
практически независимо от начальной фазы включения, если считать и доли полупериодов. Удобнее пользоваться производной формулой для времени заряда (для частоты 50 Гц)
Нужно отметить, что при однополупериодном выпрямлении напряжения и отсутствии разряда через сопротивление утечки конденсаторов и обратное сопротивление диодов формула (89) также справедлива, но принимаются во внимание только проводящие полупериоды диодов. На ЭВМ были просчитаны и некоторые варианты с конечными значениями сопротивлений гут и г0бр. Расчет показал, что при бумажных и металлобумажных конденсаторах влиянием гут и г0бР на скорость заряда можно пренебречь.
Зная емкость заряжаемого конденсатора и требуемое время заряда, можно найти результирующее сопротивление, которое должен иметь ПТН:
Если учесть выражение (87), то можно прийти к выводу, что чрезмерное увеличение мощности ПТН, т. е. уменьшение значения г, приведет к появлению очень больших кратковременных всплесков тока заряда, опасных для диодов выпрямительных мостов. На первый взгляд представляется, что величину этих всплесков можно уменьшить введением последовательно с г индуктивного сопротивления ©£; например увеличением рассеяния обмоток ПТН. При этом, однако, нужно иметь в виду, что чрезмерное увеличение L приведет к снижению зарядного тока и уменьшению скорости заряда. Поэтому интерес представляет лишь такое изменение характера сопротивления цепи ПТН, при котором процесс заряда остается апериодическим, но пик зарядного тока сглажен.
Анализ показал, что при индуктивности дросселя, близкой к индуктивности, соответствующей границе апериодического процесса (например, г=50 Ом; С=200 мкФ; L=0,1 Гн), амплитуда тока заряда уменьшается на 10—20 % по отношению к подсчитанной по (87), причем наибольшая амплитуда тока заряда соответствует моменту включения зарядного напряжения, при котором мгновенное значение вынужденного тока заряда равно нулю. Время заряда практически не изменяется, так как результирующее сопротивление схемы заряда увеличивается незначительно.
Такое соотношение индуктивности рассеяния и активного сопротивления обмоток является обычным для трансформаторов с Ш-образным магнитопроводом или П-образным магнитопроводом и секциями первичной и вторичной обмоток, попарно расположенными на стержнях магнитопровода.
Таким образом, УЗ для быстрого заряда конденсаторов должно выполняться с помощью ПТН, обеспечивающего в установившемся режиме номинальное напряжение на конденсаторной батарее и имеющего угол внутреннего сопротивления обмоток примерно 40°.