Наряду с выпрямительными элементами, другими основными частями всех выпрямителей с умножением напряжения являются конденсаторы, накапливающие электрические заряды и позволяющие их суммировать. Поэтому для обеспечения нормальных условий работы применяемых конденсаторов важно знать особенности их работы в различных цепях схемы.
Как известно, электролитические конденсаторы, получившие в выпрямителях с умножением напряжения преимущественное применение, могут работать только в цепях постоянного или пульсирующего тока (если пульсации не превышают определённых, для каждого типа конденсаторов значений). Действующее рабочее напряжение на конденсаторе складывается из постоянного напряжения и амплитуды напряжения пульсаций.
В настоящее время выпускается несколько типов электролитических конденсаторов с различными рабочими напряжениями (от 8 до 500 в) и ёмкостями (от 2 до 5000 мкФ). Наибольшее распространение в массовой радиовещательной аппаратуре и радиолюбительской практике получили конденсаторы типов КЭ-1, КЭ-2 и КЭ-3.
По допуску рабочей ёмкости эти конденсаторы относятся к деталям V класса; отклонение их действительной ёмкости от указанною на этикетке может колебаться в пределах от +50% до -20%. По допуску рабочих температур они делятся на две группы: морозостойкие (группа М) с интервалом рабочих температур от -40 до +60° С и особо морозостойкие (группа ОМ) с интервалом рабочих температур от -60° до +60°. Последняя группа широкого распространения не получила.
Ёмкость электролитических конденсаторов сильно зависит от температуры. Так, например, при понижении температуры до -40° С ёмкость конденсаторов уменьшается примерно на 50%, а при повышении температуры до +60° С - возрастает примерно на 30% по сравнению с ёмкостью при температуре 15-20° С.
Номинальный ток утечки у электролитических конденсаторов оказывается тем большим, чем больше их ёмкости и выше рабочее напряжение. У конденсаторов ёмкостью 10-30 мкф при напряжении 300-500 в ток утечки составляет обычно 1-2 мА, а у конденсаторов большей ёмкости (2000 мкф и больше) он достигает 10 мА и даже больше. Особо морозостойкие конденсаторы (группа ОМ) имеют ток утечки на 25% меньший, чем аналогичные конденсаторы группы М. При повышении рабочей температуры конденсатора ток утечки также повышается.
При длительном хранении электролитических конденсаторов происходит высыхание электролита, в результате чего конденсаторы теряют ёмкость и становятся негодными.
Выбирая электролитические конденсаторы для выпрямителей с умножением напряжения, особое внимание следует обращать на параметр, определяющий их нормальную работу в цепях, содержащих переменную составляющую выпрямленного напряжения. В табл. 4 приведено (в процентном отношении к постоянному напряжению на конденсаторе) допустимое значение амплитуды переменной составляющей для электролитических конденсаторов различной ёмкости и различного номинального рабочего напряжения. Превышение указанных в табл. 4 величин приводит к нагреву конденсатора, увеличению тока утечки и, в конечном результате, к его гибели.
Таблица 4
| Ёмкость, мкф | Допустимое амплитудное значение составляющей переменного напряжения от рабочего напряжения, % | |||||
| до 50 в | от 150 до 450 в | 500 в | ||||
| Группа ОМ | Группа М | Группа ОМ | Группа М | Группа ОМ | Группа М | |
| 2-20 30-100 Выше 100 |
25 15 8 |
15 10 5 |
10 8 - |
10 6 - |
10 - - |
10 - - |
Как видно из табл. 4, амплитуда переменной составляющей напряжения на конденсаторе не должна превышать (в зависимости от его ёмкости и допустимого рабочего напряжения) 6-25% постоянного напряжения, причём повышенное значение пульсаций допускают конденсаторы группы ОМ. Необходимо отметить выгодность применения вместо одного конденсатора большой ёмкости двух или нескольких конденсаторов меньшей ёмкости, соединённых параллельно. Такая группа допускает больший процент пульсаций.
Металлический корпус конденсатора чаще всего является его электродом, присоединяемым к минусу электрической цепи. В этом случае для включения конденсаторов в описанные выше схемы выпрямителей корпус каждого из них следует надёжно изолировать, чтобы избежать контакта с шасси, другими конденсаторами или деталями схемы. Устанавливать конденсаторы можно в любом положении, но не следует крепить их при монтаже за контактные выводы.
В описании схем мы указывали рабочие напряжения на каждом конденсаторе, а также коэффициент пульсации, который служит исходной величиной для расчёта элементов фильтра на выходе выпрямителя.
Самым тяжёлым участком для электролитических конденсаторов по причине высокого уровня переменной составляющей является место включения конденсатора С1 в схемах фиг. 1б, 3, 7 и 9, а также конденсаторов С1 и С2 в схеме фиг. 5. При больших мощностях, снимаемых с выпрямителя, амплитуда переменной составляющей на этих конденсаторах может достигать 30-35% постоянного напряжения (при ёмкости конденсатора 50 мкФ). Такое высокое процентное содержание переменной составляющей недопустимо, поэтому ёмкость конденсатора в таких случаях приходится брать в два раза больше указанной. Процентное значение пульсации при этом снижается больше чем в два раза, так как постоянная составляющая несколько возрастает. Лучше всего на этих участках схемы применять конденсаторы группы ОМ, соединённые по нескольку штук параллельно. Во время работы выпрямителя нужно следить, чтобы конденсаторы не нагревались больше чем на 10-15° С температуры окружающего воздуха. В случае какого-либо нарушения нормальной работы выпрямителя следует первым делом проверять исправность этих конденсаторов.
Все остальные электролитические конденсаторы, включаемые в другие участки схемы, работают в спокойном режиме, так как процент пульсации на них не выходит за допустимые пределы.
При малых мощностях выпрямителей, когда сопротивление нагрузки велико и ёмкости конденсаторов могут быть небольшими, пригодны к применению бумажные конденсаторы. В этом случае все приведённые выше опасения отпадают.
При последовательном соединении конденсаторов процент пульсации на каждом из них остаётся прежним, так как напряжения постоянной и переменной составляющих соответственно перераспределяется. Чтобы это распределение было равномерным, каждый конденсатор нужно шунтировать высокоомным сопротивлением (порядка 0,1 - 0,2 мОм).
Начало. СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ С УМНОЖЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ
Продолжение. УНИВЕРСАЛЬНЫЙ БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ