Выпремители. Блок-схема. Назначение элементов. Классификация.
Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. Основным элементом выпрямителей является полупроводниковый диод
Диод имеет два электрода - анод и катод. Если электрический потенциал на аноде выше, чем на катоде (VA > Vк),то сопротивление диода практически равно нулю и он пропускает электрический ток, если VA < Vк, сопротивление диода становится большим и поэтому ток через него протекать не может. Проводящее состояние диода часто называют прямым включением, а непроводящее - обратным.
В блочном виде схема выпрямления имеет вид:
Трансформатор требуется, если имеется несоответствие между напряжениями сети и приемника. Фильтр предназначен для сглаживания пульсирующего напряжения. Стабилизатор обеспечивает неизменное по величине напряжение. В зависимости от требований к напряжению, питающему приемник, некоторые блоки могут отсутствовать.
Классификация:
1. По числу фа выпрямленного напряжения:
А) однофазные
Б) трехфазные
В) многофазные
2. По мощности:
А) малые
Б) средние
В) большие
3. По типу диодов:
А) диодные
Б) тиристорные
4. По кол-ву периодов:
А) однопериодные
Б) двухполупериодные
5. По числу тактов протекающего тока:
А) однотактные
Б) двухтактные
Однополупериодная, однофазная схема выпрямления переменного тока. Работа. Временные диаграммы. Расчет.
Рассмотрим процессы и основные соотношения в однофазном однополупериодном выпрямителе при условии, что вентиль и трансформатор идеальные. В полупериод (t0-t1), когда U2>0, диод VD проводит ток (диод открытый). Посколько диод идеальный, снижение напряжения на нем и все напряжение U2 приложено к сопротивлению нагрузки Rн (U2=UH и i=U2/ Rн). В конце этого полупериода U2=0 и i=0. Затем (t1-t2) напряжение U2 изменяет знак U2<0, к диоду прикладывается отрицательное напряжение, и он закрывается (i=0 UН=0). В этом полупериоде диод будет находиться под обратным (зваротным) напряжением. Главные электрические параметры выпрямителей: Iн.сяр, Uн.сяр – средние значения тока и напряжения; Pн.сяр = Uн.сяр* Iн.сяр – мощность нагрузочного приспособления; Uаст.m – амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения; Kп= Uаст.m /Uн.сяр – коэффициент пульсации выпрямленного напряжения; I1,U1,I2,U2 – действующее значение тока и напряжения первичной и вторичной обмоток трансформатора. В однополпериодном выпрямителе:
Uн.сяр=1/(2 π) U2= π Uн.сяр/ = 2,22 Uн.сяр
Ток Iн.сяр равен прямому току диода: Iпр.сяр= Iн.сяр= Uн.сяр/ Rн= 0,45U2/ Rн. Ток вторичной обмотки трансформатора i2 равен току нагрузки. Тогда действующее значение этого тока I2: I2=π Uн.сяр/(2 Rн)=1,57 Iн.сяр. Мощность трансформатора STP=S2= I2*U2=2,22* Uн.сяр*1,57* Iн.сяр=3,5* Pн.сяр. Коэффициент пульсации Kп определяется отнощением амплитуды первичной(главной) гармоники Umax/2 к выпрямленному напряжению Umax/ π ряда Фуръе. Kп= π Umax/ (2Umax)= π/2=1,57.
Преимуществоом этого выпрямителя является его простота, а недостатком – большой коэффициент пульсации и маленькие значения выпрямленного тока и напряжения.
6 ВЫПРЯМЛЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯПод выпрямителем переменного напряжения понимают процесс преобразования переменного напряжения в постоянное пли пульсирующее. Выпрямление производят с помощью полупроводниковых, ламповых или других типов выпрямителей.
Неуправляемый выпрямитель часто изображают на схемах в виде большой треугольной стрелки с поперечной чертой у острия. Стрелка
показывает проводящее направление. Сопротивление выпрямителя в проводящем направлении в тысячи раз меньше, чем в непроводящем. По числу фаз выпрямленного переменного напряжения выпрямительные схемы делятся на однофазные и многофазные. Однофазные схемы подразделяют на схемы однополупериодного и двухполупериодного выпрямления.
В однополупериодных схемах выпрямление производится в течение одного полупериода питающего напряжения, в двухполупериодных — в течение обоих полупериодов.
Две простейшие схемы однополупериодного выпрямления представлены на рис. в) 9.36, а и 9.37, а. Схема рис. 9.36, а состоит из источника синусоидального напряжения, выпрямителя и активного сопротивления R„. В схеме рис. 9.37, а нагрузка образована активным сопротивлением Ru и индуктивностью L„.
Простейшая мостовая схема однофазного двухполупериодного выпрямителя представлена на рис. 9.38, а. Она состоит из четырех выпрямителей (1, 2, 3 и 4), источника выпрямляемого синусоидального напряжения и активной нагрузки R„.
Нa рис. 9.39, а изображена в. а. х. полупроводникового диода.
В целях облегчения анализа вместо нее будем пользоваться идеализированной в. а. х., изображенной на рис. 9.39, б.
В соответствии с этой идеализированной характеристикой, когда через выпрямитель проходит ток, падение напряжения на нем равно нулю и, следовательно, сопротивление самого выпрямителя равно нулю. Когда напряжение на выпрямителе отрицательно (т. е. отрицательна взятая в направлении стрелки рис. 9.36, а разность потенциалов на самом выпрямителе), выпрямитель не проводит тока (i = 0) и сопротивление его равно бесконечности.
Рассмотрим работу схемы рис. 9.36, а. Кривая рис. 9.36, б характеризует э. д. с. источника питания схемы, кривая рис. 9.36, в — напряжение на нагрузке RH. В первый полупериод, когда э. д. с. источника положительна и действует согласно с положительным направлением напряжения на выпрямителе, выпрямитель пропускает ток и напряжение на нагрузке точно равно э. д. с. источника. Во второйполупериод, когда э. д. с. источника питания отрицательна, выпрямитель не пропускает тока и напряжение на нагрузке равно нулю (в этот полупериод вся э. д. с. оказывается приложенной к выпрямителю). Таким образом, напряжение на нагрузке в схеме рис. 9.36, а имеет форму полусинусоид. Через U0 обозначено среднее значение напряжения па нагрузке.
Рассмотрим работу мостовой схемы рис. 9.38, а, где источник синусоидальной э. д. с. е (t), выпрямители У, 2, 3, 4 и нагрузка RH.
Источник э. д. с. включен в одну диагональ этой схемы, а нагрузка Ra — в другую. Выпрямители работают попарно.
В первый полупериод, когда э. д. с. е (I) действует согласно с положительным направлением напряжения на выпрямителях 1 и 3, эти выпрямители проводят ток, а выпрямители 2 и 4 тока не проводят. Во второй полупериод, когда э. д. с. е (() изменит знак и действует согласно с положительным направлением напряжения на выпрямителях 2 и 4, ток проводят выпрямители 2 и 4, а выпрямители 1 и 3 тока не проводят. Направление протекания тока через нагрузку показано на рис. 9.38, а стрелкой. Ток через нагрузку протекает все время в одном и том же направлении. Форма напряжения на нагрузке иллюстрируется кривой рис. 9.38, б.
7. Мостовая схема выыпрямления однофозного переменного тока. Работа. Временные диаграммы. Расчёт.Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. Основным элементом выпрямителей является полупроводниковый диод. Различают однофазные и многофазные выпрямители. Из однофазных выпрямителей наиболее широко применяется мостовая схема, состоящая из четырех диодов (рис. 2)
Два диода (V1 , V3 ) образуют катодную группу, другие два диода (V2 ;V4) - анодную группу. Провода, соединяющие разноименные электроды, являются входом выпрямителя, а провода, соединяющие одноименные электроды - выходом.
Из диодов катодной группы вступает в работу тот диод, на аноде которого наиболее высокий положительный потенциал, из анодной группы - диод, у которого на катоде находится отрицательный потенциал. Этот принцип справедлив для всех схем выпрямителей. Пусть в течении полупериода (t1 - t2) синусоидального напряжения U2 потенциал у точки "а" положительный, а "в" -отрицательный. Тогда диоды V1и, V4 окажутся открытыми, а V3 и V2 - закрытыми ,и ток через приемник Rh протекает по цепи: точка'"а"- V1 - Rh - V4 - точка "в". В другой полупериод (t2 – t3) потенциалы в точках "а" и "в" изменяются на противоположные,' соответственно меняется и состояние диодов. Ток протекает по цепи: точка "в" - "- V3 - Rh – V2 - точка "а*. В результате при переменном напряжении на входе ток через приемник протекает в одном направлении, причем «+»выпрямителя отнимается с катодной группы, а «-» анодной.
Из анализа временных диаграмм (рис)видно, что:
Техническая реализация логической операции ИЛИ.
0V0=0
1V1 =1
1V0= 1
1V1=1
Самостоятельное значение имеет логическая операция эаикы, которая символически записывается в виде
Логические элементы, реализующие операцию ИЛИ, называют элементами ИЛИ и обозначают на функциональных схемах, как показано на рис. Выходной сигнал F элемента ИЛИ равен единице, если хотя бы на один из п входов подан сигнал «1».
Простейшие логические элементы ИЛИ могут быть построены на основе диодных ключей. В качестве элемента НЕ обычно служит транзисторный ключ, обладающий инвертирующими свойствами.
В зависимости от компонентов, из которых построены логические элементы И или ИЛИ, различают четыре типа логических элементов (четыре типа «логики»):
1) резисторно-транзисторные (РТЛ);
2) диодно-транзисторные (ДТЛ);
3) транзисторно-транзисторные (ТТЛ);
4) транзисторные (ТЛ).
В логических элементах первых трех типов при выполнении логн. ческих операций в силу особенности применяемых схем происходит ослабление сигналов, поэтому на их выходах включают транзисторные ключи, которые компенсируют это ослабление благодаря своим усилительным свойствам. Таким образом достигается нормализация логических уровней U(0) и U(1), т.е. доведение выходного напряжения до установленного уровня.
В логических элементах четвертого типа транзисторы, используемые для выполнения операций И и ИЛИ, работают в режиме усиления напряжения, поэтому нормализации логических уровней не требуется. В настоящее время логические элементы выполняют в основном на интегральных микросхемах.
При включении по схеме рис.10.23,а диодная сборка служит элементом ИЛИ, если кодирование сигналов соответствует рис.10.23,б.При воздействии сигнала »1»(-Е) хотя бы на один вход(например, Х1=1) открывается соответствующий диод(Д1) и выход соединяется с входом (F=1). Остальные диоды закрыты, т.е. выходной сигнал попадает на входы, на которых Uвх=0.
Техническая реализация логической операции И-НЕ
На практике используют ТТЛ-элементы со сложным инвертором, позволяющим увеличить нагрузочную способность элемента. На рис. 10.27 приведена схема такого элемента И — НЕ (типа 1ЛБ344А). Транзистор Т3 выполняет функции эмиттерного повторителя с нагрузочным устройством в виде транзистора Т4. При воздействии сигнала «1» на все входы транзистор Тг насыщен, как показано ранее. Следовательно, транзистор Т4 также насыщен из-за высокого потенциала на входе (точка а). Благодаря низкому потенциалу коллектора транзистора Тг (точка б) транзистор Т3 закрыт. При воздействии сигнала «0» хотя бы на один из входов транзистор Т2 закрывается, а транзистор Т9 открывается из-за повышения потенциала точки б и работает как эмиттерный повторитель. Диод Д служит для обеспечения режима смещения транзистора Т3, т. е. для того, чтобы этот транзистор был закрыт при насыщенном транзисторе Тг. Прямое напряжение на диоде Д порядка 0,5 В и служит для запирания транзистора Т3. Это напряжение создается даже при очень малых (порядка микроампер) токах закрытого транзистора Т3.
28. Устройство, принцип действия, уравнения э.д.с., м.д.с. и токов однофазного трансформатора. Мгновенные и действующие значения э.д.с. первичной и вторичной обмоток однофазного трансформатора.Трансформатор-это устройство предназначенное для преобразования напряжения (тока) одной величины в напряжение(ток) другой величины. Состоит из двух и более индуктивных обмоток.
Если обмотка разомкнута –холостой ход.
, - действующие значения эдс.
Уравнение мдс:
Мгновенное значение эдс первичной обмотки:
29.Режим холостого хода однофазного трансформатора. Холостым ходом трансформатора (хх) называется режим работы, когда его первичная обмотка присоединена к сети переменного тока, а вторичная - разомкнута.
| w1 w2 Ф |
| I2=0 |
| Ф1р |
| U2 |
| I0 U1 |
Рис. 27. Холостой ход трансформатора.
По первичной обмотке протекает ток хх Io, создающий магнитный поток, имеющий две составляющие. Первая из них Ф замыкается по магнитопроводу и сцеплена как с первичной, так и со вторичной об- мотками. Поток Ф индуктирует в обмотках ЭДС Е1 и Е2. Вторая составляющая Ф1р проходит частично по магнитопроводу и частично по воздуху. Она называется потоком рассеяния, который сцеплен только с первичной обмоткой и вызывает появление в ней дополнительной ЭДС, которая учитывается понятием индуктивного сопротивления рассеяния первичной обмотки Х1. Магнитное сопротивление для потока рассеяния в основном определяется сопротивлением пути потока по воздуху, по этому поток рассеяния Ф1р пропорционален току Iо и совпадает с ним по фазе. На диаграмме: E2 = k E2 = (w1 /w2 ) E2 = E1– приведенное значение вторичной ЭДС.
| U1 φ0 I0 Ia Ip Ф E2 E1 = E2 |
Рис. 28. Векторная диаграмма для хх.
Ток хх имеет две составляющие - реактивную (намагничивающую) Ip и активную Ia. Ip - намагничивающий ток совпадает по фазе с Ф. Iр по закону магнитной цепи связано с Фm соотношением: Фm = Ö2 w1 Ip / Rм, где Rм - магнитное сопротивление стального магнитопровода. Полный ток хх Iо:
Io = . Iо хх силовых трансформаторов мал и обычно не превышает нескольких процентов от I1 ном. Падение напряжения от Iо х.х. невелико. Поэтому U1≈ -E1 и U1 ≈ E1. Iа xx определяется потерями в стальном магнитопроводе Ia = pc/E1. Сдвиг фаз близок к 900. У маломощных трансформаторов I0 может быть (0,3-0,5)I ном. Т.к. U1 ≈const и U1≈E1,то Фm ≈ const, т.е.:
Фm = E1 / 4,44 w1 f ≈ U1 / 4,44 w1 f.
При хх с достаточной точностью U1 /U2=E1 /E2= w1 /w2 = k.
Электропривод. Классификация. Основное уравнения динамики.
Большая часть производимой электроэнергии используется в электрических двигателях для приведения в движение различных механизмов. Устройство, состоящее из электрического двигателя, аппаратуры управления и передаточных механизмов, необходимых для осуществления связи двигателя с рабочей машиной, называется электрическим приводом. Различают электропривод: групповой, или трансмиссионный, при котором электрический двигатель приводит в движение трансмиссию, связанную с несколькими рабочими машинами; одиночный, когда каждый рабочий механизм имеет свой электрический двигатель; многодвигательный, состоящий из нескольких двигателей, каждый из которых приводит в движение определенную часть рабочей машины.
Групповой электропривод не применяется из-за существенных потерь энергии в трансмиссионных передачах, трудностей в управлении отдельными механизмами и невозможности их автоматизации. Одиночный и особенно многодвигательный приводы обладают xoрошими возможностями автоматизации производственных механимов за счет осуществления автоматического управления электроприводами с помощью электрической аппаратуры. Многодвигательный электропривод сложных механизмов позволяет освободиться! от внутренних передаточных устройств, что повышает экономичности их работы. Многие сложные современные механизмы (крупные металлообрабатывающие станки, прокатные станы и др.) имеют десятки или даже сотни электрических двигателей, управление которыми в большинстве случаев автоматизируется.
Автоматическое управление электроприводами является одним из условий автоматизации производственных процессов.