Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
8 Список литературы
8.1 Основная литература
1 В.Е. Китаев, А.А.Бокуняев, М.Ф.Колканов Электропитание устройств связи. Под общей ред. В.Е. Китаев – М: связь, 1975 – 328 с.
2 В.М. Бушуев Электропитание устройств связи.- М.: Радио и связь, 1986 – 240с.
3.В.Е.Китаев, А.А.Бокуняев, М.Ф.Колканов Расчет источников электропитания устройств связи: Учебное пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 1993 – 232 с.
4.Иванов-Цыганов А.И. Электропреобразовательные устройства РЭС: Учебник для вузов по специальности «Радиотехника».-М.:Высш.шк., 1991. -272 с., илл., ISBN.5-06-00196-2. стр.149…152, стр. 189…207.
5.Электропитание устройств связи. Учебник для вузов/ А.А. Бокуняев, В.М. Бушуев и др. Под ред. Ю.Д. Козляева. – М.: Радио и связь. 1998. – 328 с., ил., стр. 79…81, стр. 95…96
6.Электропитание устройств связи. Учебник для вузов/ О.А. Доморацкий, А.С. Жерненко, А.Д. Кратиров и др. – М.: Радио и связь. 1981. – 320 с.
8.2 Дополнительная литература
1 Кацман М.М. Электрические машины. М.: Высшая школа, 2001.- 463 с
2 Каминский Е.А. Звезда, треугольник, зигзаг-. М.: Энергия, 1977
8.3 Методические указания и программы
1. Электронно-учебное пособие по дисциплине «Электропитающие устройства телекоммуникаций», Сиб ГУТИ, Новосибирск 2.Виртуальные лабораторные работы Electronics Workbench
9 Оборудование
1 Класс ЭВМ, ауд. 521а, 504
2 Лабораторные стенды, ауд.504
10 Политика курса
1 Не опаздывать на занятия
2 Не разговаривать во время занятий
3 Не читать газеты, отключить сотовый телефон
4 Не пропускать занятия, в случае отсутствия по болезни предоставить справку
5Пропущенные занятия по уважительной причине отрабатывать в определенное преподавателем время
6 В случае невыполнения заданий в установленные сроки, итоговая оценка снижается
7 Активно участвовать в учебном процессе
8Быть терпимым, открытым, откровенным и доброжелательным к сокурсникам и преподавателям
11 Информация по оценке знаний
Текущий контроль (40 баллов) – посещение занятий и работа на практических и лекционных занятиях, решение задач, устный опрос, выполнение и контроль домашнего задания и СРС, СРСП.
Промежуточный контроль (20 баллов) – Два рубежных контроля – 10 баллов. Рубежный контроль 1 – закрытый тест, рубежный контроль 2 – открытый тест.
Итоговый контроль (40 баллов) – сдача экзамена устно по билетам.
12 Политика выставления оценок
- Объективность (четкие эквиваленты оценочной системы);
- Прозрачность (информированность, осведомленность);
- Высокая дифференциация.
Требования к курсу, правила оценки видов учебной деятельности и критерии выставления текущих, промежуточных и итоговых баллов доводятся до сведения обучающих в начале семестра.
Выставление оценок основывается на процентной системе. Итоговый результат 100% соответствует 100 баллам.
В случаях – пропуска занятий, невыполнение домашнего задания без уважительной причины назначается отработка (в установленное преподавателем время), с начислением рейтинга не более 75%.
Неудовлетворительный ответ на вопрос во время занятия приводит к дополнительному вопросу на итоговом контроле.
В случае отработки пропущенных занятий, невыполненных домашних заданий по уважительной причине начисляется рейтинг не более 95%.
Оценка знаний студентов выставляется в соответствии с кредитной технологией на основании данных, приведенных ниже.
Контроль знаний курса состоит из:
1 Текущий контроль 100% - 40 баллов
2 Рубежный контроль 1 и 2 – каждый по 100% - 10 баллов
3 Итоговый контроль 100% - 40 баллов
Таблица 7 – Рейтинг знаний студента
|
Текущий контроль (количество баллов min/max) |
Промежуточный контроль |
Итоговый контроль (экзамен) |
Итого |
||||
|
Лекции |
Лабор. работы |
Практич занятия |
СРСП, СРС |
Контроль 1 |
Контроль 2 |
40 |
100 |
|
0/6 (0,4*15)=6 |
8/22 (2,2*10)=22 |
0/6 (0,4*15)=6 |
6/12 (0,4*15)=6 |
10 |
10 |
||
|
40 |
20 |
Все задания слагаемых текущего контроля оцениваются по 100 % системе. По окончанию курса находится текущий контроль с учетом коэффициента.
Таблица 7.1 – Шкала оценки знаний по рубежному контролю
|
Цифровой эквивалент баллов |
Процентное содержание баллов |
Оценка по традиционной системе |
|
9,5-10 |
95-100 |
отлично |
|
9,0-9,4 |
90-94 |
|
|
8,5-8,9 |
85-89 |
хорошо |
|
8,0-8,4 |
80-84 |
|
|
7,5-7,9 |
75-79 |
|
|
7,0-7,4 |
70-74 |
удовлетворительно |
|
6,5-6,9 |
65-69 |
|
|
6,0-6,4 |
60-64 |
|
|
5,5-5,9 |
55-59 |
|
|
5,0-5,4 |
50-54 |
|
|
0-4,9 |
0-49 |
неудовлетворительно |
Таблица 7.2 – Шкала оценки знаний по итоговому и текущему контролю
|
Цифровой эквивалент баллов |
Процентное содержание баллов |
Оценка по традиционной системе |
|
38-40 |
95-100 |
отлично |
|
36-37,6 |
90-94 |
|
|
34-35,6 |
85-89 |
хорошо |
|
32-33,6 |
80-84 |
|
|
30-31,6 |
75-79 |
|
|
28-29,6 |
70-74 |
удовлетворительно |
|
26-27,6 |
65-69 |
|
|
24-25,6 |
60-64 |
|
|
22-23,6 |
55-59 |
|
|
20-21,6 |
50-54 |
|
|
0-19,6 |
0-49 |
неудовлетворительно |
Таблица 7.3 – Шкала оценки знаний студентов по всем видам контроля
|
Оценка по буквенной системе |
Цифровой эквивалент баллов |
Процентное содержание баллов |
Оценка по традиционной системе |
|
A |
4.0 |
95-100 |
отлично |
|
A- |
3.67 |
90-94 |
|
|
B+ |
3.33 |
85-89 |
хорошо |
|
B |
3.0 |
80-84 |
|
|
B- |
2.67 |
75-79 |
|
|
C+ |
2.33 |
70-74 |
удовлетворительно |
|
C |
2.0 |
65-69 |
|
|
C- |
1.67 |
60-64 |
|
|
D+ |
1.33 |
55-59 |
|
|
D |
1.0 |
50-54 |
|
|
F |
0 |
0-49 |
неудовлетворительно |
3 Краткий курс лекций
Лекция 1 Однофазные трансформаторы
Основная литература:
1.Электропитание устройств связи: Учебник для вузов /А.А.Бокуняев, В.М. Бушев, А.С. Жерненко и др.; Под ред. Ю.Д. Козляева. – М.: Радио и связь, 1998. – стр. 8-12.
2.В.Е. Китаев, А.А. Бокукняев, М.Ф. Колканов электропитание устройств связи. Под общей ред. В.Е.Китаев – М.: связь, 1975 – стр. 15 - 21.
3.Е.А. Каминский Звезда, треугольник, зигзаг-. М.: Энергия, 1977, стр. 17-21, стр. 39-42, стр. 44-45, стр. 60-61.
Дополнительная литература:
4.М.М. Кацман Электрические машины. М.: Высшая школа, 2001. – стр. 9-17.
Вопросы:
1 Конструкция и принцип действия трансформатора.
2Уравнение ЭДС трансформатора.
3 Конструктивные особенности трансформатора.
4 Опыт холостого хода
5 опыт короткого замыкания
Трансформатором называется электромагнитное устройство, с помощью которого происходит преобразование переменного напряжения одних параметров в переменное напряжение других (частота, напряжение, фазность, форма напряжения и т.д.).
Трансформаторы, в которых преобразуется переменное напряжение (по величине) в напряжение, необходимое для питания той или иной установки, называются силовыми.
Различают трансформаторы по мощности: маломощные, мощные; по конструкции: броневые, стержневые, однофазные, многофазные; по виду охлаждения: с естественным, воздушным и с масляным охлаждением.
В зависимости от типа сердечника различают трансформаторы стержневые и броневые. Материалом сердечников силовых трансформаторов обычно служит листовая электротехническая сталь. Сталь обычно различных марок, толщины, горячей прокатки, холоднокатаная.
Принцип действия трансформатора основан на использовании явления взаимоиндукции и самоиндукции. Трансформатор состоит из сердечника из магнитного материала и двух обмоток. Число обмоток, вид сердечника зависят от конкретного назначения трансформатора, но принцип работы общий для всех. Если к обмотке 1, имеющей число витков W1 подвести переменное напряжение U1, то по ней потечет переменный ток. Обмотка, к которой подводится напряжение источника электрической энергии, называется первичной. При протекании переменного тока в первичной обмотке возникает переменный магнитный поток. Этот поток будет пронизывать первичную обмотку и, замыкаясь по сердечнику, будет воздействовать и на вторую обмотку 2, имеющую число витков W2. Та обмотка, к которой подключается потребитель-нагрузка, называется вторичной.
Переменный магнитный поток, пронизывающий первичную и вторичную обмотки, наведет в них соответственно ЭДС Е} и E2 Нетрудно видеть, что ЭДС
Е1 = е • W1 (1.1)
Ez = е • W2,, (1.2)
где е — ЭДС, наводимая переменным магнитным потоком в одном витке; а W1, W2,— соответственно число витков первичной и вторичной обмоток. Из равенств (1.1) и (1.2) видно, что соотношение между ЭДС первичной и вторичной обмоток зависит от соотношения числа витков т. е.
Е1/ Ez== е W1/ е W2 (1.3)
Это соотношение называется коэффициентом трансформации n. Если принебречь падением напряжения на активном сопротивлении первичной и вторичной обмоток, счита, что U1 = E1; U2 = E2, то коэффициент трансформации будет равен:
n = W2/ W1= U2/ U1 (1.4)
В зависимости от типа сердечника различают трансформаторы стержневые, броневые. Материалом сердечников силовых трансформаторов обычно является листовая электротехническая сталь. Сталь бывает различных марок, толщины, горячей прокатки, холоднокатаная. Все виды применяемой стали в зависимости от степени ее легирования кремнием делятся на четыре группы: слаболегированная, среднелегированная, с повышенной легированностью, высоколегированная. Марки стали условно обозначают буквой «Э» с соответствующими цифрами. Для первых двух групп сталь имеет толщину листа, равную 0,5 мм, для третьей и четвертой групп — 0,35 и 0,5 мм соответственно. Феррит обладает широким диапазоном рабочих частот, поэтому широко используется в импульсных трансформаторах.
Обмотки трансформатора изолируют друг от друга. В конструкции трансформатора они размещаются на каркасе и используется межвитковая и межслойная изоляция (лак, волокно, х/б нитки, и т.д.)
Одним из наиболее часто употребляемых на практике способов определения основных параметров трансформаторов являются испытания их в режимах холостого хода и короткого замыкания.
Опыт холостого хода. Условия проведения опыта: на вход подается номинальное напряжение U1ном, вторичная цепь размыкается, ток в ней равен нулю, а напряжение на выходе U2 равно наводимой ЭДС Е2; ток в этом случае течет лишь по первичной обмотке, к которой приложено номинальное напряжение - U1. Этот ток I0 называется током холостого хода.
В режиме холостого хода измеряют напряжения первичной и вторичной обмоток, ток холостого хода и потребляемую при этом мощность. По данным опыта определяется коэффициент трансформации, потери в магнитопроводе, которые равны потерям холостого хода, и сопротивление трансформатора в режиме холостого хода.
При опыте короткого замыкания вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко, а к первичной обмотке подводится такое пониженное напряжение UK , при котором по обмоткам протекают номинальные токи. Это напряжение называется напряжением короткого замыкания и измеряется оно в % от номинального, т.е. uк(%)= UK/ U1ном·100%≤(5…7)%.
При коротком замыкании измеряют напряжение короткого замыкания, ток в первичной обмотке, который в этом режиме принимается равным номинальному току и мощность, потребляемую трансформатором. По данным опыта определяют потери в проводах обмоток при номинальном токе, сопротивление трансформатора, а также напряжение короткого замыкания и его активную и реактивную составляющие.
Трансформаторы очень широко применяются в самых различных радиотехнических системах и устройствах связи в качестве силовых и согласующих элементов; в системах передачи и распределения электрической энергии, в устройствах регулирования напряжений, пуска в ход двигателей переменного тока и т.д.
Лекция 2 Трехфазные трансформаторы
Основная литература:
Дополнительная литература:
Рассматриваемые вопросы:
1 Внешняя характеристика трансформатора.
2 Энергетические показатели трансформатора.
3. Конструкция трехфазных трансформаторов.
4. Электромагнитная мощность трансформатора
5. Автотрансформаторы
Энергию трехфазного тока можно трансформировать тремя однофазными трансформаторами, первичные и вторичные обмотки которых соединены между собой по одной из трехфазных схем (групповой траснформатор) или трехфазным трансформатором.
Трехфазные трансформаторы выполняются стрежневыми с расположением стержней в одной плоскости. На каждом стержне такого трансформатора размещаются обмотки низшего и высшего напряжения одной фазы.
Начала фаз обмоток высшего напряжения обозначают прописными латинскими буквами А, B и C, а концы фаз обмоток буквами X, Y и Z.
При соединении обмоток в звезду концы всех трех фаз соединяются между собой, образуя общую нейтральную (нулевую) точку, а свободные начала трех фаз подключаются к проводам сети источника или приемника электрической энергии переменного тока.
При соединении обмоток в треугольник начало первой фазы соединяют с концом второй, начало второй – с концом третьей, начало третьей фазы - с концом первой. Точки соединения начала одной фазы с концом другой подключают к проводам трехфазной сети переменного тока.
Помимо этих двух основных схем иногда в выпрямительных устройствах применяют схему соединения в зигзаг. В этой схеме каждая фаза состоит из двух катушек с одинаковым числом витков, находящихся на различных стержнях и соединенных встречно. ЭДС фазы обмотки, соединенной в зигзаг, равна геометрической разности ЭДС двух катушек.
Внешняя характеристика трансформатора – это зависимость входного напряжения от тока нагрузки с учетом его характера (активная – R, активно-емкостная - LC , активно-индуктивная - RL).
К энергетическим показателям трансформатора относятся: КПД трансформатора и коэффициент мощности.
КПД трансформатора – это отношение полезно использованной мощности в нагрузке к потребляемой мощности трансформатора.
Трехфазные трансформаторы – это система объединяющая три источника переменного тока, ЭДС которых сдвинуты друг относительно друга на 120. Обмотки первичной и вторичной цепей соединяются одним из способов: «звезда», «треугольник» или «зигзаг».
Электромагнитная мощность – это полусумма электромагнитных мощностей всех обмоток трансформатора. Так как на первичную цепь приходится половина мощности, то при расчете электромагнитной мощности берут либо сумму мощностей всех вторичных цепей, либо мощность первичной цепи.
При проектировании трансформатора вводят понятие габаритной мощности трансформатора – это связь электромагнитной мощности с параметрами трансформатора.
РЭМ =∑Еi Ii
(1.5)
Габаритная мощность трансформатора:
Ргаб =2Кф ·Кмаг · К ок · Вm · f ·j ·Sмаг· Sок (1.6)
При заданной мощности трансформатора определяют типоразмеры трансформатора, затем по уравнению ЭДС рассчитывают количество витков первичной и вторичной цепей.
Автотрансформатором называется трансформатор, обмотки которого гальванически связаны. Конструкция магнитопровода и обмоток автотрансформатора практически не отличаются от этих же элементов трансформатора.
Преимущества автотрансформатора: меньший расход обмоточного материала и стали, меньшие потери электроэнергии и колебания напряжения при изменении нагрузки, а также более высокий КПД.
Лекция 3. Магнитный усилитель
Основная литература:
1.Электропитание устройств связи: Учебник для вузов/А.А.Бокуняев, В.М. Бушев, А.С. Жерненко и др.; Под ред. Ю.Д. Козляева. – М.: Радио и связь, 1998.
2.В.Е. Китаев, А.А. Бокукняев, М.Ф. Колканов электропитание устройств связи. Под общей ред. В.Е.Китаев – М.: связь, 1975 -стр. 34-50.
3.Е.А. Каминский Звезда, треугольник, зигзаг-. М.: Энергия, 1977, стр. 17 21, стр. 39-42, стр. 44-45, стр. 60-61.
Дополнительная литература:
4..М.М. Кацман Электрические машины. М.: Высшая школа, 2001. -463 стр., стр. 36-39, стр. 61-65.
Рассматриваемые вопросы:
1.Принцип действия магнитного усилителя
2. Конструктивные особенности магнитного усилителя.
3.Достинства и недостатки магнитных усилителей
Магнитный усилитель – это устройство, принцип действия которого основан на использовании ферромагнитных свойств сердечника.
Принцип работы магнитного усилителя заключается в том, что в течение части каждого из полупериодов изменения напряжения источника питания, пока ни один из сердечников не насыщен, ток в нагрузке мал (представляет, по существу, ток холостого хода трансформаторов), и практически все напряжение оказывается приложенным к рабочим обмоткам. В течение остальной части каждого из полупериодов, когда сердечники находятся в насыщении, практически вес напряжение источника питания оказывается приложенным к нагрузке.
Благодаря такому периодическому возникновению и исчезновению большого сопротивления последовательно с нагрузкой, магнитный усилитель работает как ключ, между источником питания и нагрузкой. Момент его замыкания может быть изменен выбором величины намагничивающей силы обмоток управления.
За счет подмагничивания цепи переменного тока рабочих обмоток постоянным током обмоток управления, изменяется индуктивность рабочей цепи.
При протекании переменного тока в рабочей цепи в магнитопроводе возникает напряженность магнитного поля.
Так как магнитный усилитель по конструктивному исполнению не отличается от трансформатора, то свойство трансформатора проявляются и в них, а именно – свойство обратимости.
Обмотка управления должна воздействовать на рабочую цепь, где протекает большой рабочий ток. Рабочая цепь в свою очередь может воздействовать на обмотку управления.
В настоящее время известно большое количество различных схем и разновидностей магнитного усилителей, которые можно разделить по следующим признакам:
1. По виду статической характеристики управления – на однотактные (нереверсивные) и двухтактные (реверсивные).
2. По способу осуществления обратной связи – на магнитные усилители с внешней, внутренней и смешанной обратной связью. При этом обратная связь может быть положительной или отрицательной, по току или по напряжению, магнитной или электрической, жесткой или гибкой.
3. По быстродействию – обычные и быстродействующие.
4. По способу включения нагрузки – на магнитные усилители с последовательным или параллельным относительно нагрузки включением рабочих обмоток.
5. По числу и конструкции сердечников в однотактной схеме.
При этом воздействие в обмотке управления может наводиться высоким напряжением.
Для исключения воздействия рабочей цепи на цепь управления существует ряд схем. Наиболее известно разделение полуобмоток рабочей цепи магнитного усилителя на два сердечника.
Рабочие обмотки должны быть намотаны таким образом, чтобы результирующий поток, создаваемый ими и пронизывающий обмотки управления, был равен нулю.
Для фиксации рабочей точки на перегибе петли гистерезиса используется обмотка смещения, величина тока смещения зависит от тока нагрузки.
Схема с дополнительными обмотками смещения и обратной связью. Основная характеристика – это зависимость тока нагрузки от тока управления.
При токе управления, равным нулю, ток нагрузки имеет значение, равное току холостого хода цепи.
Достоинствами магнитного усилителя являются:
- высокая надежность;
- простота конструкции;
- гальваническая развязка рабочей цепи и цепи управления;
- высокая прочность конструкции;
- широкий диапазон частот от 10 Гц до сотен кГц;
- низкий порог чувствительности 10-14…10-16 Вт;
- высокое усиление 104…106 .
Недостатки: большая инерционность и большие габариты, эти недостатки ликвидируются при переходе на высокую частоту.
Лекция 4. Неуправляемые выпрямители
Основная литература:
1.Электропитание устройств связи: Учебник для вузов/А.А.Бокуняев, В.М. Бушев, А.С. Жерненко и др.; Под ред. Ю.Д. Козляева. – М.: Радио и связь, 1998. – стр. 60-63.
2.В.Е. Китаев, А.А. Бокукняев, М.Ф. Колканов электропитание устройств связи. Под общей ред. В.Е.Китаев – М.: связь, 1975 -стр. 113-114, стр. 114-120, стр. 120-121,
3.Е.А. Каминский Звезда, треугольник, зигзаг-. М.: Энергия, 1977, стр. 17-21, стр. 39-42, стр. 44-45, стр. 60-61.
Дополнительная литература:
2. Каминский Е.А. Звезда, треугольник, зигзаг-. М.: Энергия, 1977
Рассматриваемые вопросы:
1.Полупроводниковый диод, как элемент выпрямительного устройства.
2.Критерий качества выпрямительных устройств. Неуправляемые выпрямители.
3. Однофазный мостовой (двухполупериодный) выпрямитель.
4.Способы повышения пульсности выпрямителей.
5.Внешняя характеристика выпрямителя.
Выпрямителем называется статический преобразователь напряжения переменного напряжения постоянного тока. В общем случае, выпрямитель состоит из трансформатора, полупроводниковых диодов и сглаживающего фильтра.
Трансформатор преобразует напряжение сети переменного тока, гальванически развязывает рабочие цепи выпрямителя и нагрузку от питающей сети и от других потребителей, позволяет заземлять один полюс выпрямителя.
Вентилем называется прибор, обладающий высокой проводимостью (малым сопротивлением) для тока одного (прямого) направления и малой проводимостью (большим сопротивлением) для тока противоположного (обратного) направления. У идеального вентиля сопротивление в прямом (проводящем) направлении равно нулю, а в обратном (непроводящем) направлении бесконечно велико.
Вентили обладают односторонней проводимостью и осуществляет преобразование переменного тока в постоянный ток. Их количество в выпрямителе зависит от схемы выпрямления. Выпрямленное напряжение или ток вентилей получается пульсирующим.
Выпрямители бывают управляемыми и неуправляемыми. Неуправляемый выпрямитель не позволяет регулировать выходное напряжение.
Выпрямительные устройства можно классифицировать:
Режим работы выпрямителя в значительной степени зависит от характера его нагрузки. Различают следующие режимы работы выпрямителя: на активную нагрузку, на нагрузку емкостного характера, на противоэдс, на индуктивную нагрузку, на нагрузку, состоящую из L, C и R.
Идеальная активная нагрузка выпрямителя относительно редка и характерна лишь для цепей, не требующих ограничения переменной составляющей выпрямленного напряжения.
Емкостная нагрузка характерна для выпрямителей малой мощности.
Режим работы выпрямителя на противоэдс является характерным при заряде аккумуляторных батарей или при питании двигателей постоянного тока.
На индуктивную нагрузку в основном работают выпрямители средней и большой мощности.
Внешняя характеристика выпрямителя – это зависимость средневыпрямленного напряжения на выходе выпрямителя от изменения тока нагрузки.
В независимости от режима работы выпрямитель характеризуется: выходными параметрами; параметрами, характеризующими режим работы вентиля и параметрами трансформатора.
Критериями качества работы выпрямителя являются:
- коэффициент пульсации;
- коэффициент выпрямления по напряжению;
- пульсность;
- КПД;
Мостовая схема выпрямления
Иначе ее называют однофазной мостовой схемой Герца. В ней в течение одного полу периода выпрямленный ток течет через B1, RН, B3 и замыкается на вторичной обмотке трансформатора.
При обратной полярности ток замкнется через B2, RН, B4 и вторичную обмотку. Т.е. ток через нагрузку и вторичную обмотку трансформатора течет в течение всего периода. Постоянная составляющая тока через RН равна (при условии, что Im=Um/RН):
(2.1)
, (2.2)
то есть в 2 раза больше, чем в однофазной однотактной схеме. Так как ток по вторичной обмотке трансформатора течет весь период, то действующее его значение определится, как
(2.3)
тогда, сравнивая I0 и I2, получим.
Так как за каждый полупериод работают попарно два вентиля, то действующее значение тока через каждую пару последовательно соединенных вентилей равен:
IB = I2/2. (2.4)
Для этой схемы m=2, fП =2 fС, обратное напряжение на запертых вентилях определится как UОБР=Um=U2, т.к. вентили подключены к U2 параллельно.
Для повышения качества выпрямленного напряжения необходимо увеличить пульсность схемы выпрямления. Существуют следующие способы повышения: 1)увеличение фазности питающих напряжений, 2)увеличение числа коммутирующих элементов, 3)расщепление фазных напряжений за счет использования способа соединение трансформатора «зигзагом»
Внешняя характеристика выпрямителя Внешняя характеристика выпрямителя - это зависимость средневыпрямленного напряжения на выходе выпрямителя от изменения тока нагруз ки.
Лекция 5. Управляемые выпрямители
Основная литература:
Дополнительная литература:
2. Каминский Е.А. Звезда, треугольник, зигзаг-. М.: Энергия, 1977
Рассматриваемые вопросы:
Кремниевые вентили бывают и управляемые – тиристоры. Они применяются в управляемых выпрямителях. Это трех электродный прибор с четырехслойной полупроводниковой структурой.
Кроме анода и катода он имеет еще один вывод – управляющий электрод (УЭ).
Применение тиристоров вносит ряд существенных особенностей в режим работы однофазной двухполупериодной схемы: изменяются формы кривых токов и напряжений на элементах и меняется режим работы вентилей.
Использование в схеме выпрямления тиристоров позволяет задерживать на требуемую величину начало прохождения тока через очередной вступающей в работу вентиль по отношению к моменту его естественного отпирания.
Тиристор не пропускает ток до тех пор, пока к его аноду приложено напряжение меньше Uamax, в это время через него проходит только очень маленький ток утечки, если Uа= Uamax, тиристор открывается и переходит в область устойчивой работы, тогда ток через него определяется сопротивлением нагрузки. Если прямой ток снизится до тока выключения, тиристор самопроизвольно закроется. Если подать сигнал на УЭ, то характеристика тиристора в области зоны неустойчивой работы тиристоры и первую область изменится.
Критерием качества работы выпрямителя является коэффициент пульсации.
Регулировочная характеристика управляемого выпрямителя – это зависимость средневыпрямленного значения напряжения от угла регулирования. Для стабилизации выходного напряжения в управляемом выпрямителе используют фазовый способ регулирования.
Максимальное обратное напряжение на вентиле при углах регулирования меньше 900 равно амплитуде линейного напряжения вторичной обмотки трансформатора.
Соотношение между средним и действующим значениями тока через вентиль зависит от величины угла управления. С увеличением угла управления отношение действующего тока к среднему возрастает, что необходимо учитывать при выборе элементов схемы.
Диапазон регулирования в управляемых выпрямителях определяется следующими параметрами:
- нестабильностью входного напряжения:
- диапазон тока нагрузки;
- характером нагрузки;
- допустимым минимальным значением угла регулирования, который зависит от дрейфа фазного напряжения, инерционности системы управления, динамических параметров тиристоров;
- температурной зависимостью параметров полупроводников.
Лекция 6. Симметричный выпрямитель с обратным вентилем
Основная литература:
Дополнительная литература:
Рассматриваемые вопросы:
1 Симметричный выпрямитель.
2 Структурная схема системы управления.
Принципиальная схема симметричного выпрямителя с обратным вентилем работает таким образом: при положительном уровне входного напряжения U1 и подачи управляющего импульса на тиристоры VS1 и VS4 с фазовой задержкой на угол , происходит открывание тиристорных ключей, во вторичной цепи наводится ЭДС и напряжение U2 передается в нагрузку.
В дросселе сглаживающего фильтра накапливается реактивная энергия На интервале происходит рекуперация реактивной энергии через обратный диод VD в нагрузку. Тиристорные ключи VS1 и VS4 закрываются и отрицательная полуволна напряжения U2 не передается в нагрузку.
К достоинствам данной схемы относятся: широкий диапазон регулирования выходного напряжения; высокий уровень выходного напряжения.
Недостатки схемы: большое количество элементов силовой цепи по сравнению с симметричной схемой без обратного диода и несимметричной схемой. Последнее увеличивает габариты устройства и снижает его надежность.
Существует две структуры построения системы управления в управляемых выпрямителях:
- одноканальная, где формирование сигналов управления происходит в общем канале, а на выходе канала выполняется распределение импульсов управления по каналам. Такая структура используется при большой асимметрии в трехфазных системах. Достоинством одноканальной структуры является: простота системы управления, недостатком - низкое быстродействие и плохое качество стабилизации выходного напряжения выпрямителя.
- многоканальная, в которой все каналы построены по одной структуре. Достоинством многоканальной схемы является: высокое быстродействие и качество стабилизации напряжения в нагрузке, широкий диапазон регулирования. Не допускается использование данной структуры при асимметрии фазных напряжений в трехфазной системе. Эта схема более дорогостоящая по сравнению с предыдущей.
Для увеличения среднего прямого тока используют параллельное включение диодов с выравнивающими элементами.
При параллельной работе диодов из-за несовпадения из ВАХ, токи в них распределяются неравномерно. Это может привести к выходу из строя одного из диодов.
Для выравнивания токов используются дополнительные элементы: для средней мощности – резисторы, для большей мощности – уравнительный реактор.
Для выпрямления напряжений в маломощных выпрямителях, последовательно включенные диоды шунтируются резисторами, величина сопротивлений которых в несколько раз меньше обратного сопротивления диода.
Для выпрямителей большей мощности этот способ выравнивания обратных напряжений не пригоден из-за больших потерь в резисторах. Поэтому для мощных выпрямительных устройств применяют реактивные делители напряжения.
Лекция 7. Сглаживающие фильтры
Основная литература:
Дополнительная литература:
5.. Каминский Е.А. Звезда, треугольник, зигзаг-. М.: Энергия, 1977 стр. 17- 21, стр. 39-42, стр. 44-45, стр. 60-61.
Рассматриваемые вопросы:
1.Критерии качества сглаживающих свойств фильтров.
2.Пассивные сглаживающие фильтры. Активно- емкостный (R-C) сглаживающий фильтр.
3.Индуктивно - емкостный (L-C) сглаживающий фильтр.
4.Многозвенные сглаживающие фильтры. Резонансные сглаживающие фильтры
Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения – это отношение значения переменного напряжения к постоянному. Коэффициент пульсации также можно определять и для тока. Чаще всего нагрузка позволяет иметь коэффициент пульсации питающего напряжения значительно меньше, чем получается на выходе выпрямителя. Тогда для уменьшения пульсации на выходе выпрямителя включают сглаживающие фильтры.
Способность сглаживающего фильтра уменьшать пульсацию оценивается коэффициентом сглаживания, равным отношению коэффициента пульсации на входе фильтра (на выходе выпрямителя) к коэффициенту пульсации на его выходе (на нагрузке).
Требования, предъявляемые к фильтрам:
- минимальное падение постоянной составляющей напряжения;
- не должен искажать форму тока в нагрузке при быстром изменении сопротивления нагрузки;
- отсутствие перенапряжения и бросков тока в переходных процессах;
- малая стоимость, габариты и вес;
- высокая надежность;
- частота собственных колебаний фильтра должна быть меньше низшей частоты переменной составляющей выпрямленного напряжения и тока.
Существуют следующие схемы сглаживающих фильтров:
- из одной емкости или одной индуктивности;
- из двух элементов (Г-образные), индуктивно-емкостные (LC) и активно-емкостные (RC);
- сложные П-образные фильтры (CLC и CRC) и многозвенные (CL, RC);
- резонансные фильтры;
- фильтры с компенсацией переменной составляющей на выходе фильтра;
- электронные фильтры на транзисторах и электронных лампах.
Методы построения сглаживающих фильтров на реактивных элементах заключается в следующем:
- последовательно в цепи ток нагрузки включает элемент, который имеет большое сопротивление для изменения тока и малое сопротивление для постоянной составляющей тока, а параллельно включенный элемент, обладает малым сопротивлением для изменения тока и большим сопротивлением для постоянного тока.
Принцип действия основан на способности реактивных элементов накапливать и отдавать энергию.
Если пульсация напряжения происходит на одной или нескольких фиксированных частотах, то целесообразно применение резонансных фильтров, у которых собственная частота LC-контуров совпадает с частотами пульсации напряжения. В случае необходимости подавления спектра частот применяется фильтр, собственная частота которого выбирается меньше, чем частота наиболее низкой гармоники сглаживаемого напряжения.
Сглаживающие фильтры разделяются на однозвенные и многозвенные.
Последние представляют собой фильтры, в которых последовательно включается несколько звеньев. В свою очередь, однозвенные фильтры могут содержать один или несколько реактивных элементов.
Индуктивный фильтр состоит из дросселя, включенного последовательно с нагрузкой. Сглаживающее действие такого фильтра основано на возникновении в дросселе ЭДС самоиндукции, препятствующей изменению выпрямленного тока.
Емкостный фильтр необходимо рассматривать совместно с выпрямителем. Его действие основано на накоплении электрической энергии в электрическом поле конденсатора и его разряде при отсутствии тока через вентиль на сопротивление нагрузки.
Лекция 8. Параметрический стабилизатор напряжения
Основная литература:
1. Электропитание устройств связи: Учебник для вузов/А.А.Бокуняев, В.М. Бушев, А.С. Жерненко и др.; Под ред. Ю.Д. Козляева. – М.: Радио и связь, 1998. – стр. 90-91.
2.В.Е. Китаев, А.А. Бокукняев, М.Ф. Колканов электропитание устройств связи. Под общей ред. В.Е.Китаев – М.: связь, 1975 –стр. 180-185.
Дополнительная литература:
3. М.М. Кацман Электрические машины. М.: Высшая школа, 2001. – стр. 35-39.
4. Е.А. Каминский Звезда, треугольник, зигзаг-. М.: Энергия, 1977, стр. 17-21, стр. 39-42, стр. 44-45, стр. 60-61.
Рассматриваемые вопросы:
1.Параметрический стабилизатор напряжения.
2.Стабилизаторы в цепи постоянного тока.
3.Вольт-амперная характеристика параметрического стабилизатора напряжения
4.Достоинства и недостатки параметрического стабилизатора
Для стабилизации напряжения постоянного тока используются нелинейные элементы, величина напряжения на электродах которых мало зависит от тока, протекающего через них. В качестве таких нелинейных элементов чаще всего применяются газоразрядные и кремниевые стабилитроны.
Газоразрядный стабилитрон представляет собой ионный прибор тлеющего разряда, в стеклянном баллоне которого, наполненном инертным газом, находятся два электрода: анод – холодный катод.
Стабилизатором напряжения или тока называется устройство, поддерживающее неизменным по величине напряжение или ток нагрузки, при изменении питающего напряжения, частоты сети, температуры окружающей среды и т.д.
По принципу действия стабилизаторы делятся на параметрические и компенсационные.
Параметрические стабилизаторы – это стабилизаторы, в которых стабилизация осуществляется за счет использования свойств нелинейных элементов, в них чаще всего отсутствует обратная связь.
В параметрических стабилизаторах напряжения режим стабилизации осуществляется за счет нелинейности ВАХ регулирующего элемента.
Простейший параметрический стабилизатор состоит из стабилитрона и резистора и работает следующим образом. При небольшом увеличении выходного напряжения ток через стабилитрон резко увеличивается, что приводит к увеличению тока через резистор. На резисторе увеличивается падения напряжения, которое вычитается из напряжения источника питания, и напряжение на нагрузке остается неизменным. Если же происходит уменьшение напряжения на нагрузке, то это и приводит к уменьшению тока, протекающего через стабилитрон и резистор, падение напряжения на резисторе уменьшается и напряжение на нагрузке остается неизменным.
Степень нелинейности ВАХ на рабочем участке оценивается статистическим и динамическим напряжением.
Статистическое сопротивление – это сопротивление, которое оказывает нелинейный элемент, постоянный по величине, току в рабочей точке.
Динамическое сопротивление – это сопротивление, которое оказывает элемент изменением протекающего через него тока.
Статистическое и динамическое сопротивления не могут быть равны между собой и меняются в зависимости от величины напряжения и тока.
В качестве нелинейных элементов в параметрических стабилизаторах напряжения используют газоразрядные и кремниевые стабилитроны.
Схемы параметрических стабилизаторов с использованием стабилитронов применяются при мощности до несколько Ватт.
Преимущество таких схем – малое количество элементов.
Основные недостатки – отсутствие плавной регулировки и точки установки номинального значения выходного напряжения, низкий КПД.
Наибольшее распространение среди параметрических стабилизаторов получили стабилизаторы параллельного типа с использованием кремниевых стабилитронов.
Основные параметры стабилитронов:
- номинальное напряжение стабилизации при токе и температуре;
- дифференциальное сопротивление;
- температурный коэффициент;
Для повышения коэффициента стабилизации параметрические стабилизаторы можно включать последовательно, но при этом результирующий коэффициент стабилизации будет равен произведению коэффициентов стабилизации отдельных каскадов. При последовательном включении стабилизаторов значительно уменьшается и без того низкий КПД стабилизатора. В реальных устройствах он составляет 5…20%.
Параметрические стабилизаторы применяются в маломощных цепях, где требуются высокостабильные источники напряжения.
Лекция 9. Компенсационные стабилизаторы напряжения
Основная литература:
1.Электропитание устройств связи: Учебник для вузов/А.А.Бокуняев, В.М. Бушев, А.С. Жерненко и др.; Под ред. Ю.Д. Козляева. – М.: Радио и связь, 1998. – стр. 91-96.
2.В.Е. Китаев, А.А. Бокукняев, М.Ф. Колканов электропитание устройств связи. Под общей ред. В.Е.Китаев – М.: связь, 1975 –стр.185-195.
3. Е.А. Каминский Звезда, треугольник, зигзаг-. М.: Энергия, 1977, стр. 17-21, стр. 39-42, стр. 44-45, стр. 60-61.
Дополнительная литература:
4.М.М. Кацман Электрические машины. М.: Высшая школа, 2001. –стр. 35-39.
Рассматриваемые вопросы:
Компенсационный стабилизатор – это стабилизатор, в котором стабилизация осуществляется за счет воздействия изменения входного тока на регулирующий элемент через цепь ОС.
Стабилизатор содержит регулирующий элемент, схему сравнения и усилитель в цепи обратной связи.
В зависимости от местоположения регулирующего элемента (РЭ) разделяются на стабилизаторы с последовательным и параллельным включением регулирующего элемента.
Силовая цепь стабилизатора состоит из РЭ и нагрузки.
За счет изменения падения напряжения на РЭ поддерживается постоянство напряжения на нагрузке.
Цепь отрицательной обратной связи состоит: делитель напряжения (ДН), усилитель постоянного тока (УПТ), источник эталонного напряжения.
Напряжение обратной связи снимается с нижнего плеча делителя напряжения и подводится на вход УПТ, где происходит сравнение напряжения обратной связи и эталонного.
Разность напряжения обратной связи и эталонного образует сигнал ошибки, что приводит к изменению тока управления и изменению напряжения на РЭ.
Напряжение на выходе при этом восстанавливается до своего первоначального значения.
Преимущества данной схемы: высокий коэффициент полезного действия у последовательного соединения схемы.
Недостатками являются невысокая надежность (возможность перегорания РЭ).
Коэффициент стабилизации зависит от параметров и режимов работы применяемых элементов, от изменения тока нагрузки и входного напряжения.
Устранить влияние нестабильности напряжения питания усилителя на работу стабилизатора можно либо применением дополнительного стабилизированного источника питания, либо введением стабилизирующих цепей. На практике второй путь нашел более широкое применение.
Компенсационные стабилизаторы непрерывного действия наряду со стабилизацией выходного напряжения подавляют также пульсации входного напряжения на частотах до нескольких килогерц. Коэффициент сглаживания стабилизатора близок к коэффициенту стабилизации.
Основная тепловая нестабильность выходного напряжения стабилизатора связана с температурным изменением источника опорного напряжения и параметров транзисторов устройства сравнения. Нестабильность также могут внести резисторы делителей опорного напряжения или цепей обратной связи. Меньшую температурную нестабильность вносят регулирующие транзисторы, поскольку они охвачены обратной связью.
Для термокомпенсации делителей напряжения можно использовать терморезисторы и диоды. Первый способ позволяет плавно регулировать значение суммарного температурного коэффициента стабилизатора.
Значения КПД стабилизаторов непрерывного действия составляют примерно 30…50%. Опыт создания стабилизаторов показывает, что основные потери в них приходятся на регулирующий транзистор. Для нормальной работы стабилизатора необходимо, чтобы мгновенное значение входного напряжения вместе с напряжением пульсации было равно или больше минимального значения, обеспечивающего получение на нагрузке заданных значений напряжения с учетом падения на регулирующем элементе. Чтобы получить максимальный КПД и облегчить режим работы элементов, номинальную величину входного напряжения желательно выбирать минимально возможной по отношению к выходному.
Лекция 10. Стабилизаторы в цепи переменного тока
Основная литература:
1.Электропитание устройств связи: Учебник для вузов/А.А.Бокуняев, В.М. Бушев, А.С. Жерненко и др.; Под ред. Ю.Д. Козляева. – М.: Радио и связь, 1998. – 328 стр.; ил.,стр. 96-102.
2.В.Е. Китаев, А.А. Бокукняев, М.Ф. Колканов электропитание устройств связи. Под общей ред. В.Е.Китаев – М.: связь, 1975 –стр. 207-211.
3.Е.А. Каминский Звезда, треугольник, зигзаг-. М.: Энергия, 1977, стр. 17-21, стр. 39-42, стр. 44-45, стр. 60-61.
Дополнительная литература:
4. М.М. Кацман Электрические машины. М.: Высшая школа, 2001. –стр. 35-39.
Рассматриваемые вопросы:
1.Стабилизаторы в цепи переменного тока.
2.Регулирование напряжения импульсным методом в цепи переменного тока.
В ряде случаев, например, в высоковольтных стабилизаторах напряжения, регулирующий элемент включается в цепь переменного тока.
В качестве таких регулирующих элементов используются магнитные усилители с самонасыщением, транзисторы, включенные по определенной схеме, тиристоры и т.д.
Магнитный усилитель с самонасыщением состоит из двух сердечников, выполненных из материала с прямоугольной петлей гистерезиса. На каждом из сердечников располагаются рабочая обмотка, обмотки управления и смещения. Магнитный усилитель с самонасыщением можно представить в виде ключа. Замкнутому состоянию ключа соответствует интервал времени, в котором сердечник МУ насыщен. Стабилизаторы данного типа широко применяются, когда требуется получить относительно большие токи нагрузки (от единиц до нескольких десятков ампер).
Поскольку транзистор является однонаправленным элементом, для его работы в цепях переменного тока его включают через диоды Д1-Д4 которые обеспечивают прохождение переменного тока через первичную обмотку трансформатора, при этом ток через транзистор не меняет своего направления. Транзисторные регуляторы в цепях переменного тока применятся в высоковольтных транзисторных стабилизаторах.
Тиристорные регуляторы, по сравнению с транзисторными, могут пропустить значительно большие токи и выдержать значительно большие напряжения. В связи с этим стабилизаторы напряжения на тиристорах могут быть выполнены на значительно большие выходные мощности, нежели стабилизаторы на транзисторах. Стабилизатор состоит из регулирующего элемента, выполненного на тиристорах и диодах трансформатора, выпрямителя, фильтра, схемы сравнения, усилителя постоянного тока и схемы управления тиристорами. Принцип действия схемы основан на изменении угла включения тиристоров.
В качестве параметрического стабилизатора переменных напряжений может быть использован нелинейный элемент с малым динамическим сопротивлением. Таким элементом является дроссель с насыщенным сердечником.
Недостатками схемы являются: - низкий косинус угла; - большие габариты дросселей; - низкий коэффициент стабилизации. В связи с этими недостатками данная схема применяется редко. Для устранения указанных недостатков в стабилизаторе, параллельно насыщенному дросселю, включается конденсатор. Такой стабилизатор называется феррорезонансным. Включение емкости параллельно насыщенному дросселю позволяет сместить рабочий участок нелинейного элемента в область малых токов. Достоинствами феррорезонансных стабилизаторов напряжения являются:
- простота;
- высокая надежность;
- относительно высокий КПД (до 0,85);
- стойкость к перегрузкам и механическим воздействиям;
- относительно низкая стоимость.
К наиболее существенным недостаткам феррорезонансных стабилизаторов напряжения следует отнести:
- зависимость выходного напряжения от изменения частоты источника питания;
- несинусоидальность формы кривой выходного напряжения;
- чувствительность к виду нагрузки;
- относительно большая масса.
Лекция 11. Инверторы напряжения.
Основная литература:
1.Электропитание устройств связи: Учебник для вузов/А.А.Бокуняев, В.М. Бушев, А.С. Жерненко и др.; Под ред. Ю.Д. Козляева. – М.: Радио и связь, 1998. – 328 стр.; ил.,стр. 51-77.
2.В.Е. Китаев, А.А. Бокукняев, М.Ф. Колканов электропитание устройств связи. Под общей ред. В.Е.Китаев – М.: связь, 1975 –стр. 217-224.
Рассматриваемые вопросы:
1.Инверторы напряжения. Принцип инвертирования напряжения.
2.Транзисторный двухтактный инвертор напряжения с самовозбуждением.
3.Транзисторные инверторы напряжения с внешним управлением.
4. Двухтактные транзисторные инверторы напряжения.
Для питания радиоаппаратуры и аппаратуры связи от источников постоянного тока с низким напряжением используются преобразователи постоянного тока в переменный – инверторы. Для этого могут быть использованы электромашинные преобразователи, унформеры, вибропреобразователи и статические преобразователи на полупроводниковых приборах.
Электромашинные преобразователи вырабатывают напряжение синусоидальной формы, в то время как полупроводниковые и вибропреобразователи – напряжение прямоугольной формы. Наиболее широко применяются полупроводниковые преобразователи. Преобразователи напряжения на небольшую мощность при питании от источников с низким напряжением преимущественно выполняются на транзисторах. Преобразователи на большие мощности, питающиеся от источников с повышенным напряжением, рационально выполнять на тиристорах.
Транзисторные преобразователи напряжения по способу возбуждения подразделяются на два типа: преобразователи с самовозбуждением и преобразователи с усилением мощности.
Существуют различные виды транзисторных инверторов напряжения: транзисторный двухтактный инвертор напряжения с самовозбуждением, транзисторные инверторы напряжения с внешним управлением, двухтактные транзисторные инверторы напряжения.
Тиристоры в отличие от транзисторов имеют одностороннее управление. Для запирания тиристоров в схемах преобразователей используются реактивные элементы в основном в виде коммутирующих конденсаторов. По способу включения конденсаторов по отношению к нагрузке преобразователи (инверторы) подразделяются на параллельные, последовательные и последовательно-параллельные.
Инвертор состоит из дросселя, четырех тиристоров, однофазного трансформатора, включенного в одну из диагоналей моста, коммутирующего конденсатора, включенного параллельно первичной обмотке трансформатора, и схемы управления тиристорами.
Преобразователи с самовозбуждением выполняются на небольшие мощности (до нескольких десятков ватт) по однотактной и двухтактной схемам. Однотактные преобразователи с самовозбуждением представляют собой релаксационные генераторы с положительной ОС.
Трансформатор в однотактных преобразователях работает с подмагничиванием, что резко увеличивает намагничивающий ток и потери в трансформаторе. В связи с этим однотактные преобразователи применяются ограниченно в основном для преобразования малой мощности (порядка 1-2 Вт).
При преобразовании больших мощностей наибольшее распространение получили преобразователи с использованием усилителя мощности. Усилитель мощности управляется от задающего генератора. В качестве задающего генератора можно использовать преобразователь с самовозбуждением. Применение таких преобразователей целесообразно, если необходимо обеспечить постоянство частоты и напряжения на выходе, а также неизменность формы кривой переменного напряжения при изменении нагрузки преобразователя.
Лекция 12. Корректор коэффициента мощности.
Основная литература:
1.Электропитание устройств связи: Учебник для вузов/А.А.Бокуняев, В.М. Бушуев, А.С. Жерненко и др.; Под ред. Ю.Д. Козляева. – М.: Радио и связь, 1998. – 328 стр.; ил.,стр. 73-77.
2.В.Е. Китаев, А.А. Бокукняев, М.Ф. Колканов электропитание устройств связи. Под общей ред. В.Е.Китаев – М.: связь, 1975 –стр. 222.
Как известно, преобразование электроэнергии характеризуется коэффициентом мощности, который определяет количество активной энергии, передаваемой потребителю. Понятно, что КМ должен быть близок к единице, а для этого необходимо, чтобы из сети потреблялся ток, совпадающий по форме и фазе с напряжением сети.
Корректор предназначен для активной фильтрации тока в сети. Корректор коэффициента мощности приближает фазный сдвиг между током и напряжением источника и формирует синусоидальную форму тока, потребляемого от сети. Корректор коэффициента мощности является промежуточным звеном в схеме импульсного источника питания, включенного между выходом входного выпрямителя и входа конвертора напряжения.
Т.к. напряжение на выходе выше, чем напряжения на входе корректора коэффициента мощности за счет энергии, накопленной в дросселе. За период открытого состояния при подаче управляющего импульса ток протекает по контуру: положительное напряжение через открытый диод напряжения; сток-исток полевого транзистора; резисторный шум со значком, открытый диод выпрямителя. На интервале открытого состояния ключа происходит нарастание тока в дросселе по линейному закону до достижения некоторой величины, определяемый средневыпрямленным напряжением, с учетом коэффициента пропорциональности.
В блоке К происходит сравнение напряжение обратной связи, снимаемого с резистора. На интервале паузы происходит спадание тока до 0 по экспоненциальному закону, подается импульс управления на транзистор.
В корректоре коэффициента мощности используются 2 способа модуляции: ШИМ и ЧИМ.
Для выполнения дополнительной функции – стабилизации выходного напряжения корректора коэффициента мощности вводится дополнительный делитель R0c1 и R0c2.
При проектировании корректора коэффициента мощности необходимо учитывать отклонение входного напряжения сети от номинального.
Напряжение на выходе корректора выбирается при максимальном значении коэффициента заполнения таким образом, чтобы при минимальном напряжении сети коэффициент заполнения был не менее 0,2-0,3.
При питании от сети 220 В, максимальное напряжение выходного корректора равен 400 В для обеспечения запаса по регулированию при фильтрации тока сети. При высокой частоте коммутации ключа (от 50 кГц до 1 МГц) огибающая первой гармоники тока приближается к синусоидальной форме. Следовательно, необходимо выполнять ключевой элемент в схеме корректора коэффициента мощности на полевом транзисторе. При использовании корректоров в трехфазной сети, схема корректора одинакова в каждой фазе транзистора.
Лекция 13. Аккумуляторы (кислотные)
Основная литература:
1.В.Е. Китаев, А.А. Бокуняев, М.Ф. Колканов Электропитание устройств связи. Под общей ред. В.Е.Китаев – М.: связь, 1975 –стр. 227-233.
2.Электропитание устройств связи: Учебник для вузов/А.А.Бокуняев, В.М. Бушев, А.С. Жерненко и др.; Под ред. Ю.Д. Козляева. – М.: Радио и связь, 1998. – стр. 33-44.
3.В.Е.Китаев, А.А.Бокуняев, М.Ф.Колканов Расчет источников электропитания устройств связи: Учебное пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 1993 – стр. 155 – 159
Рассматриваемые вопросы:
Аккумулятор - химический источник тока многократного действия. Он способен накапливать, длительно сохранять и отдавать по мере надобности электрическую энергию, полученную от внешнего источника постоянного тока.
В кислотных аккумуляторах электролитом служит водный раствор серной кислоты, в котором некоторая часть молекул последней распадается на положительные ионы водорода и отрицательные ионы кислотного остатка. Этот процесс распада молекул серной кислоты (электролитическая диссоциация) на ионы присущ самому раствору. При этом раствор в целом остается электрически нейтральным.
Электрические характеристики аккумуляторов:
1. Емкость аккумулятора - это количество электричества, которое можно получить от аккумулятора в определенных условиях разряда.
2. Номинальное напряжение аккумулятора - напряжения на выводах полностью заряженного исправного аккумулятора в течение первого часа разряда током 10-часового режима разряда при температуре электролита 20°С.
3. Напряжение в конце разряда.
4. Величина напряжения при заряде - должна быть больше ЭДС, так как зарядному току приходится преодолевать внутреннее сопротивление аккумулятора.
5. Внутреннее сопротивление аккумулятора Rвн - складывается из сопротивления аккумуляторных пластин, сепараторов и электролита.
6. Плотность электролита заряженного аккумулятора.
Современные типы аккумуляторов.
Закрытые негерметичные аккумуляторы (ЗНА) – конструкция изготовления сходна с открытыми аккумуляторами, но обеспечивает пониженное испарение воды.
Герметичные аккумуляторы – в отличие от негерметичных изготавливаются из непрозрачной пластмассы.
Количество электричества, которое аккумулятор может отдать при разряде определенным током до предельного напряжения, называется его емкостью. Под номинальной емкостью стационарных аккумуляторов понимается то количество электричества, которое отдает полностью заряженный аккумулятор при 10-часовом режиме разряда и температуре +25С. Величина емкости зависит от количества активного материала пластин, от степени его пористости и от плотности электролита. При увеличении разрядного тока емкость аккумулятора уменьшается, так как поверхность пластин покрывается сернокислым свинцом, что затрудняет доступ электролита к внутренним слоям активной массы. При понижении температуры увеличивается вязкость электролита, что затрудняет его доступ к внутренним слоям активной массы и уменьшает емкость аккумулятора.
В отключенном состоянии (без нагрузки) заряженный аккумулятор теряет часть запасенной им емкости. Это явление носит название саморазряда. Саморазряд аккумулятора увеличивается с повышением плотности электролита и температуры.
Герметичные аккумуляторы с рекомбинацией газа (VRLA) – аккумуляторы с регулированием газовыделения. Обладают большей энергией на единицу массы по сравнению с открытыми.
Наибольшее применение в стационарных электропитающих установках электросвязи находят кислотные аккумуляторы типов С и СК. Отрицательные пластины в этих аккумуляторах выполняются коробчатыми.
Для предохранения положительных и отрицательных пластин от соприкосновения друг с другом в аккумуляторах применяют сепараторы. Их изготовляют из материалов, проницаемых для раствора электролита (обычно из фанеры или пластмассы).
Аккумуляторы типов С и СК небольшой емкости изготавливаются в стеклянных сосудах. Аккумуляторы больших емкостей выполняются в деревянных сосудах, выложенных внутри свинцом или кислотостойким материалом. Эти аккумуляторы относятся к аккумуляторам открытого типа.
В настоящее время на предприятиях электросвязи применяется в основном один способ эксплуатации батарей, составленных их аккумуляторов типов С и СК - непрерывный подразряд.
Лекция 14. Промышленные выпрямительные устройства
Основная литература:
1.В.Е. Китаев, А.А. Бокуняев, М.Ф. Колканов Электропитание устройств связи. Под общей ред. В.Е.Китаев – М.: связь, 1975 –стр. 107-114.
Рассматриваемые вопросы:
3.Принципиальная схем двухтактного преобразователя постоянного напряжения на базе микросхемы 1169ЕУ1
На предприятиях связи применяется широкая номенклатура выпрямительных устройств. По своему назначению выпрямители можно условно подразделить на несколько групп. В одну группу входят выпрямители, предназначенные для работы с буферными батареями. Эти выпрямители рассчитаны также на заряд аккумуляторных батарей до напряжения 2,3…2,35 В на один элемент. К другой группе относятся выпрямители, предназначенные для заряда и содержания аккумуляторных батарей. Применяются также так называемые зарядно-буферные выпрямители, которые обеспечивают как питание аппаратуры связи, так и заряд батарей до напряжений 2,6…2,7 В на один элемент. Эти выпрямители рассчитаны на малые мощности. Выпускаются выпрямители, которые предназначены для питания нагрузки без аккумуляторных батарей. Отдельную группу выпрямителей составляют электропитающие выпрямительные устройства и блоки выпрямителей, предназначенных в основном для электропитания сельских телефонных станций.
Выпрямительные устройства выпускаются на мощности 40, 16, 9, 4 и 2 кВт. Все выпрямители рассчитаны на буферную работу и заряд аккумуляторных батарей до напряжения 2,3 В на один аккумулятор. Выпрямителя мощностью 2 кВт могут заряжать аккумуляторы до 2,7 В.
Структурные схемы выпрямителей практически одинаковы, за исключением выпрямителей на мощность 2 кВт. Последний отличается от других схемой стабилизации напряжения. В основе ее лежат дроссели насыщения без обратной связи, которые включаются на входе сетевого трансформатора. ВУК на мощность 40 кВт имеет, в отличие от других выпрямителей этого ряда, принудительное воздушное охлаждение вентилей.
Схема выпрямителя включает в себя трехфазный силовой трансформатор, трехфазный мостовой выпрямитель и двухзвенный LC сглаживающий фильтр. Выпрямитель работает в двух режимах.
- в режиме стабилизации напряжения, который необходим для питания основного оборудования и заряда аккумуляторных батарей;
- в режиме стабилизации тока для заряда АБ после аварии.
Микросхема 1169ЕУ1 включает набор функциональных блоков, предназначенный для построения двухтактного импульсного источника питания. Микросхема включает усилитель ошибки, масштабный усилитель, регулируемый генератор, компаратор регулировки «мертвого» времени, ШИМ-компаратор, счетный и RS-триггеры, источник опорного напряжения (ИОН) и выходные каскады для управления мощными транзисторами. Микросхема представляет возможность для реализации различного вида защитных функций, необходимых в двухтактном импульсном источнике питания, а также возможность реализации плавного запуска и блокировку при понижении напряжения питания. Допускается синхронизация встроенного генератора внешним сигналом.
Микросхема 1169ЕУ1 может работать как от однополярного, так и от двухполярного источников питания. При работе от однополярного источника питания должна обеспечиваться возможность объединения точки источников питания и микросхемы.
В выпрямителях с помощью устройств равномерного распределения нагрузки выполняются следующие функции:
- стабилизация выходного напряжения;
- включение выпрямителя в режиме стабилизации тока с последующим переходом в режим стабилизации напряжения после восстановления напряжения сети переменного тока;
- параллельная работа выпрямителей с напряжением 60 В, которые автоматически включаются в работу при увеличении нагрузки;
- отключение выпрямителей в последовательности, обратной включению при снижении нагрузки до 30…35% на каждом выпрямителе;
- подключение резервного выпрямителя в режиме стабилизации тока для заряда и подзаряда батареи и отключение этого выпрямителя при достижении на батарее заданного напряжения.
Лекция 15. Системы электропитания
Основная литература:
1.В.Е. Китаев, А.А. Бокуняев, М.Ф. Колканов Электропитание устройств связи. Под общей ред. В.Е.Китаев – М.: связь, 1975 – стр. 268-276.
2.Электропитание устройств связи: Учебник для вузов/А.А.Бокуняев, В.М. Бушев, А.С. Жерненко и др.; Под ред. Ю.Д. Козляева. – М.: Радио и связь, 1998. – стр. 123-129.
3.В.Е. Китаев, А.А.Бокуняев, М.Ф.Колканов Расчет источников электропитания устройств связи: Учебное пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 1993 – стр. 163 - 193
Рассматриваемые вопросы:
8.Модификации система питания в цепи переменного тока (АБП агрегаты бесперебойного питания).
9.С переключателем (off line). Линейно-интерактивная (line interactive). С гальванической развязкой цепей (on line). С дельта-преобразованием (on line).
Под электроустановкой подразумевается весь комплекс энергосооружений, обеспечивающий электроснабжение, электропитание аппаратуры связи, освещение, а также различных установок, от которых зависит нормальная работа предприятия связи, как в нормальных условиях внешнего электроснабжения, так и в аварийных.
Для обеспечения нормального технологического процесса на предприятии связи электроустановка должна обеспечивать надежное и бесперебойное электропитание аппаратуры связи, а также тех потребителей, от которых зависит нормальная работа предприятия связи.
Кроме того, электроустановки должны удовлетворять следующим основным требованиям:
- быть экономичными в строительстве и эксплуатации;
- иметь достаточно высокие энергетические показатели (КПД и коэффициент мощности);
- строиться на базе максимального использования типового промышленного оборудования и приборов;
- быть максимально автоматизированными — необслуживаемыми или требовать минимального ухода;
- допускать возможность модернизации в течение 5—10 лет без замены основного силового оборудования.
Состав основного и резервного оборудования электроустановки зависит как от наличия и условий внешнего электроснабжения предприятия связи, так и от принятой системы вторичного электропитания аппаратуры связи.
Все электроустановки предприятий проводной связи согласно нормам технологического проектирования на них, в зависимости от условий внешнего электроснабжения, разделяются на группы: IA, IБ, IIА, IIБ и III.
В нормальном режиме работы ЭПУ питание аппаратуры связи осуществляется от выпрямительных устройств, работающих в режиме стабилизации напряжения (60—62) В±2%.
В послеаварийном режиме первая ступень заряда аккумуляторной батареи до напряжения 2,3 Вэл осуществляется от последовательно включенных буферных и зарядных выпрямителей без отключения от нагрузки.
В буферной системе питание аппаратуры в условиях нормального электроснабжения осуществляется от стабилизирующих выпрямительных устройств, обеспечивающих одновременно непрерывный подзаряд аккумуляторной батареи, подключенной параллельно нагрузке. При перерывах в электроснабжении питание аппаратуры осуществляется от аккумуляторной батареи.
Буферная система может быть централизованной или децентрализованной.
Электропитание предприятий связи от внешних источников электроэнергии или от собственных электростанций осуществляется, как правило, трехфазным переменным током напряжения 380/220 В. Трехфазный ток напряжения 220/127 В применяется только в отдельных, специально оговоренных случаях.
Наиболее широко на предприятиях проводной связи применяются следующие принципы построения ЭПУ: многобатарейный, однобатарейный, безбатарейный.
4Лабораторные занятия
Лабораторная работа №1
Исследование способов включения трехфазных трансформаторов
Цель работы: экспериментальное определение параметров трехфазного трансформатора при соединении обмоток звездой, треугольником, зигзагом
Программа работы:
Содержание отчета:
1. Постановка задачи (цель работы).
Контрольные вопросы:
Лабораторная работа №2
Однофазный мостовой неуправляемый выпрямитель
Цель работы: Исследование установившихся процессов в однофазном мостовом неуправляемом выпрямителе. Экспериментальное определение КПД, выходного сопротивления и снятие внешней характеристики выпрямителя при работе на активную нагрузку. Оценка степени влияния параметров элементов схемы на характеристики выпрямителя.
Программа работы:
1. Детально изучить раздел «Общие сведения», а также ознакомиться с материалами, изложенными в литературных источниках.
2. Изучить схемы и принцип действия однофазного мостового неуправляемого выпрямителя, рассмотреть модель и проделать соответствующую работу.
Содержание отчета:
Контрольные вопросы:
Цель работы: Экспериментально определить коэффициенты сглаживания и КПД фильтров. Провести анализ переходных процессов при включении источника питания работе фильтра на импульсную нагрузку.
Программа работы:
1. Детально изучить раздел «Общие сведения», а также ознакомиться с материалами, изложенными в литературных источниках.
2. Изучить схемы и принципы действия пассивных сглаживающих фильтров.
3. Провести измерения АЧХ и ФЧХ фильтров
Содержание отчета:
Постановка задачи (цель работы).
Схема устройства.
Таблицы измерений и расчетные данные. Зависимости напряжений, КПД от тока нагрузки.
Графическое представление переходных процессов с указанием осей и масштаба.
АЧХ и ФЧХ.
Выводы
Контрольные вопросы:
1. В каких сглаживающих фильтрах и при каких условиях возникают перенапряжения на нагрузке?
2. Объяснить график зависимости коэффициента сглаживания от изменения тока нагрузки?
3. От каких параметров LR-фильтра зависит коэффициент сглаживающего фильтра?
4. Как проанализировать переходные процессы в сглаживающих фильтрах?
5. Какие воздействия на сглаживающий фильтр вызывают возникновение переходных процессов?
6. На какие элементы схем источников питания оказывают воздействие перенапряжения, возникающее при переходных процессах?
Лабораторная работа №4
Исследование активного сглаживающего фильтра
Цель работы: экспериментально определить коэффициент сглаживания и КПД фильтров для различных схем активных фильтров с последовательным включением транзистора и нагрузки. Провести анализ переходных процессов при включении источника питания и работе на импульсную нагрузку.
Программа работы:
Содержание отчета:
Контрольные вопросы:
Цель работы: Изучение процессов в схеме параметрического стабилизатора напряжения постоянного тока и оценка влияния параметров стабилитрона на характеристики стабилизатора в целом.
Программа работы:
1. Детально изучить раздел «Общие сведения», а также ознакомиться с материалами, изложенными в литературных источниках.
2. Изучить схемы и принципы действия стабилитрона и параметрического стабилизатора.
Содержание отчета:
Контрольные вопросы:
1. Зачем нужны стабилизаторы напряжения и тока?
2. Каким выражением определяется коэффициент стабилизации по напряжению?
3. Приведите принципиальную схему параметрического стабилизатора. Каково назначение основных элементов параметрических стабилизаторов? В чем состоит сущность параметрического метода стабилизации?
4. Нарисуйте ВАХ стабилитрона и обоснуйте выбор рабочего диапазона на ней для параметрического стабилизатора постоянного напряжения.
Цель работы: Изучение процессов в схеме компенсационного стабилизатора напряжения постоянного тока и оценка влияния параметров цепи обратной связи на характеристики стабилизатора в целом.
Программа работы:
1. Детально изучить раздел «Общие сведения», а также ознакомиться с материалами, изложенными в литературных источниках.
2. Изучить схемы и принцип действия стабилизатора компенсационного типа с последовательно и параллельно включенным регулирующим элементом, непосредственно их модель и принципиальную схему.
Содержание отчета
Контрольные вопросы
1. Приведите структурные схемы стабилизатора компенсационного типа. Обьясните назначение основных узлов компенсационных стабилизаторов напряжения и в чем состоит сущность компенсационного метода стабилизации?
2. На какой элементной базе выполняется основные узлы компенсационного стабилизатора напряжения?
3. В чем состоит принципиальное отличие компенсационного метода стабилизации от параметрического?
4. Приведите принципиальную схему компенсационного стабилизатора напряжения с непрерывным регулированием. Объясните принцип действия.
5. Как решается задача обеспечения защиты от перегрузок и устройстве ФУЗ (два варианта)?
6. Чем определяется качеств стабилизации выходного напряжения?
7. Из каких узлов состоит базовое устройство ФУЗ? Какие его модификации по току электродвигателя выпускаются промышленностью?
8. Как построить стабилизатор с выходным напряжением меньше эталонного?
Цель работы: Исследование установившихся процессов в трехфазных схемах выпрямления. Экспериментальное определение основных показателей схемы, выходного сопротивления и снятие внешней характеристики выпрямителя при работе на активную нагрузку Оценка влияния индуктивности рассеяния трансформатора на характеристики выпрямителя.
Программа работы:
1. Детально изучить раздел «Общие сведения», а также ознакомиться с материалами, изложенными в литературных источниках.
2. Изучить схемы и принцип действия трехфазной однотактной и двухтактной схемы выпрямления, рассмотреть модель и проделать соответствующую работу.
Содержание отчета:
Контрольные вопросы:
1. Объясните принцип действия трехфазного однотактного выпрямителя и изобразите формы токов и напряжений в схеме?
2. Достоинства и недостатки однотактных выпрямителей. Область применения?
3. Объясните принцип действия трехфазного мостового выпрямителя и изобразите формы токов напряжений в схеме.
4. Достоинства и недостатки двухтактных выпрямителей.
5. В каких схемах выпрямления индуктивность рассеяния играет более существенную роль и почему? Способы уменьшения инудктивности рассеяния.
6. Объясните внешнюю характеристику выпрямителя. Что влияет на выходное сопротивление? Пути уменьшения Rвых.
Исследование химических источников тока
Цель работы: изучение основных свойств аккумуляторов
Программа работы:
1. Детально изучить раздел «Общие сведения», а также ознакомиться с материалами, изложенными в литературных источниках.
2. Изучить схемы и принцип действия аккумуляторов, рассмотреть модель и проделать соответствующую работу.
Содержание отчета:
Контрольные вопросы:
Лабораторная работа №10
Исследование устройства контроля напряжения шкафа управления типа ШУДГ
Цель работы: овладение навыками моделирования элементов шкафа управления – платы устройства контроля напряжения и частоты (УКНЧ)
Программа работы
Содержание отчета:
1. Постановка задачи (цель работы). 2. Схема устройства. 3. Таблицы измерений и расчетные данные. 4. Графические результаты. 5. Выводы по работе.
Литература:
1. Иванов-Цыганов А.И. Электропреобразовательные устройства РЭС: Учебник для вузов по специальности «Радиотехника».-М.:Высш.шк., 1991. -272 с., илл., ISBN.5-06-00196-2. стр.149…152, стр. 189…207.
3.Электропитание устроства связи: Учебник для ВУЗов/ О.А. Домрацкий, А.С. Жерненко, А.Д. Кратиров и др. –М.: рабио и связь, 1981. -320., ил., стр. 186…200.
4.А. Кацман М.М. Электрические машины. М.: Высшая школа, 2001. – 463 с.
5.Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Справочник. Том 7/ А.В. Нефедов – М.: ИП Радио Софт, 1999. – 640 с., ил.
6.Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги. Справочник. Перельман Б.Л., Шевелев В.И «НТЦ Микротех», 1998, 379 с.
7.Операционные усилители Справочник, том 1. – М.: «Физматлит», 1993, 240 с.
Практические работы
Практическое занятие №1
«Расчет электропитающей установки»
Цель работы:1 умение применять теоретические знания при решении задач;
2. практическое определение параметров трехфазного трансформатора при соединении обмоток звездой, треугольником, зигзагом
Задача №1
1.Определить полную мощность трансформатора электропитающей установки и ток, потребляемый электропитающей установкой от сети для следующих исходных данных:
Рисунок 1. Структурная схема ЭПУ
- Напряжения питания основного оборудования U0 = 60B, ток потребителя от пыпрямительнного устройства I0=1500A, к.п.д. выпрямителя η = 0,87, коэффициент мощности выпрямительного устройства cosφB=0,75;
- Полная мощность хозяйственных нагрузок Sхоз=35кВА
Определить:
-Мощность компенсирующих устройств для удовлетворения нормативного значения коэффициента мощности, равного 0,95;
Коэффициент снижения потерь в линии за счет применения компенсирующих устройств
Задача №2
Произвести расчет за пользование электрической энергией за один год для электропитающей установки по следующим исходным данным:
Рисунок 2 – Структурная схема ЭПУ
- Напряжение питания основного оборудования U0=48B, ток потребления от выпрямительного устройства I0=2000A, кпд выпрямителя =0,89;
-Полная мощность хозяйственных нагрузок Sхоз = 700кВА, соsхоз= 0,78;
-Кпд трансформатора =0,9
2.Произвести расчет экономии денежных средств с учетом компенсации реактивной мощности.
Задача №3
Рассчитать число элементов аккумуляторной батарей (АБ), ее емкость и выбрать конкретный тип по номинальной емкости десятичасового разряда, если:
- номинальное напряжение ЭПУ U0ЭПУ = 48В
- суммарный ток разряда Iр =10А;
- время автономной работы ЭПУ tp = 4 часа;
-температура окружающей среды tср = 15
Практическое занятие №2
«Расчет неуправляемого выпрямителя»
Цель работы: Умение применять теоретические знания на практике, научить читать схемы и их составлять.
Задача №1
Определить температуру кремневой пластины полупроводникового прибора (tп) при следующих условиях:
, Rп-к =0,1/Вт, Rп-р = 2/Вт, Rр-с = 3,5/Вт, t ок.ср = 20
Задача №2
Определить температуру кремневой пластины полупроводникового прибора (tп) при следующих условиях:
Rп-к =0,15/Вт, Rк-р = 1,8/Вт, Rр-с = 2,5/Вт, t ок.ср = 20,ток имеет синусоидальную форму в однополупроводниковой схеме выпрямителя, амплитуда тока Iам =45 А, Uпор =0,8В, Rдин = 1,510-3 Ом
Задача №3
Определить среднее значение U0 для различных форм Ud()
Рисунок 3. Графики выпрямленного напряжения
Задача №4
Выпрямитель трехфазного напряжения построен по мостовой схеме. Выходные параметры выпрямителя: U0 =24В, I0 =16А.
Требуется:
-вычислить величины U2, Im(1) , I2, Ia , Uобр , РТ для идеализированного выпрямителя;
-вычислить, U0хх и U2хх если учесть внутреннее сопротивление Rвн =1,2Ом и пороговое напряжение диода Uп = 0,9 В.
Задача №5
Собрать однофазный мостовой выпрямитель, используя диодную сборку , схема которой приведена на рисунке 4.
Рисунок 4. Однофазный мостовой выпрямитель
Практическое занятие №3
«Расчет управляемого выпрямителя»
Задача №1
Имеем симметричный управляемый мостовой выпрямитель с активной
нагрузкой. При каких значениях угла α напряжение U0 будет равно 40 В и 90 В.
Рисунок 5. График выпрямленного напряжения
Решение:
Средневыпрямленное значение напряжения определяется выражением:
Выразим из этих уравнений α и получим
Для получения 40В на выходе управляемого выпрямителя, угол регулирования должен быть равен
Для получения 90В на выходе управляемого выпрямителя, угол регулирования должен быть равен
Задача №2
Параметры схемы замещения выпрямителя (схема однофазная мостовая,
нагрузка активно-индуктивная ):
U0xx = 80 В; Rвнутр.=0,5 Ом; Uпор. =0,9 В. Нестабильность сети N1= ±0,15.
Построить семейство внешних характеристик в диапазоне изменения тока I0min= 5А; I0max= 10А.
Определить αmax для получения U 0 = 60В.
Задача №3
Произвести расчет основных параметров тиристорного регулятора напряжения, построенного по однофазной схеме выпрямления со средней точкой трансформатора и обратным диодом. А именно, найти: действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора I2 , среднее значение тока через тиристор Iоткр.ср.тир, действующее значение тока через тиристор I откр.д.тир, среднее значение тока через обратный диод IПР. СР., действующее значение тока через обратный диод IПР. Д., коэффициент формы тока через тиристор Kф, максимально допустимое постоянное прямое падение напряжения в закрытом состоянии тиристора Uпр.закр. max, максимально допустимое действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора при максимальном токе нагрузки U2min.
Исходными данными для расчета являются: номинальное напряжение на нагрузке U0=48В; номинальный ток нагрузки I0 =5А, номинальный угол регулирования α = 45°, минимальный угол регулирования αmin = 30°, нестабильность входного напряжения N=+10%
Практическое занятие № 4
Расчет сглаживающего фильтра”
Цель работы: Умение применять теоретические знания при решении задач
Задача №1
Сглаживающий фильтр источника электропитания собран по схеме 1 рисунка 6 и имеет коэффициент сглаживания S1 = 185.
Определите коэффициент сглаживания S2 для новой схемы 2 рисунка 7.
Рисунок 6 . Схема 1 Рисунок 7. Схема 2
Решение
Сглаживающие фильтры рисунок 1 построен на двухзвенной схеме, коэффициент сглаживания определяется выражением:
Для схемы рисунка 2 коэффициент сглаживания равен:
Задача №2
Определить коэффициент сглаживания фильтра, если U0 = 20 В;
U1m = 0,2 В. На входе фильтра однофазная мостовая схема.
Рисунок 8. Схема однофазного мостового фильтра
Задача №3
Во сколько раз измениться сглаживающее действие LC фильтра, если
величина L возрастет в 2 раза и C тоже, а частота пульсаций уменьшится в 2 раза?
Задача №4
Рассчитайте уровни установившихся токов и напряжений в приведенных
ниже первой и второй схемах. Изобразите ожидаемые диаграммы переходного
процесса при коммутации ключа, если: U1 = 60 В; R1 = 1 Ом; R2 = 4 Ом; R3 = 5Ом; L=1мГн.
Задача №5
Определите коэффициенты сглаживания цепей.
Рисунок 9. Схема сглаживающего фильтра
Практическое занятие № 5
Расчет стабилизаторов постоянного напряжения
Задача №1
Определить: Коэффициент стабилизации схемы.
Рисунок 10. Схема стабилизатора
Задача №2
Дано: Е1 = 12 В; Е2 = 24 В tи / T = 0,5; T = 1мC.
Определить: среднее значение напряжения на нагрузке U0
Рисунок 11. Схема стабилизатора
Задача №3
Для получения стабилизированного напряжения Uн =5 В на нагрузке
Rн = 1 кОм параллельно ей подключен стабилитрон, вольтамперная характеристика которого приведена на рисунке. Определить величину балластного сопротивления Rб и его мощность, если напряжение источника питания U =12В.
Рисунок 12. Схема параметрического стабилизатора
Задача № 4
Рассмотрите принцип действия компенсационного стабилизатора при
уменьшении напряжения на входе и проверьте работоспособность схемы.
Рисунок 13. Схема компенсационного стабилизатора
Задача № 5
Введите дополнительный транзистор в схему интегрального стабилиза-тора К142ЕН2А для получения I н = 2А.
Рисунок 14. Схема интегрального стабилизатора
Практическое занятие № 11,12
“Инверторы напряжения”
Задача №1
Инвертор с самовозбуждением имеет следующие параметры
трансформатора: WК =100вит., Вm =0,25Тл., Sмаг =1см2 .
Определить: частоту преобразования инвертора при U1 =10В.
Решение:
Уравнение Э.Д.С. трансформатора, работающего в схеме инвертора
напряжения представляется в виде:
U1 = 4 *K Ф * В m *f *W К* S МАГ,
отсюда получаем выражения для расчета частоты преобразования f:
Задача №2
Завершите схему транзисторного инвертора напряжения с самовозбуждением.
Рисунок 15. Схема инверторного напряжения
Задача №3
1. Какой будет форма напряжения и тока на нагрузке (U2 , I2 ) мостового
транзисторного инвертора напряжения с внешним возбуждением, если алгоритм управления ключами указан на рисунках а ), б )?
Рисунок 16. Схема мостового инверторного напряжения
2. Какие требования предъявляются к транзисторному ключу в инверторе
напряжения?
3. Покажите путь передачи тока (энергии) в нагрузку и интервал времени.
4. Покажите путь рекуперации энергии (тока) в источник и интервал времени.
Задача №4
Транзисторный инвертор напряжения с внешним управлением выполнен по полумостовой схеме:
1 Показать интервал времени и цепь разряда конденсатора C1 .
2 Показать интервал времени и цепь заряда конденсатора С1 .
Рисунок 17. Схема транзисторного напряжения
Задача №5
Определить ожидаемую величину выходного напряжения источника
вторичного электропитания (все элементы идеальные). Исходными данными для расчета являются:
t01 = t23 = 5 мкс , t04 = T = 20 мкс
E =60 В; W11 =W12 =100 вит ; W21 =W22 = 50вит
Задача №6
Найти оптимальное значение коэффициента заполнения импульсов управления инвертором напряжения (K з = ТИ / 0.5 Т) с точки зрения минимального содержания 3 и 5 гармоник.
6 Контроль и оценка учебных достижений обучающихся
6.1 Вопросы к 1 рубежному контролю
Как называется статистический электромагнитный аппарат, преобразующий электрическую энергию переменного тока с одними параметрами в электрическую энергию переменного тока с другими параметрами?
В зависимости от числа фаз источника энергии трансформаторы разделяются на:
В зависимости от схемы трансформаторы могут быть
По наивысшему напряжению одной из обмоток трансформаторы делятся на
По какому принципу трансформаторы делятся на броневые, стержневые и тороидальные?
По способу охлаждения трансформаторы делятся на:
Какой режим работы трансформатора понимают под холостым ходом?
При подключении первичной обмотки к источнику энергии с напряжением U1 через первичную обмотку трансформатора будет протекать ток I1=I0 (в установившемся режиме). Как называется этот ток?
Первичной обмоткой создается намагничивающая сила F0=I0w1. Что обозначает w1 в этой формуле?
Трансформаторы проектируются так, чтобы при номинальной нагрузке геометрическая сумма ЭДС, индуцируемой потоком рассеяния и падения напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки, была какова по отношению к ЭДС, индуцируемой основным магнитным потоком?
Каков будет магнитный поток трансформатора при синусоидальном напряжении первичной обмотки?
Чем графически выражается зависимость магнитного потока и напряженности поля в магнитопроводе?
Чем связаны напряженность магнитного поля с намагничивающими силами первичной и вторичной обмоток трансформатора?
Как называется уравнение i0w1 = i1 w1 + i2 w2 ?
Для удобства построения векторных диаграмм и возможности построения эквивалентных схем вторичную трансформатора приводят к виткам первичной. Что это означает?
Индуктивное сопротивление, так же как и индуктивность, пропорциональна чему?
Что является основными элементами конструкции трансформатора?
Какой элемент трансформатора изготовляется из высоколегированных горячекатаных и повышеннолегированных холоднокатаных сталей?
Что обозначает буква Э в обозначении электротехнических сталей?
Что обозначают первые цифры после буквы в обозначении электротехнических сталей?
Что показывает буква А, стоящая после цифр, в обозначении электротехнических сталей?
Чем определяется величина удельных потерь за один цикл перемагничивания у однофазных трансформаторов?
Какого элементом легируют, чтобы увеличить удельное электрическое сопротивление электротехнических сталей?
Сколько стержней имеет стержневой сердечник?
Из каких пластин выполняются сердечники для маломощных броневых трансформаторов?
Электромагнитное устройство, с помощью которого слабый электрический сигнал может быть преобразован в сигнал значительно большей мощности:
Магнитный усилитель состоит из:
28. Обмотка управления – это:
29.Рабочие обмотки – это:
30. Основное свойство дросселя насыщения состоит в том:
31. Коэффициент усиления зависит от:
32.Принцип действия магнитных усилителей основан на:
33.При насыщении сердечника:
34.В усилителе с обратной связью постоянный подмагничивающий поток создается:
35. На что влияет изменение направления тока Iу на противоположное:
36.Коэффициент усиления по току для простейших магнитных усилителей равен:
37.Коэффициент усиления по мощности для простейших магнитных усилителей равен:
38.Отличительной особенностью дроссельных магнитных усилителей является:
39.В интервале возбуждения (при идеальной характеристике перемагничивания сердечникоC. ток в цепи нагрузки:
40.Достоинством дроссельных магнитных усилителей является:
41.Недостатком дроссельных магнитных усилителей с параллельными обмотками является:
42.В дроссельном магнитном усилителе к чему приводит увеличение тока управления:
43.Что вводится в магнитный усилитель для изменения знака воздействия управляющего сигнала:
44. Для увеличения коэффициента усиления в магнитный усилитель вводится:
45.В дроссельных магнитных усилителях обмотка ОС включается:
46.В магнитных усилителях с внутренней обратной связью положительная ОС может быть обеспечена:
47.В зависимости от конфигурации сердечника магнитные усилители могут быть:
48.Что уменьшает коэффициент усиления и увеличивает намагничивающий ток:
49.Для исключения воздействия рабочей цепи на цепь управления существует решение:
50. Широкое применение магнитных усилителей обусловлено такими достоинствами:
51. Сглаживающий фильтр – это:
52. Для ослабления пульсаций между выпрямителем и нагрузкой устанавливается
53. Сглаживающий фильтр обычно состоит из
54. Основным параметром сглаживающих фильтров является
55. Для постоянного тока сопротивление конденсатора равно
56. Коэффициент сглаживания фильтра равен
57. Индуктивный фильтр состоит из дросселя, включенного
58. Емкостный фильтр выгодно применять при
59 коэффициент полезного действия фильтра ηф
60 П- образный фильтр относится к
61 В П-образном фильтре наибольшей величины коэффициент сглаживания достигает при равенстве
62 Коэффициент сглаживания П-образного фильтра
63 Г-образные фильтры обеспечивают
64 Для улучшения сглаживающих свойств применяют
65 Емкостные фильтры относятся к
66 Емкостный фильтр включают
67 В пассивных сглаживающих фильтрах при включении выпрямителей при коммутации нагрузки возникают
68 Принцип действия активных фильтров основан на свойстве
69 Что называют коэффициентом трансформации автотрансформатора?
70 Устройство, две и большее число обмоток которого связаны так, что они имеют общую часть?
71.Основные достоинства автотрансформатора:
72Посредством чего потребляемая автотрансформатором от источника питания полная мощность передается в нагрузку?
73 Одно из отличий автотрансформатора от трансформатора:
74 Что является существенным недостатком автотрансформатора?
75 При каком условии улучшаются достоинства автотрансформатора?.
6.2 Вопросы ко второму рубежному контролю по ЭПУ
25Назовите основной недостаток СЦ аккумуляторов 26 Плоскостной диод, изготовленный по особой технологии – это:
27 Импульсный стабилизатор, по сравнению с линейным, обладает:
28 Стабилизация напряжения (тока) в параметрических стабилизаторах осуществляется за счет:
29 В параметрических стабилизаторах постоянного напряжения в качестве нелинейных элементов применяются:
30 Компенсационные стабилизаторы напряжения или тока представляют собой:
31 В зависимости от способа включения регулирующего элемента относительно сопротивления нагрузки ламповые и транзисторные стабилизаторы постоянного напряжения (тока) делятся на:
32 По режиму работы регулирующего элемента стабилизаторы постоянного напряжения делятся на:
33 Импульсные стабилизаторы по принципу управления различают:
34 Коэффициент стабилизации по входному U равен:
35 Коэффициент сглаживания стабилизатора равен:
36 Основной энергетический показатель стабилизаторов – это:
37 Ионный прибор тлеющего разряда, в стеклянном баллоне которого, наполненном инертным газом находятся 2 электрода: анод и холодный катод – это:
38 В качестве параметрического стабилизатора тока небольшой силы (до 1-2 А) используются:
39 Бареттер состоит из заполненного водородом стеклянного баллона, в котором помещается:
40 В стабилизаторах с ШИМ в качестве импульсного элемента используется:
41 В импульсных стабилизаторах регулирующий элемент работает:
42 КПД феррорезонансных стабилизаторов напряжения равен:
43 В релейных стабилизаторах в качестве импульсного элемента применяется:
44 Устройство, поддерживающее неизменным напряжение (ток) на нагрузке при изменении питающего напряжения, сопротивления нагрузки, температуры окружающей среды и других дестабилизирующих факторов – это:
45 Система электропитания – это:
46 Электропитающая установка служит для:
47 Что такое электроустановка?
48 Системы электропитания должны:
49 Согласно стандарту обязательные и номинальные напряжения должны быть равны:
50 Коэффициент нелинейных искажений допускается:
51 Многобатарейный принцип построения буферной системы электропитания – это:
52 Достоинства буферной системы электропитания:
53 Недостатки буферной системы электропитания:
54При безбатарейной системе электропитание аппаратуры может осуществляться:
55Автоматизированные установки типа ВУЛС-2 применяются в безаккмуляторной двухлучевой системе:
56.Достоинства безаккумуляторной двулучевой системы:
57 Недостатки безаккумуляторной двулучевой системы:
58 Электроустановки предприятий проводной связи в зависимости от условий внешнего электроснабжения делятся на группы:
59 Агрегаты бесперебойного питания (АБП) – это:
60 On-line с двойным преобразованием напряжения подразумевает (АБП):
61 Типы построения источников бесперебойного питания:
62 Источники бесперебойного питания класса off-line используются:
63 Источники бесперебойного питания (ИБП) класса line-interactive:
64 Источники бесперебойного питания (ИБП) класса on-line используются:
65Типичное время резервирования ИБП при максимальной нагрузке составляет:
66 Агрегаты бесперебойного питания переменного тока:
67 Основные функции инвертора напряжения:
68 Мостовая схема инвертора напряжения применяется на:
69 Преобразователи напряжения (инверторы) предназначены для:
70 Частота преобразования инвертора определяется по формуле:
71 Транзисторы в преобразователях напряжения могут влючаться по схеме с …
72Наибольшее распространение получили схемы транзисторных преобразователей, в которых наиболее просто достигается условие самовозбуждения
73 Для преобразования тиристоров в схемах преобразователей используются
74.Для уменьшения влияния характера и величины нагрузки на форму и величину выходного напряжения преобразователя применяют…
75 Какая схема инвертора имеет более жесткую внешнюю характеристику и может работать при холостом ходе и коротком замыкании?
7 Примерные темы рефератов
Кусаинова Кайни Тулегеновна
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
по дисциплине «Электропитание телекоммуникационных систем и вычислительной техники»
для специальностей 050719
«Радиотехника, электроника и телекомму никации»
но в набор Подписано в печать
Формат 60х881/16 Заказ №__
Усл. печ. л 1.4 Тираж 500 экз
©Типография Казахского агротехнического университета им. С.Сейфуллина, 2010 г. - 88 стр., 010011, г. Астана, пр. Победы, 62а
PAGE 44