Экзамен эпу. экзамен эпу. 1 Гальванические элементы. Классификация. Назначение. Основные характеристики. Принцип работы

• Название: 1 Гальванические элементы. Классификация. Назначение. Основные характеристики. Принцип работы
• Анкор: Экзамен эпу
• Дата: 12.10.2022
• Размер: 3.47 Mb.
• Имя файла: экзамен эпу.docx
• Тип: Документы; #729564
• страница: 2 из 9

При режиме импульсного подзаряда(рис. 2.5) ток выпрямителя изменяется скачкообразно в зависимости от напряжения на акку­муляторной батарее GВ. При этом выпрямитель UZобеспечивает питание нагрузки R_н совместно с батареей GВ или питает нагрузку

и подзаряжает батарею. Максимальный ток выпрямителя устанавливают несколько больше тока, имеющего место в час наибольшей нагрузки, а минимальный ток нагрузки I_В min - меньше минимального тока нагрузки I_н.

К достоинствам режима относятся: простота системы регули­рования тока на выходе выпрямителя; небольшие пределы изме­нения напряжения на аккумуляторной батарее и на нагрузке (от 2,1 до 2,3 В на элемент); увеличение срока службы аккумуляторов до 10-12 лет в связи с менее глубокими циклами заряда и разряда. Этот режим используют для питания устройств автоматики.



Рисунок 2.5 – Режим импульсного подзаряда: а – схема; б – диаграмма токов и напряжений; в, г – зависимости токов и напряжений от времени

7. Буферная система электропитания. Режим непрерывного подзаряда. Назначение. Основные характеристики.

При такой системе питания параллельно выпрямителю UZи нагрузке включена аккумуляторная батарея GB(рис. 2.3). В случае аварии в сети переменного тока или повреждения выпрямителя дальнейшее питание нагрузки обеспечивает батарея без перерыва в подаче энергии. Аккумуляторная батарея обеспечивает надежное резервирование источников электрической энергии, и, кроме того, она совместно с фильтром питания осуществляет необходимое сглаживание пульсации. При буферной системе питания различают три режима работы: среднего тока, импульсного и непрерывного подзаряда.

Рисунок 2.3 – Схема буферной системы питания

При режиме непрерывного подзаряда(рис. 2.6) нагрузка R_н пи­тается полностью от выпрямителя UZ. Заряженная аккумуляторная батарея GВполучает от выпрямителя небольшой постоянный ток подзаряда, компенсирующий саморазряд. Для осуществления ука­занного режима необходимо на выходе выпрямителя установить напряжение из расчета (2,2 ± 0,05) В на каждый аккумулятор и поддерживать его с погрешностью не более ±2%. При этом ток подзаряда для кислотных аккумуляторов I_п = (0,001-0,002) С_н и для щелочных аккумуляторов I_п = 0,01С_Н. Следовательно, для выполнения этого режима выпрямители должны иметь точные и надежные устройства стабилизации напряжения. Невыполнение этого требования приводит к перезаряду аккумуляторов или к их глубокому разряду и сульфатации.

К достоинствам режима относится: достаточно высокий КПД установки, определяемый только выпрямителем (η = 0,7÷0,8); большой срок службы аккумуляторов, достигающий 18-20 лет благодаря отсутствию циклов заряда и разряда; высокая стабиль­ность напряжения на выходе выпрямительного устройства; умень­шение эксплуатационных расходов благодаря возможности автома­тизации и упрощению обслуживания аккумуляторов.

Нормально аккумуляторы находятся в заряженном состоянии и не требуют непрерывного наблюдения.

Недостатком режима является необходимость усложнения пи­тающих устройств за счет элементов стабилизации и автомати­зации. Режим используют в устройствах для питания аппаратуры связи

Рисунок 2.6 – Режим непрерывного подзаряда:а – схема; б – диаграмма токов; в – зависимости токов и напряжений от времени

8.Безаккумуляторные и комбинированные системы электропитания. Структурные схемы. Назначение. Основные характеристики.

При этой системе электрическая энергия, необходимая для питания аппаратуры, поступает от источников переменного тока через выпрямитель, аккумуляторная батарея от­сутствует.

В системе питания с резервным фидером и дизель-генераторным агрегатом (ДГА) (рис. 2.7) аппаратура получает питание от сети через выпрямитель UZ. В случае аварии в сети к электропитающей установке автоматически через резервный фидер Ф1 подключается второй независимый источник переменного тока. При аварии в обоих внешних источниках автоматически запускается ДГА и под­ключается к электропитающей установке. Систему применяют, если питаемая аппаратура допускает кратковременные перерывы в электроснабжении. Перерывы возникают при переключении с ос­новного фидера на резервный (доли секунды) и при запуске ДГА (25-30 с).



Рисунок 2.7 – Схемы системы питания с резервным фидером и дизель-генератором

При двухлучевой системе питания (рис. 2.8) аппаратура питается одновременно от двух независимых источников переменного тока через самостоятельные выпрямительные устройства UZ.


Рисунок 2.8 – Схема двухлучевой системы питания

Внешний источник тока и выпрямительные устройства, подключенные к нему, образуют самостоятельную схему, называемую лучом. Каждый луч обеспечивает электрической энергией половину на­грузки. В случае повреждения одного внешнего источника всю нагрузку без перерыва принимает второй источник. Одновременно автоматически запускается ДГА, который через 30 с подключается вместо поврежденного источника, и двухлучевая система вновь восстанавливается.

Сущность комбинированных систем питания заключается в том, что электропитающие установки (ЭПУ) на различные номинальные напряжения, кроме одной - основной ЭПУ, нормально работают по безаккумуляторной системе питания. Основная установка (обычно ЭПУ-24) работает по буферной системе. В случае аварии внешних источников переменного тока электрическая энергия, необходимая для питания всех типов аппаратуры, может быть получена за счет разряда аккумуляторной батареи основной ЭПУ.



Рисунок 2.9 – Схемы питания с преобразованием постоянного тока (а) и с инвертором (б)

В системе питания с преобразователями постоянного тока (рис. 2.9, а) при аварии внешнего источника тока к батарее под­ключаются преобразователи U-Unпостоянного тока, обеспечи­вающие получение различных номинальных напряжений, необхо­димых для питания аппаратуры.

В системе питания с инвертором (преобразователем постоянного тока в переменный) (рис. 2.9,6) при аварии внешнего источника тока к батарее подключается инвертор U, с выхода которого переменный ток поступает к выпрямителям UZ1-UZn.

9. Выпрямители. Структурная схема. Назначение. Классификация и параметры.

Выпрямителем называется преобразователь переменного напряжени и тока в в постоянный напряжение и ток. Вы­прямитель (рис. 3.1) состоит из трансформатора Т, схемы вы­прямления UZ. и сглаживающего фильтра ZQ. Помимо преобра­зования входного напряжения переменного тока, трансформатор устраняет гальваническую связь между источником переменного тока и питаемой аппаратурой. В отдельных случаях он преобразует число фаз исходного напряжения. Схема выпрямления, состоящая из вентиля или группы вентилей, преобразует переменный ток в постоянный. Сглаживающий фильтр уменьшает пульсацию вы­прямленного напряжения до допустимого значения.

Рисунок 3.1 – Схема выпрямительного устройства

Классификация выпрямителей. Схемы выпрямления классифи­цируют по типу применяемых вентилей - газоразрядные, полупроводниковые с управляемыми и неуправляемыми вен­тилями; числу фаз напряжения питающей сети - одно- и трехфазные; числу фаз напряжения вторичной обмотки трансформатора - одно-, двух-, трех-, шести- и многофазные; числу используемых полу­периодов напряжения - одно- и двухполупериодные; числу плеч и числу групп вентилей.

Плечом выпрямительной схемы называют цепь последователь­ного соединения обмотки трансформатора и вентиля (рис. 3.7, а). Рисунок 3.7 – Элементы классификации схем выпрямления:

а – плечо; б – два плеча; в – одногруппная схема; г – двухгруппная схема

Параметры выпрямителей. Заданными обычно являются параметры нагрузки: выпрямленное напряжение U₀, выпрямленный ток I₀ и коэффициент пульсации n_n. Известны

Для трансформатора такими пара­метрами являются: действующие напряжения U₁, U₂ и токи I₁, I₂для первичной и вторичной обмоток; расчетные мощности первич­ной и вторичной обмоток S₁, S₂; расчетная мощность трансфор­матора S_T и коэффициент использования трансформатора K_T.

Полезная мощность выпрямителя -это мощность, выделяемая в нагрузке , где I₀ - постоянная составляющая выпрям­ленного тока.

Расчетная мощность обмоток трансформатора:

,

uде U₁, U₂ - действующие напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора;

I₁, I₂ - действующие токи в первичных и вторичных обмотках; т₁, т₂ - соответственно число фазных первичных и вторичных обмо­ток.

Коэффициент использования первичной и вторичной обмоток трансформатора , .

Расчетная мощность трансформатора .

Коэффициент использования трансформатора .

Для выбора диодов этими параметрами являются средний I_д.ср.(определяет допустимые токовые нагрузки полупроводниковых вентилей) и дей­ствующий I_д ток (определяет нагрев вентиля и возможные потери мощности). Амплитудный ток диода- это максимальный ток, проходящий через диод. Обратное напряжение, приходящееся на один диод при работе его в выпрямительной схеме, определяется наибольшей разностью потенциалов между анодом и катодом за время, когда диод не проводит ток.

Число фаз выпрямления - вспомогательный параметр, характе­ризующий число максимальных пульсаций выпрямленного напря­жения за период т = рq(3.1), где р и qсоответственно число фаз сети и выпрямленных полупериодов.

Частота первой (основной) гармоники переменной составляю­щей выпрямленного напряжения (3.2), где f - частота сети.

Коэффициент пульсации показывает соотношение между ампли­тудой напряжения первой гармоники и постоянной составляющей в выпрямленном напряжении

,

где U_1m - амплитуда напряжения первой гармоники; U₀ - напряжение постоянной составляющей.

Вынужденное намагничивание трансформатора относится к спе­цифическим особенностям работы трансформатора в выпрямитель­ных схемах и обусловлено тем, что токи во вторичных обмотках при некоторых схемах выпрямления протекают только в одном направлении. Поэтому сердечник намагничивается не только переменной, но и постоянной составляющими тока вторичной обмотки. В результате чего кривая намагничивания теряет сим­метричность, так как одна ветвь заходит в область большего насыщения. Это приводит к уменьшению магнитной проницае­мости сердечника, уменьшению индуктивности обмоток и увели­чению тока холостого хода. Повышение тока холостого хода и рост потерь на гистерезис являются причиной дополнительных потерь, что приводит к увеличению габаритных размеров и массы сер­дечников трансформатора.

Внешней или нагрузочной характеристикой выпрямителя на­зывается зависимость выходного напряжения от тока нагрузки U₀f(I₀), которой характеризуются рабочие свойства любого



Рисунок 3.8 – Внешняя характеристика выпрямителя:

источника тока, в частности выпрямителя (рис. 3.8). Внутреннее сопротивление определяется падением напряжения на трансфор­маторе и вентилях. Внешняя характеристика всегда носит падаю­щий характер (чем наклон меньше, тем лучше).

10. Выпрямительные устройства. Однофазная однополупериодная схема. Принцип работы. Основные характеристики.

Выпрямителем называется преобразователь переменного напряжени и тока в в постоянный напряжение и ток. Вы­прямитель (рис. 3.1) состоит из трансформатора Т, схемы вы­прямления UZ. и сглаживающего фильтра ZQ. Помимо преобра­зования входного напряжения переменного тока, трансформатор устраняет гальваническую связь между источником переменного тока и питаемой аппаратурой. В отдельных случаях он преобразует число фаз исходного напряжения. Схема выпрямления, состоящая из вентиля или группы вентилей, преобразует переменный ток в постоянный. Сглаживающий фильтр уменьшает пульсацию вы­прямленного напряжения до допустимого значения.

Рисунок 3.1 – Схема выпрямительного устройства

Данная схема наиболее простая из всех схем выпрямления. При появлении по­ложительного полуволны на конце вторичной обмотки трансфор­матора, диод открывается, и ток проходит через нагрузку R_н. При появлении отрицательного полуволны диод закрыт, и ток в нагрузке отсутствует. Так как сопротивление обмоток трансформатора и диода в прямом на­правлении принято равным нулю, то во время положительного полупериода напряжение на нагрузке равно напряжению на вто­ричной обмотке и₀ = и₂. Во время отрицательного полупериода сопротивление диода принято равным бесконечности, ток в на­грузке отсутствует и напряжение на ее зажимах равно нулю.


Рис. 3.9. Однофазная однополупериодная схема выпрямления (а) и зависимости напряжений и токов от времени: б,в– соответственно напряжения на первичной и на вторичных обмотках трансформатора; г – ток через нагрузку и напряжение на ее зажимах; д – ток в первичной обмотке; е – напряжение между электродами диода

Характер изменения тока в нагрузке при открытом диоде точно такой же, как характер изменения напряжения на вторичной об­мотке трансформатора. Это определяется принятой активной на­грузкой схемы выпрямления. Через диод и вторичную обмотку трансформатора протекает тот же ток, что и через нагрузку. Поэтому вторичную обмотку используют неэффективно, так как ток через нее проходит только в течение одной половины периода.

В однофазной однополупериодной схеме имеется вынужденное намагничивание сердечника трансформатора, создаваемое постоян­ной составляющей тока вторичной обмотки трансформатора.

Так как постоянная составляющая тока вторичной обмотки не трансформируется в первичную, поэтому ток в ней имеет форму только переменной составляющей (рис. 3.9, д). Максимальное об­ратное напряжение на диоде равно амплитудному напряжению на вторичной обмотке трансформатора (рис. 3.9, е).

Основным преимуществом однополупериодной схемы является ее простота. К недостаткам схемы относятся: увеличенные га­баритные размеры и масса сердечника вследствие плохого ис­пользования обмоток и наличия вынужденного намагничивания сердечника; значительные обратные напряжения и ток, проходящий через диод; большая переменная составляющая напряжения и низ­кая частота пульсаций, что приводит к увеличению габаритных размеров и массы фильтра. Данную схему используют в мало­мощных выпрямителях с большим сопротивлением нагрузки.

Характеристики:

действующий токвторичной обмотки

Действующий ток первичной обмотки

Расчетная мощность трансформатора

Расчетные мощности первичной и вторичной обмоток трансформатора и .
С учетом формул S_Т = 3,09 Р₀.

На основании разложения в ряд Фурье переменной составляю­щей выпрямленного напряжения амплитуда первой гармоники

, тогда с учетом формулы (3.3) коэффициент

пульсации .

11.Выпрямительные устройства. Однофазная двухполупериодная схема. Принцип работы. Основные характеристики.

. Вы­прямитель (рис. 3.1) состоит из трансформатора Т, схемы вы­прямления UZ. и сглаживающего фильтра ZQ. Помимо преобра­зования входного напряжения переменного тока, трансформатор устраняет гальваническую связь между источником переменного тока и питаемой аппаратурой. В отдельных случаях он преобразует число фаз исходного напряжения. Схема выпрямления, состоящая из вентиля или группы вентилей, преобразует переменный ток в постоянный. Сглаживающий фильтр уменьшает пульсацию вы­прямленного напряжения до допустимого значения.

Рисунок 3.1 – Схема выпрямительного устройства

Эта схема может быть представлена как две однополупериодные схемы, ра­ботающие на общую нагрузку. При появлении положительного потенциала на конце одной из половин вторичной обмотки транс­форматора Т относительно точки О открывается соответствующий диод и ток проходит через нагрузку R_Н.. При изменении полярности на вторичной обмотке открывается другой диод, и ток вновь проходит через нагрузку. Таким образом, ток в нагрузке всегда протекает в одном направлении, т. е. имеет место выпрямление.



Рисунок 3.10 – Однофазная двухполупериодная схема выпрямления (а) и зависимости напряжений и токов от времени: б – напряжение между концами каждой из двух половин вторичной обмотки трансформатора; в- выпрямленные напряжения и ток; г и д – токи, протекающие через диоды и половины обмоток трансформатора; е – ток в первичной обмотке трансформатора; ж - напряжение между электродами диода VD2

Напряжения и сдвинуты по фазе на половину периода, поэтому по числу фаз вторичной обмотки схема является двухфазной. В нагрузке ток протекает в течение обоих полупе­риодов напряжения на вторичной обмотке, поэтому выпрямление двухполупериодное (рисунок 3.10, в).

Диоды VD1 и VD2 работают поочередно, каждый в течение одной половины периода (рисунок 3.10, г и д). Так как токи протекают по каждой половине вторичной обмотки трансформатора пооче­редно и имеют противоположные направления, то в первичной обмотке трансформатора протекает ток, форма которого синусои­дальна (рисунок 3.10, е).

Вынужденное намагничивание сердечника трансформатора отсутствует, так как потоки, создаваемые постоянными составляю­щими тока в половинах вторичной обмотки, компенсируют друг друга.

В первый полупериод напряжения диод VD1открыт. Его со­противление равно нулю, и потенциалы точек а и с равны между собой. Следовательно, к диоду VD2 приложено напряжение, равное сумме напряжений и . Максимальное значение этой разности потенциалов равно удвоенному амплитудному значению напря­жения на одной половине вторичной обмотки (рисунок 3.10, ж).

Из кривых (рисунок 3.11) видно, что постоянная составляющая выпрямленного напряжения в 2 раза больше, чем в однополупериодной схеме выпрямления. Поэтому

Рисунок 3.11 – Зависимость выпрямленного напряжения и тока от времени для расчета однофазной двухполупериодной схемы выпрямления

По сравнению с однофазной однополупериодной схемой вы­прямления данная схема имеет трансформатор с меньшими габа­ритными размерами и массой вследствие лучшего использования обмоток трансформатора и отсутствия вынужденного намагничи­вания; меньшие габаритные размеры и массу фильтра из-за увеличения частоты пульсации; амплитудный ток диода умень­шается в 2 раза.

Недостатком схемы является необходимость вывода средней точки вторичной обмотки трансформатора. Схема может быть использована в выпрямителях с низким напряжением и значитель­ным током нагрузки. Включение одного диода в цепь тока нагрузки обеспечивает малые потери в выпрямителе.