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: 3 из 9

Характеристики:

действующее на­пряжение вторичной обмотки .действующий ток вторичной обмотки .

действующий ток первичной обмотки .

Расчетные мощности обмоток трансформатора

и .

расчетною мощ­ность трансформатора .

12.Выпрямительные устройства. Однофазная мостовая 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

Двухполупериодное выпрямление может быть также осуществлено при помощи одно­фазной мостовой схемы выпрямления или схемы Греца. При появ­лении разности потенциалов на концах вторичной обмотки транс­форматора Т открываются два диода, и ток проходит через на­грузку R_н. При изменении полярности напряжения на вторичной обмотке трансформатора открываются другие два диода, и ток вновь проходит через нагрузку в том же направлении.


Рисунок 3.12 – Однофазная мостовая схема выпрямления (а) и зависимости напряжения и токов от времени: б - напряжение на вторичной обмотке трансформатора; в – выпрямленные ток и напряжение; г, д – токи, протекающие через диоды; е, ж – соответственно токи во вторичной и в первичных обмотках трансформатора; з – напряжение на диоде за второй полупериод напряжения на вторичной обмотке трансформатора

Ток через нагрузку проходит в течение обоих полупериодов напряжения на вторичной обмотке в одном направлении - выпрям­ление двухполупериодное.

Ток во вторичной обмотке синусоидальный и протекает в течение обоих полупериодов, поэтому вынужденное намагничи­вание сердечника отсутствует. Ток в первичной обмотке транс­форматора также синусоидальный.

Во время второго полупериода будут открыты диоды УО1и УО4, сопротивление их будет равно нулю, а поэтому потенциал точки а будет равен потенциалу точки Ь, а потенциал точки с-потенциалу точки и. Следовательно, к каждому диоду в обрат­ном направлении будет приложено максимальное напряжение, равное амплитудному напряжению вторичной обмотки.

Выпрямленное напряжение в данной схеме имеет такую же форму, как и в однофазной двухполупериодной схеме.

По срав­нению с однофазной двухполупериодной схемой выпрямления дан­ная схема имеет следующие преимущества: вследствие лучшего использования обмоток трансформатора его габаритные размеры и масса меньше; не требуется специального вывода от средней точки вторичной обмотки; напряжение на вторичной обмотке и обратное напряжение на диоде в 2 раза меньше. Эти две схемы имеют одинаковые амплитуду и частоту пульсации, а также вы­нужденное подмагничивание.

Схему широко используют в выпрямителях малой мощности (до 1 кВт). Для более мощных применение нежелательно вследствие возможности перегрузки какой-либо фазы трехфазной сети пере­менного тока

Характеристики:

.

Подставляя значение I_2тполучим .

Расчетные мощности обмоток трансформатора:

и .

Подставляя значения S₁ и S₂ в формулу (3.15), находим рас­четную мощность трансформатора .

В рассматриваемой схеме обратное напряжение, приходящееся на один диод,

(3.27)

Подставляя U₂из выражения (3.18) в формулу (3.27), получим .

Средний ток диода может быть найден по выражению (3.25). Действующее и амплитудное значение тока диода определяется по формулам (3.21) и (3.20): .
Коэффициент пульсации n_П = 0,67.

13. Выпрямительные устройства. Трехфазная мостовая 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

Данная схема была предложена А.Н.Ларионовым в 1923г. Первичные и вторичные обмотки можно соединять звездой или треугольником.

Первичные и вторичные обмотки можно соединять звездой или треугольником. При появлении наибольшей разности потенциалов на концах двух фазных обмоток открываются соответствующие два диода и ток проходит через нагрузку.

В промежутке времени t₀-t₂(рисунок 3.15,6) наибольший поло­жительный потенциал (относительно точки О) на конце обмотки первой фазы 1ф, а наибольший отрицательный - на конце обмотки второй фазы 2ф. Под воздействием этой разности потенциалов ток проходит от конца обмотки фазы 1ф через диод VD2, нагрузку R_н, диод VDЗ к концу обмотки фазы 2ф. Хотя за этот промежуток времени на конце обмотки третьей фазы существуют положительный, а затем отрицательный потенциалы, но они меньше потенциалов на концах двух других обмоток, поэтому диоды VD5 и VD6 остаются закрытыми. В период времени t₂ - t₄ наибольший положительный потенциал имеется еще на конце обмотки фазы 1ф, а наибольший отрицательный - на конце обмотки фазы Зф. Поэ­тому ток будет протекать от конца обмотки фазы 1ф через диод VD2, нагрузку R_н, диод VD5 к концу обмотки фазы Зф.


Рисунок 3.15 – Трехфазная мостовая схема выпрямления (а) и зависимости напряжений и токов от времени: б – напряжение на вторичных фазных обмотках; в – выпрямленного тока и напряжения; г – тока, протекающего через диод VD2; д – тока, протекающего через фазную обмотку 1ф; е – изменения обратного напряжения на диоде

При дальнейшей работе схемы в каждый момент времени (работают два диода (за исключением моментов времени t₀, t₂ и далее, когда работают три диода). Каждый диод пропускает ток в течение 1/з периода, работая попеременно с двумя другими диодами.

Напряжение на нагрузке пульсирует вследствие изменения мгновенных значений напряжения между концами фазных обмоток.

Кривая (рисунок 3.15,д) показывает, что обмотки используются в течение ²/₃ периода и подмагничивание сердечника отсутствует. Ток первичной обмотки имеет ту же форму, что и ток вторичной, отличаясь от него только по амплитуде. Обратное напряжение на диоде (рисунок 3.15,е) определяется так же, как и в трехфазной однополупериодной схеме.

В трехфазной мостовой схеме постоянную составляющую вы­прямленного напряжения можно представить как сумму постоян­ных составляющих двух- и трехфазных (однополупериодных) вы­прямителей.

По сравнению с ранее рассмотренными схемами трехфазная мостовая схема имеет следующие преимущества: меньшие габа­ритные размеры и массу трансформатора; более высокую частоту первой гармоники, позволяющую существенно упростить конструк­цию фильтра; малый коэффициент пульсации, вследствие чего допускается иногда использовать схему без дополнительного сгла­живания. Схему используют в выпрямительных установках средней и большой мощности.

Характеристики:

действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора ,

Действующее значение тока вторичной обмотки транс­форматора .

Амплитудное значение тока, проходящего через обмотку транс­форматора, .

Кривые тока в первичной и вторичной обмотках имеют оди­наковую форму, поэтому действующий ток первичной обмотки .

Расчетные мощности первичной и вторичной обмоток

.

Так как S₁ = S₂, то расчетная мощность трансформатора S_Т = 1,045Р₀.

В трехфазной мостовой схеме обратное напряжение, прихо­дящееся на один диод, такое же, как и в трехфазной однополупериодной схеме (см. рисунок 3.15, е). Из выражения (3.37) . Подставив в это выражение (U₂ из формулы (3.38), получим

Средний ток диода в 3 раза меньше выпрямленного тока

.

Действующий ток диода (см. риснок 3.1 5, г)

.

Данное выражение отличается от выражения для действующего тока вторичной обмотки (3.39) только числовым коэффициентом, поэтому можно написать .

Амплитудный ток через диод такой же, как и ток во вторичной обмотке трансформатора. Согласно (3.40) .

По выражениям (3.1) и (3.2) число фаз выпрямления m = 3 · 2 = 6, а частота первой гармоники f₁ = 6 · 50 = 300 Гц.

По выражению (3.4) коэффициент пульсации n_п = 0,057.

14. Схемы выпрямления с умножением напряжения.

Схемами умножения напряжения называют выпрямительные схемы, выходное напряжение которых в несколько раз больше амплитудного напряжения вторичной обмотки трансформатора. В качестве дополнительных источников э. д. с. в этих схемах исполь­зуют конденсаторы, периодически заряжаемые с помощью диодов.

Простейшей из схем умножения напряжения является однополупериодная схема удвоения (рисунок 3.24), состоящая из элементов, образующих два однополупериодных выпрямителя. Первый из этих выпрямителей состоит из диода VD1, конденсатора C1 и резистора R1, а второй - из конденсатора С1, диода VD2, конденсатора С2 и нагрузки R_н.

Классификация схем выпрямления:

-симметричная (двухполуперионая);

-несимметричная (однополупериодная).

В течение полупериода, когда потенциал точки а отрицательный, а потенциал точки б -положительный, конденсатор С1 заряжается через диод VD1 и ограничивающий резистор R1 до напряжения U_2т. В течение следующего полупериода, когда потенциал точки а ста­новится положительным, а потенциал точки б - отрицательным, вторичная обмотка трансформатора Т оказывается соединенной с конденсатором С1 таким образом, что напряжение их сумми­руется. Под воздействием этого напряжения конденсатор С2 заряжается через диод VD2 до напряжения 2U_2т-Конденсатор С2 заряжается только 1 раз за период, поэтому схема является однополупериодной. От обычной однополупериодной схемы с емкостной нагрузкой эта схема отличается удвоенным значением выходного напряжения.

Основным недостатком схемы является то, что частота пуль­сации в ней равна частоте питающего напряжения, также схема рассчитана на небольшие токи нагрузок.

Двухполупериодная схема выпрямления с удвоением напряже­ния (рисунок 3.25) состоит как бы из двух однополупериодных выпрямителей, соединенных между собой последовательно и работающих на одну общую нагрузку. Первый выпрямитель состоит из диода VD1 и конденсатора С1, а второй выпря­миттель - из диода VD2 и конденсатора С2. Нагрузка R_н включена параллельно двум последовательно соединенным конденсаторам С1и С2.



Рис. 3.24 . Однополупериодная схема удвоения



Рис. 3.25. Двухполупериодная схема удвоения (а) и зависимости напряжений и токов от времени (б-д)

В течение одного полупериода напряжения на вторичной обмотке трансформатораТ, когда в точке а положительный потенциал, а в точке б - отрицательный, конденсатор С1 заряжается через диод VD1 почти до напряжения U_2m, а в течение следующего полупериода через диод VD2 заряжается конденсатор С2также почти до напряжения U_2т. Так как конденсаторы С1и С2 соединены последовательно, то на нагрузке будет напряжение почти 2U_2т.

Вынужденное намагничивание сердечника трансформатора Т отсутствует и выпрямление двухполупериодное, а частота пуль­сации в 2 раза выше частоты питающего напряжения.

По сравнению с другими схемами двухполупериодного выпрям­ления основным преимуществом схемы удвоения является воз­можность получения напряжения в 2 раза большего, чем в мостовой схеме выпрямления, и в 4 раза большего, чем в двухполупериодной схеме выпрямления при одном и том же напряжении вторичной обмотки трансформатора.

К недостаткам схем удвоения относится значительное выходное сопротивление выпрямителя.

1. 
   Несимметричная схема умножения 1-го рода
   

В качестве примера, как наиболее наглядная, дана схема умножения напряжения в 4 раза (рисунок 1).



Рисунок 1 – Схема умножения напряжения в 4 раза.

Рассмотрим работу умножителя, когда на его вход, на клеммы L1, N подано переменное напряжение U₂ от разделительного трансформатора, необходимого для гальванической развязки сетевого и выходного повышенного напряжения данной схемы.

В полупериод, когда в проводе L1 появляется отрицательная полуволна напряжения, конденсаторы С1, С3 и др. с нечетными номерами заряжаются через диоды до амплитудного значения этой полуволны. Конденсаторы с четными номерами (С2, С4 и др.) в этот полупериод разряжены.

При появлении в проводе L1 положительной полуволны конденсатор С1, заряженный до амплитудного значения входного напряжения U_2m , последовательно с амплитудой положительной полуволны источника переменного напряжения U_2m через диод D2 подключается к конденсатору С2, создавая на нем почти удвоенную амплитуду напряжения 2U_2m (с учетом незначительной разрядки в это время конденсатора С1).

Аналогично произойдет заряд конденсатора С4 до 2U_2m.

Таким образом, при действии на умножитель переменного напряжения конденсатор С2 будет заряжен до 2U_2m, с конденсатора С3 можно будет снять до 3U_2m , а с конденсатора С4 – до 4U_2m.

Для получения равенства энергий, накапливаемых каждым конденсатором, емкость их по мере роста их номера в схеме может уменьшаться, а пробивное напряжение – увеличиваться.

Т.к. при отрицательных полуволнах будут заряжены все нечетные конденсаторы, а при положительных полуволнах – все четные, то частота пульсаций на выходе схемы умножения 1-го рода будет равна частоте входного напряжения.

С увеличением тока нагрузки амплитуда пульсаций растет (допускаются значения коэффициента пульсаций не более 3 %).

Недостаток таких схем – наличие достаточно больших токов заряда конденсаторов.

2. 
   Несимметричная схема умножения 2-го рода
   

Как пример дана схема умножения напряжения также в 4 раза (рисунок 2).


Рисунок 2 – Схема умножения напряжения в 4 раза.

Принцип работы аналогичен предыдущей схеме на рис.1. Отличие заключается только в том, что все конденсаторы кроме С1 заряжаются только до 2U_2m (С1 заряжается до U_2m). Рабочее напряжение этих конденсаторов и диодов при значительной кратности умножения может быть значительно ниже, чем в схеме на рис.1. Токи заряда конденсаторов тоже меньше, т.к. определяются только емкостью конденсатора С1. Однако емкости всех конденсаторов схемы на рис.2 при тех же пульсациях приходится увеличивать в 2 раза и более.