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: 5 из 9

19. Преобразователи частоты. Назначение, принцип работы.

Преобразователь частоты - это устройство, которое преобразует ток одной частоты в ток другой частоты с высокими энергетическими показателями. Такие устройства выполняют по-разному:

1. 
   Устроен точно также как конвертор
   

В преобразователях такого типа переменный ток частотой f1 поступает на выпрямитель выпрямленное напряжение поступает на инвертор и вырабатывает ток, с требуемой частотой f2. Желательно, чтобы выпрямители были управляемыми, а инверторы были с внешним возбуждением, для того чтобы схема могла изменять частоту выходного сигнала.

2)Для питания рельсовых цепей, на участках электрифицирован­ных железных дорог с электротягой переменного тока промышлен­ной частоты (50 Гц), а также с электротягой постоянного тока, используют параметрические преобразователи частоты. Принцип параметрического преобразования частоты основан на том, что принудительное изменение какого-либо параметра колебательного контура (L.или С) вызывает в нем колебания с частотой, в опреде­ленное число раз отличающейся от той, с которой изменяется параметр. Если потери в контуре будут компенсироваться за счет внешнего источника энергии, то эти колебания будут незатухающи­ми.

Схема контура (рисунок 6.9,а) состоит из дросселя L, конденсатора С, резистора Rи источника тока Е. Если емкость конденсатора С периодически изменять по косинусоидальному закону, то ток в контуре будет изменяться по синусоидальному закону частотой, в 2 раза меньшей. Проще изменять индуктивность дросселя, изменяя подмагничивание его сердечника.

Преобразователи частоты (рисунок 6.10, а) выполнены на двух П-образных сердечниках. На крайних стержнях размещены обмотки подмагничивания Ф_п1 и Ф_п2, которые соединены так, чтобы созда­ваемые в средних стержнях потоки Ф_п1 и Ф_п2 были направлены встречно. На средних стержнях сердечников размещена контурная обмотка w_K, индуктивность которой совместно с емкостью конден­сатора С образует колебательный контур с резонансной частотой 25 Гц. Обмотки w_П1 и w_П2, подключены к сети переменного тока через диод VD, который обеспечивает однополупериодное выпрям­ление. Если бы обмотки обладали только активным сопротивлением, то кривая выпрямленного тока повторяла бы форму выпрям­ленного напряжения (рисунок 6.10,6). Наличие индуктивности искажает форму тока. Ток подмагничивания i_п проходит через обмотки в течение большего времени, чем длительность одного полупериода напряжения в сети. Ток подмагничивания i_П(рисунок 6.10,в) содержит только первую гармонику с амплитудой I_ти постоянную состав­ляющую I₀. Эта же кривая в соответствующем масштабе характе­ризует изменение магнитных потоков Ф_п1 и Ф_п2 и магнитной индукции В_п1, В_п2в сердечниках. При увеличении магнитной индук­ции увеличивается степень насыщения сердечников и уменьшается их магнитная проницаемость μ (рисунок 6.10, г). Следовательно, индук­тивность контурной обмотки будет изменяться по тому же закону с частотой сети f_с = 1/Т_с. Правую и левую половины преобразователя невозможно выполнить совершенно одинаковыми. Поэтому один из магнитных потоков Ф_п1 или Ф_п2 будет преобладать. В контурную обмотку из сети поступит энергия.


Рис. 6.9. Схема контура (а) и зависимости емкости конденсатора и тока в контуре от времени (б)





Рис. 6.10. Схема параметрического преобразователя частоты (а) и зависимости напряжений и токов от времени (б-д)

Как только в обмотке w_K, начнет проходить ток, в сердечниках появятся потоки Ф_я1 и Ф_ж2, которые будут направлены в одном стержне согласно с потоком подмагничивания, в другом - встречно. При этом симметрия состояния насыщения сердечников наруша­ется, и в контурную обмотку из сети начнут поступать импульсы энергии. Для того чтобы в контуре могли существовать неза­тухающие колебания, необходимо, чтобы энергия, запасаемая за счет индуктивности обмотки w_K и емкости конденсатора С_К, была бы равна энергии, расходуемой на питание G_R и на потери в элементах преобразователя G, т.е.

.

При уменьшении индуктивности контурной обмотки L_K напряже­ние на конденсаторе С будет возрастать (рисунок 6.10,д). Период изменения напряжения в контуре Т_кв 2 раза больше, чем в сети переменного тока Т_с. Следовательно, частота тока в нагрузке будет в 2 раза ниже частоты в сети.

Отличительной особенностью преобразователей этого типа яв­ляются их хорошие стабилизирующие свойства. Они устойчиво работают при значительных изменениях напряжения на входе, сохраняя неизменным напряжение переменного тока с частотой 25 Гц на выходе. Они не нуждаются в защите от коротких замыка­ний или перегрузок. Если ток нагрузки преобразователя превышает значение, определяемое его расчетной мощностью, то преобразова­тель перестает работать, а ток, потребляемый им из сети, не превышает тока нормальной работы. После устранения перегрузки работа преобразователя автоматически восстанавливается.

При эксплуатации часто используют целую группу преобразова­телей частоты, питающих отдельные нагрузки. В этом случае за счет асимметричной нагрузки, создаваемой преобразователями (ис­пользуется только один полупериод тока частоты 50 Гц), возможно искажение формы напряжения питающей сети. Кроме того, если преобразователи питаются через общий разделительный трансфор­матор, то возможно увеличение потерь в этом трансформаторе за счет вынужденного намагничивания сердечника. Для предотвраще­ния этих явлений преобразователи разбивают на две группы и включают таким образом, чтобы использовались оба полупериода напряжения сети.
20. Инвертор. Назначение. Принцип работы.

Инвертор – вторичный источник электрического питания (преобразователь), который преобразует постоянное напряжение и ток в переменное.

Коммутация тока в инверторах осуществляется электронными ключами: тиристоры полевые и биполярные, динисторы.

Электронные ключи могут находится в двух состояниях: открытом и закрытом, в обоих случаях мощность рассеяния на ключах очень мала и время перехода, т.е коммутация очень мала. Из всего этого следует, что КПЦ инвертора обычно довольно высок и достигает 80-90%.

Классификация:

1. 
   По типу применяемых электрических ключей:
   

- ламповые

-транзисторные

-кетотронные

-тиристорные

-динисторные

2) По типу системы управления

- инверторы с внешним возбуждением (это такие инверторы в состав системы, управления которых входит автономный генератор,создающий управляющие сигналы в виде гармонических колебаний)

-инверторы с самовозбуждением ( это инверторы , в которых коммутация осуществляется за счет положительной обратной связи в самом инверторе)

3) По числу фаз выходного напряжения

-однофазн.

-трехфазные.

4)По форме выходного напряжения

-синусоид

-треугольный

-трапецевидный

5) по числу тактов (полупериодов)

-однотактные

-двухтактные

В цепях ЖАТС применяются транзисторные и тиристорные инверторы.

21. Стабилизация напряжения. Назначение. Основные характеристики. Параметры стабилизации постоянного и переменного токов.

Надежная и бесперебойная работа устройств автоматики, теле­механики и связи зависит от качества питающего напряжения. Это напряжение на выходе выпрямительных устройств преобразова­телей или аккумуляторных батарей под воздействием дестабилизи­рующих факторов может изменяться в значительных пределах. К основным дестабилизирующим факторам можно отнести: изме­нения напряжения питающей сети, сопротивления нагрузки и тем­пературы окружающей среды. Для обеспечения постоянства пи­тающего напряжения, поддержания его в заданных пределах при­меняют регулирующие устройства и стабилизаторы напряжения. В них используют противоэлементы, вольтодобавочные аккумуля­торы, угольные регуляторы, тиристоры, дроссели насыщения, вольтодобавочные трансформаторы, феррорезонансные и полу­проводниковые стабилизаторы.

По роду напряжения (тока) все стабилизаторы можно разделить на два типа - постоянного или переменного тока. Стабилизаторы напряжения и тока характеризуются рядом основных параметров.

-Номинальное входное напряжение U_вх- это напряжение источ­ника энергии, при котором через стабилизатор питается нагрузка номинальным током. На каждый стабилизатор задаются пределы изменения входного напряжения U_вхmax, U_вхmin, при которых он обеспечивает требуемые выходные параметры. Отклонения вход­ного напряжения обычно выражают в относительных величинах (проценты) или в виде дроби

; .

Из этих соотношений можно определить максимальное и мини­мальное входные напряжения:



-Номинальное выходное напряжение U_H-это напряжение на выходе стабилизатора, подводимое к питаемой нагрузке. Для регу­лируемых стабилизаторов напряжения обычно указывают макси­мальное U_Hmax и минимальное U_Hmin выходные напряжения, тогда диапазон регулирования выходного напряжения стабилизатора

.

Относительная нестабильность выходного напряжения δ_U, харак­теризует допустимые отклонения стабилизированного напряжения от номинального U_н при изменении входного напряжения U_ВХ (сопротивление нагрузки постоянно) .

-Относительная нестабильность по току δ_I характеризует откло­нения стабилизированного напряжения от номинального при изме­нении тока нагрузки I_н (входное напряжение постоянно),

-Коэффициент нестабильности по напряжению



-Коэффициент нестабильности по току нагрузки



Параметры δ_U, δ_I, K_HCU, K_HCI отличаются друг от друга только оценкой нестабильности по напряжению или току (абсолютная или относительная), но выражают одно и то же физическое содержание.

-Коэффициент стабилизации К_стU, характеризующий стабиль­ность выходного напряжения U_Н, при изменении входного напряже­ния U_вх показывает, во сколько раз напряжение на выходе стабили­затора при постоянной нагрузке изменяется меньше относительно изменений на входе



Коэффициент стабилизации К_стI для стабилизатора тока по входному напряжению при постоянной нагрузке показывает, во сколько раз относительное изменение тока нагрузки меньше выз­вавшего его относительного изменения напряжения на входе

-Выходное сопротивление стабилизатора R_вых определяется как отношение изменения напряжения на выходе стабилизатора к изме­нению тока нагрузки .

-Температурный коэффициент напряжения характеризует степень стабильности выходного напряжения .

-Коэффициент полезного действия стабилизатора определяется отношением полезной мощности, выделяемой на нагрузке, к мощ­ности, потребляемой им от выпрямительного устройства, .

-Напряжение пульсаций U_НП-уровень переменной составля­ющей выходного напряжения, оцениваемый в средних квадра­тичных значениях или в процентах относительно напряжения .

-Коэффициент искажения формы кривой К_ф служит показателем оценки качества стабилизаторов переменного напряжения, характеризующих искажение формы кривой на выходе. Данный коэффи­циент определяется отношением действующего значения тока или напряжения первой гармоники к действующему значению суммы всех составляющих тока или напряжения ; .

-Коэффициент мощности сов ср характеризует реактивные потери и определяется отношением активной мощности Р, потребляемой стабилизатором, к полной мощности S, подводимой к нему от сети или другого источника переменного тока: .

22. Тиристорные регулируемые выпрямители.

Плавное регулирование напряжения можно осуществить как по переменному току, так и в процессе преобразования переменного тока в постоянный. Регулирование по переменному току возможно с помощью транс­форматоров с подвижным магнитным шунтом, а также с помощью автотрансформаторов с короткозамкнутой обмоткой, что связано с дополнительными потерями на регулирующем элементе. Более экономичным является управление тиристорами при выпрямлении переменного тока в постоянный.

Тиристорные выпрямители подразделяют на однополупериодные, двухполупериодные и мостовые.

Рис. 5.2. Схема двухполупериодноготиристорного выпрямителя(а) и кривые изменения напряжения и токов(б и в)

В двухполупериодной схеме (рисунок 5.2, а) управляющие электроды (катоды) тиристоров VS1 и VS2 присоединены к системе управления СУ выпрямителя. Эта система синхронно с выпрямляемым пере­менным напряжением формирует импульсы, фаза которых может регулироваться относительно напряжений на вторичных обмотках трансформатора u₂₁ и u₂₂ (рисунок 5.2, б). Тиристоры VS1 и VS2 открываются поочередно при поступлении на них положительных полуволн выпрямленного напряжения и импульсов управления, сдвинутых по фазе относительно этого напряжения.

Угол сдвига по фазе между выпрямляемым напряжением и импульсами управления называется углом регулирования или углом запаздывания а.

При положительной полуволне напряжения u₂₁ в интервале времени t₀ —t₁ тиристор VS1 закрыт, ток через него не протекает и напряжение на нагрузке U_Н равно нулю. В момент времени t₁ = α/ω при подаче управляющего импульса VS1откроется и через него потечет ток i_S1 (рисунок 5.2, в). Напряжение на нагрузке возрастает скачкообразно до напряжения и₂₁(t₁). За время t₁ — t₂напряжение на нагрузке изменится так же, как и напряжение u₂₁. В момент времени t₂= π/ω тиристор VS1 закроется (меняется полярность напряжения u₂₁). В интервале времени t₂ — t₃положительная полу­волна напряжения u₂₂ приложена к тиристору VS2, а напряжение на нагрузке U_н = 0, так как тиристор VS2 закрыт.



Рисунок 5.3 – Схема тиристорного выпрямителя с реактивной нагрузкой и «нулевым диодом»

При работе схемы выпрямления на емкостную нагрузку в мо­мент включения тиристора возникают большие броски тока, кото­рые могут вывести его из строя. Для их снижения на выходе выпрямителя включают дроссель L(рисунок 5.3), который вместе с кон­денсатором С образует фильтр низкой частоты (ФНЧ), уменьшаю­щий пульсации выпрямленного напряжения. При снижении напря­жения u₂₁ в первичной полуобмотке трансформатораТэ. д. с. самоиндукции дросселя препятствует снижению тока в цепи нагруз­ки. Тогда в момент времени , когда напряжение и₂₁ =0, ток тиристора за счет явления самоиндукции и обратного напряжения, приложенного к открытому тиристору VS1. При этом через нагрузку будет протекать ток, обратный прямому току ти­ристора, VS2. Тогда ток тиристора VS1 будет равен нулю не в момент времени , а в момент времени . Аналогично будет работать и тиристор VS2. Ток i_S2, протекающий через него, будет равен нулю в момент времени .

Среднее значение выпрямленного напряжения, прикладываемого к нагрузке,

.

Для изменения среднего значения выпрямленного напряжения от максимального до минимального угол α нужно изменять от 0 до π.