|
Оглавление. Однофазные и трехфазные электрические цепи. Магнитные цепи Действующие значения синусоидального тока, эдс и напряжения Средние значения синусоидального тока, эдс и напряжения 3
α=
I
к
I
Э
(при U=const). Как правило, Если не учитывать очень малый по величине тепловой ток коллектора I
КБО
, тов соответствии см законом Кирхгофа можно записать:
I
Э
=
I
Б
+
I
К
=
I
Б
+
α⋅I
Э
, откуда I
Б
=
I
Э
⋅(
1−α) или I
Б
=
I
К
1−α
α
4, 5, 6. Схема включения транзистора с общей базой и ее коэффициенты усиления потоку, напряжению K
U
и мощности Схема с общей базой названа так потому, что базовый переход транзистора является общим для входной и выходной цепей транзистора. В схеме с общей базой входной ток равен току эмиттера Э, который обычно на один-два порядка больше тока базы Б, поэтому входное сопротивление транзистора мало.
Коэффициент усиления по току.
K
i
=
I
вых
I
вх
=
i
К
i
Э
=
α<1.
Усиление потоку отсутствует, так как Коэффициент усиления по напряжению -24- Ku= UвыхUвх= iК⋅ RнiЭ⋅ Rвх= α⋅ RнRЭБ> 1. Усиление по напряжению происходит, так как Коэффициент усиления по мощности. KP= Ki⋅ Ku= α2 RнRЭБ> 1. Усиление по мощности происходит, так как Схема с общей базой применяется в некоторых усилителях с трансформаторной связью между каскадами. Недостатком схемы является трудность согласования большого выходного сопротивления предыдущего каскада с малым входным сопротивлением последующего каскада, 8, 9. Схема включения транзистора с общим эмиттером и ее коэффициенты усиления потоку, напряжению K U и мощности Является наиболее распространённой схемой включения транзистора. Во входной цепи проходит сравнительно маленький ток базы, поэтому входное сопротивление достаточно велико. Выходное сопротивление меньше, чем в схеме с общей базой, что позволяет осуществить согласование между каскадами усилителя без применения согласующих трансформаторов. Недостатком схемы является повышенный уровень нелинейных искажений. Коэффициент усиления по току.Ki= IвыхIвх= iКiБ= α1− α> 1. Ток усиливается, так как Коэффициент усиления по напряжению. Ku= UвыхUвх= iК⋅ RнiБ⋅ Rвх= α1− α⋅ RнRвх> 1. Напряжение усиливается, так как Коэффициент усиления по мощности 1− α⋅ RнRЭБ> 1. Мощность усиливается, так как K P >1. 10, 11, 12. Схема включения транзистора с общим коллектором и ее коэффициенты усиления потоку, напряжению K U и мощности Отличается малым выходным сопротивлением, так как в выходной цепи течет ток эмиттера. Входное сопротивление большое, так как входным является ток базы. Схема с -25- общим коллектором, называемая эмиттерным повторителем, применяется в качестве согласующего элемента между нагрузкой с малым сопротивлением и выходом предыдущего каскада, обладающим большим входным сопротивлением. Усиления по напряжению транзистор в схеме с общим эмиттером не даёт. Коэффициент усиления по току.Ki= IвыхIвх= iКiБ= 1 Ток усиливается, так как Коэффициент усиления по напряжению. Ku= UвыхUвх= iЭ⋅ RнiБ⋅ Rвх= 1 Напряжение не усиливается, так как Коэффициент усиления по мощности Мощность усиливается, так как Схема с общим эмиттером используется как согласующий усилитель с большим входным сопротивлением. Она также называется усилителем мощности, или, как было написано выше, эмиттерным повторителем. Однополупериодный выпрямитель, принцип действия, коэффициент пульсации выпрямленного тока. Однополупериодный выпрямитель представляет собой простейший по исполнению выпрямитель и включает в себя один диод. Принцип действия однотактных однополупериодных выпрямителей покажем на примере выпрямительного устройства, схема которого представлена на рисунке 7.3 Схема включает однофазный трансформатор TV, во вторичную обмотку которого включены последовательно диод VD и нагрузочное сопротивление н. Первичная обмотка трансформатора присоединена к сети переменного тока. Работа рассматриваемой схемы протекает следующим образом. При подаче переменного напряжения на первичную обмотку трансформатора напряжение на зажимах его вторичной обмотки также будет переменным. Диод проводит ток только в том случае, когда его анод относительно катода будет иметь положительный потенциал. Поэтому ток во вторичной цепи будет протекать только водном направлении, те. в течение положительного полупериода переменного напряжения на первичной обмотке. В результате этого ток, протекающий вцепи нагрузки, оказывается пульсирующим, -26- неизменным по направлению, но изменяющимся по величине во времени. Временные диаграммы изменения напряжений и токов, соответствующих однополупериодному выпрямителю, представлены на рис. Качество выпрямления оценивается коэффициентом пульсации. Для рассматриваемой однополупериодной схемы выпрямления: Kn= AiIср= Imπ2 Это означает, что амплитуда А переменной составляющей выпрямленного тока в 1,57 раза больше постоянной составляющей I ср Реальный диод должен выдерживать максимальное обратное напряжение выпрямителя, то есть при выборе диода для выпрямителя следует выбиратьUm> Uобр.m= 3,14 Uср14. Двухполупериодный выпрямитель, принцип действия, коэффициент пульсации выпрямленного тока.Схема двухполупериодного выпрямителя с нулевой точкой Двухполупериодный выпрямитель с нулевой точкой можно рассматривать как два однополупериодных выпрямителя, работающих поочередно на общую нагрузку. В этой схеме каждый из диодов проводит ток только в течение той части периода, когда анод имеет более высокий потенциал относительно катода, в этом случае диод открыт. За период входного напряжения u 1 или вторичного напряжения u 2 в один полупериод диод VD1 проводит тока в другой полупериод — проводит ток i'' 2 диод VD2. В результате временные диаграммы токов и напряжений приобретают вид, представленный на рисунке Пульсация тока при двухполупериодной схеме значительно уменьшается, так как коэффициент пульсации в этом случае равен -28- Kn= AiIср= 0,667 , где Iср= 2I mπAi= 4I m3π - амплитуда основной гармоники выпрямленного тока. По сравнению со схемой с нулевой точкой, мостовая схема обладает меньшей на 20% расчётной мощностью, а внешняя характеристика мостовой схемы является менее жёсткой, чем в однополупериодной и двухполупериодной с нулевой точкой схемах выпрямителей. Мостовая схема однофазного двухполупериодного выпрямителя переменного тока
-29-
-30- 15. Емкостной электрический фильтр в выпрямительной схеме и его влияние на коэффициент пульсации выпрямленного тока.Схема емкостного фильтра показана на рисунке 7.18а Емкостной фильтр представляет собой конденсатор, включённый параллельно нагрузке. Коэффициент пульсаций в однополупериодной схеме с емкостным фильтром рассчитывается по формуле Kn= 1 4fCR нКак видно, чем больше ёмкость, тем меньше коэффициент пульсации, а также увеличивается среднее значение напряжения на сопротивлении нагрузки по сравнению с величиной при отсутствии фильтра и к уменьшению переменной составляющей. Индуктивный электрический фильтр в выпрямительной схеме и его влияние на коэффициент пульсации выпрямленного тока. Схема емкостного фильтра показана на рисунке а Индуктивный фильтр представляет собой катушку индуктивности, включённую последовательно нагрузке. Коэффициент пульсации на нагрузке Kn= 1 Индуктивные фильтры целесообразно применять при малых сопротивлениях нагрузок, при малых выпрямленных напряжениях и больших токах. Индуктивные фильтры нельзя применять в однополупериодных выпрямителях, так как диод не может работать вцепи источника переменного тока без отсечки тока. Поэтому при любом значении индуктивного сопротивления фильтра выпрямленный ток останется прерывистым. Электрооборудование промышленных предприятий. Устройство и принцип действия трансформатора. Трансформатор — это статический электромагнитный аппарат, действие которого основано на явлении взаимной индукции. Он предназначен для преобразования электрической энергии переменного тока с одними параметрами напряжения и тока в энергию переменного тока с другими параметрами напряжения и тока. По области применения трансформаторы разделяют наследующие виды: 1. Силовые трансформаторы используются в магистральных распределительных сетях и системах электроснабжения предприятий для распределения электроэнергии. 2. Измерительные трансформаторы используются в качестве элементов для измерения больших по уровню напряжений и токов. 3. Трансформаторы специального назначения используются в специальных электротехнических устройствах сварочные, импульсные, печные трансформаторы Однофазный трансформатор состоит из ферромагнитного провода, собранного из отдельных листов электротехнической стали, на котором расположены две обмотки с разным числом витков, выполненные из медного или алюминиевого провода. Обмотку, подключенную к источнику питания, называют первичной, а обмотку, к которой подключаются приемники — вторичной. Если первичную обмотку трансформатора с числом витков w 1 подключить к сети переменного тока, то напряжение сети u 1 вызовет в ней токи магнитодвижущую силу (МДС) F 1 = i 1 w 1 . МДС создает основной переменный магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу трансформатора. Магнитный поток Ф индуцирует в первичной обмотке ЭДС самоиндукции e 1 , а во вторичной обмотке — ЭДС взаимной индукции e 2 . Если к вторичной обмотке присоединена нагрузка н, то цепь вторичной обмотки оказывается замкнутой и ЭДС e 2 вызовет в ней ток i 2 . Ток i 2 создает собственную МДС F 2 = i 2 w 2 , которая образует основной магнитный поток вторичной обмотки, замыкающийся по магнитопроводу. Сумма основных магнитных потоков образует результирующий магнитный поток трансформатора. МДС первичной и вторичной обмоток создают также потоки рассеяния Фи Ф, замыкающиеся по магнитопроводу и по воздуху. Потоки рассеяния индуцируют в обмотках трансформатора ЭДС рассеяния e σ1 и e σ2 . Мгновенные значения ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции первичной и вторичной обмоток определяются по формулам: e1 =− w1 dФdt;e2 =− w2 dФdtМгновенные значения ЭДС рассеяния равны, где, L σ2 – индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмоток трансформатора u σ1 , u σ2 – падения напряжения на индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмоток трансформатора. Схема замещения и приведение параметров трансформатора. Схема трансформатора имеет магнитно-связанные контуры, что для анализа электрических режимов трансформатора неудобно. Для замены магнитной связи между обмотками трансформатора составим его эквивалентную электрическую схему. При этом необходимо объединить обе обмотки трансформатора в одну, сделав равными ЭДС этих обмоток E 1 = E 2 . Равенство ЭДС будет выполнено, если новое число витков вторичной обмотки сделать равным числу витков первичной обмотки w 2 ' = w 1 . При таком -33- преобразовании изменятся все величины, характеризующие вторичную цепь и их необходимо пересчитать на новое число витков. Трансформатору которого все параметры вторичной обмотки приводятся к параметрам первичной обмотки, называется приведенным. У приведенного трансформатора коэффициент трансформации n'= w1 w2 '= 1 У приведенного трансформатора параметры первичной обмотки остаются без изменений мощности и углы между векторами токов и напряжений первичной и вторичной обмоток должны остаться без изменения. Методика определения приведенных параметров трансформатора: 1. Определим приведенную ЭДС вторичной обмотки E 2 ' . Учитывая, что E1 E2 = n ,E1 E2 '= 1 , имеем или приведенное напряжение U2 '= nU2 = U1 Определим приведенный вторичный ток I 2 ' . Из равенства мощностей реальной и приведенной вторичной обмоток трансформатора ( E2 I2 = E2 'I2 '), а также E2 I2 = E1 I1 : I2 '= I2 n= I1 Определим приведенное активное сопротивление вторичной обмотки R 2 ' . Из равенства активных мощностей реальной и приведенной вторичной обмоток трансформатора ( I2 2 R2 = I2 ' 2 R2 '), а также I2 2 R2 = I1 2 R1 , имеем R2 '= n2 R2 = R1 По аналогии получаем приведенное индуктивное сопротивление вторичной обмотки и приведенное сопротивление нагрузки н ' : x2 '= n2 x2 ; Zн'= n2 ZнЕсли точки m и m', n и n' объединить, так как они обладают одинаковым потенциалом ( E1 = E2 '), а первичную и вторичную обмотки заменить на намагничивающий контур с активными индуктивным (x 0 ) сопротивлениями, то схему приведенного трансформатора можно заменить на Т-образную схему замещения приведенного трансформатора. Так как x 0 >> x 1 и R 0 >> R 1 (установлено экспериментально, то эта схема заменяется на упрощенную Г-образную схему замещения с параметрами 2 + X0 2 ; к xк= x1 + x2 'После приведения сопротивлений R 2 ' ив схеме замещения трансформатора имеем к и x к, которые определяются при опыте короткого замыкания трансформатора
-34-
3. Потери мощности и КПД трансформатора.
В режиме нагрузки трансформатор потребляет из сети электрическую энергию, характеризующую мощность P
1
и передает ее нагрузке мощностью P
2
. Часть потребляемой мощности, называемой потерями Δ P=P
1
−
P
2
, превращается в трансформаторе в виде тепла.
Потери мощности в трансформаторе состоят из электрических и магнитных P
э
+
Δ
P
м
, где э — электрические потери мощности в активных R
1
и R
2 сопротивлениях обмоток трансформаторам- магнитные потери мощности в магнитопроводе трансформатора от вихревых токов и от перемагничивания сердечника.
Электрические потери мощности определяются по формуле:
Δ
P
э
=
I
1 2
R
1
+
I
2 2
R
2
=
I
1 2
R
1
+
I
1 2
R
2
'
=
I
1 к, где I
2
=
n I
1
; R
2
=
R
2
'
n
2
; R
к
=
R
1
+
R
2
'
Электрические потери мощности можно записать через их номинальное значение:
U
1
I
1
R
1
x
1
n
E
1
m
E
2
m'
n'
x'
2
R'
2
I'
2
Z'
н
U'
2
U
1
I
1
R
1
x
1
n
E
1
=E
'
2
m
x'
2
R'
2
I'
2
Z'
н
U'
2
R
0
x
0
I
0
Z
0
U
1
I
1
n
E
1
=E
'
2
m
x
к
R
к
I'
2
Z'
н
R
0
x
0
I
0
Z
0
Z
к
U'
2
=I'
2
Z'
н
эк Δ
P
эн
, где β н- коэффициент загрузки трансформатора потоку
Δ
P
эн
=
I
1н
2
|
|
|
Скачать 7.93 Mb.