Главная страница

Материалы для подготовки к экзамену по электротехнике. Закон Ома. Работа и мощность в электрической цепи. Закон ДжоуляЛенца


Скачать 2.39 Mb.
НазваниеЗакон Ома. Работа и мощность в электрической цепи. Закон ДжоуляЛенца
АнкорМатериалы для подготовки к экзамену по электротехнике.doc
Дата18.02.2017
Размер2.39 Mb.
Формат файлаdoc
Имя файлаМатериалы для подготовки к экзамену по электротехнике.doc
ТипЗакон
#2855
КатегорияЭлектротехника. Связь. Автоматика
страница15 из 16
1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   16

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

 

Преобразователем электрической энергии явля­ется устройство, которое связывает две (или более) различные электрические системы и позволяет изменять параметры электрической энергии.

Преобразователи электрической энергии можно классифицировать в зависимости от того, какие электри­ческие системы они соединяют. На практике наиболее часто встречаются преобразователи электрической энергии, связывающие две электри­ческие системы (рис. 11).

 



Рис. 11. Преобразователь в электрических системах

 

Электрические системы принято делить на системы постоянного и пере­менного тока, причем системы постоянного тока обычно являются двухпроводными, а сис­темы переменного тока, в свою очередь, однофазными (двухпроводными) или многофазными (многопроводными). Для таких систем можно выделить четыре класса полупроводниковых преобразовательных устройств:

а) – выпрямители - преобразователи переменного тока в постоянный

б) – инверторы - преобразователи постоянного тока в переменный;

в) – преобразователи переменного тока в переменный ток с другими параметрами (преобразователи частоты, преобразо­ватели числа фаз, регуляторы переменного напряжения и т. п.);

г) – конверторы - преобразователи постоянного тока в постоянный ток с другими параметрами.

При этом необходимо учитывать на­правление передачи электрической энергии. Например, когда преобразо­ватель, связывающий системы переменного и постоянного тока, обеспечивает направление потока энергии в сторону системы постоянного тока, он работает как выпрями­тель, если наоборот – он работает как инвертор.

На рис. 12 представлены основные классы преобразователей в слу­чае двухпроводных систем постоянного тока и трехфазных систем перемен­ного тока (стрелками показаны на­правления потока электрической энергии (ЭЭ)).

 



 

Рис. 12. Основные классы преобразовательных устройств

а) – выпрямители; б) – инверторы; в) – преобразователи переменного тока;

г) – преобразователи постоянного тока

 

Иногда применяются преобразова­тельные устройства, представляющие собой сочетание двух или более упо­мянутых классов преобразователей. В ряде случаев целесообразно одни параметры электрической энергии из­менять при помощи полупроводнико­вого преобразователя, а другие - при помощи преобразователя иного типа. Такие комбинированные преобразовательные устройства часто применяются в сис­темах переменного тока, где, напри­мер, изменение частоты производится при помощи полупроводникового пре­образователя, а изменение величины напряжения - при помощи электро­магнитного преобразователя - транс­форматора.

Все преобразователи могут быть выполнены как нерегулиру­емыми, так и регулируемыми, причем регулированию может подлежать один или несколько параметров передаваемой энер­гии: величина и форма напряжения или тока, частота, число фаз и др.

 

СИЛОВЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

 

Базисным элементом современных полупровод­никовых преобразователей электрической энергии является по­лупроводниковый прибор дискретного (ключевого) действия.

В качестве такого простейшего электрического ключа может быть использован полупроводниковый прибор, содержащий pn переход и обладающий односторонней проводимостью, т. е. имеющий два устойчивых рабо­чих состояния: «открыт» - при прямом включении и «закрыт» - при обратном включении. Такой прибор при помощи двух силовых выводов (электродов), соединённых с анодом и катодом, включается в электрическую цепь и в открытом состоянии обеспечивает прохождение тока только в одном определенном направлении, а в закрытом состоянии размыкает эту цепь. Полу­проводниковый прибор может быть неуправляемым или управ­ляемым и в этом случае, кроме двух основных электродов, он имеет еще один или несколько вспомогательных выводов для подачи управляющего сиг­нала.

В настоящее время в силовой электронике наиболее широкое распространение получилинеуправляемые полупроводниковые приборы дискретного дей­ствия - диоды и управляемые полупроводниковые приборы - тиристоры.

 

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

 

Полупроводниковый диод представляет собой полупро­водниковый прибор с двумя силовыми электродами, состоящий из двух полупроводников р и п – типа с одним электронно – дырочнымпереходом и обладающий свойством односторонней проводимости в зависимости от полярности включения.

На электрических схемах полупроводниковый диод изображается следующим графическим обозначением (рис. 13):



 

Рис. 13. Условное графическое обозначение (УГО) диода

 

Работа полупроводникового диода основана на использовании электрических свойств р – пперехода, который формируется при изготовлении диода и асимметричная проводимость которого зависит от полярности включения диода.

Различают два возможных способавключения диода в электрическую цепь:

1. Прямое включение (рис. 14)– положительный полюс источника напряжения (+) соединяется с анодом диода (р – зонаполупроводника), а отрицательный полюс источника (-) соединяется с катодом диода (nзонаполупроводника).

 



 

Рис. 14. Схема прямого включения диода

 

В этом случае р – ппереход диода включён в прямом направлении и электрические свойства диода в этом режиме определяются прямой ветвью вольт - амперной характеристики р – пперехода (рис. 15).

 



 

Рис. 15. Вольт - амперная характеристика диода

1 – прямая ветвь ВАХ; 2 – обратная ветвь ВАХ

 

При этом сопротивление р – пперехода, а следовательно и сопротивление самого диода практически равно нулю RПР 0, поэтому сила тока через диод ограничена только сопротивлением нагрузки, включённой последовательно с диодом:

I ПР = U / (RПР + RН ) = U / RН .

При прямом включении диод свободно пропускает электрический ток RПР 0, т. е. практически не оказывает влияния на силу тока в электрической цепи, поэтому в этом случае обычно используют выражение «диод открыт».

2. Обратное включение (рис. 16 )– положительный полюс источника напряжения (+) соединяется с катодом диода (nзонаполупроводника), а отрицательный полюс источника (-) соединяется с анодом диода (р – зонаполупроводника).

 



 

Рис. 16. Схема обратного включения диода

 

В этом случае р – ппереход диода включён в обратном направлении и электрические свойства диода в этом режиме определяются обратной ветвью вольт - амперной характеристики р – пперехода (рис. 15). При этом сопротивление р – пперехода, а следовательно и сопротивление самого диода практически равно бесконечности RОБР ≈ ∞ , поэтому сила тока через диод определяется величиной обратного тока р – пперехода и практически равна нулю:

I ОБР = U / (RОБР + RН ) = U / RОБР ≈ 0 .

При обратном включении диод практически не пропускает электрического тока RОБР ≈ ∞ , I ОБР ≈ 0, поэтому в этом случае обычно используют выражение «диод закрыт».

Таким образом, диод обладает односторонней (вентильной) проводимостью в зависимости от полярности его включения, т. е.является полупроводниковым прибором дискретного (ключевого) действия и на использовании этого свойства диода основана работа неуправляемых выпрямительных устройств переменного тока.

 

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

  СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ВЫПРЯМИТЕЛЯ

 Выпрямителем называется электротехническое устройство для преобразо­вания электрической энергии переменного тока в электрическую энергию постоянного тока.

Необходимость такого преобразования обусловлена тем, что промышленные электростанции вырабатывают электрическую энергию в виде энергии трёхфазного тока, а многие производственные и бытовые электроуста­новки работают на постоянном токе.

В зависимости от мощности выпрямители подразделяются на однофазные и трехфазные. Однофазные выпрямители изготовляются обычно на небольшую мощность ( до 1 – 2 кВА), а выпрями­тели средней и большой мощности выполняют, как правило, трехфазными.

Структурная схема выпрямителя в общем случае, содержит следующие основные блоки (рис. 17):

  1. 1.     Трансформатор Тр;

  2. 2.     Выпрямительный блок БВ;

  3. 3.     Сглажи­вающий фильтр - фильтр нижних частот СФ;

  4. 4.     Стабилизатор выпрямленного напряжения Ст.

Вход выпрямителя подключается к однофазной или трёхфазной питающей сети на напряжение UВХ , а к выходу выпрямителя на выходное напряжение U ВЫХ подключается нагрузка RН .

 



 

Рис. 17. Структурная схема выпрямителя

 Трансформатор(часто называемый силовым) пред­назначен для изменения питающего напряжения сети и получения заданной величины выходного напряжения на нагрузке, а также для электрической развязки блоков вы­прямителя и его нагрузки от электрической линии с целью повышения электробезопас­ности работы с выпрямителем. Трансформатор позволяет также преобразовать одну систему фаз входных напряжений в другую, например трехфазную в шестифазную.

Выпрямительный блок служит для преобразования переменного напряжения в выпрямленное (пульсирующее) и выполняется на базе полупроводниковых приборов дискретного (ключевого) действия (вентильных элементов), обладающих односторонней электропроводно­стью (диоды, тиристоры и др.).

Качество работы вентильных элементов, входящих в выпрямительныйблок, оцени­вается коэффициентом выпрямления как отношение прямого тока к обратному току при одном и том же напряжении называется:

КВ = I ПР / I ОБР , (U = const ).

Идеальныевентильные элементы пропускают ток только в одном направлении (прямой ток) и совсем не пропускают тока в обратном направле­нии I ОБР = 0 , т. е.обладают высокими выпрямительными свойствами. Реальныевентильные элементы, в отличие от идеальных, пропускают сравнитель­но небольшой обратный ток I ОБР ≈ 0 и отличаются более низкими выпрямительными свойствами. Поэтому для обеспечения качественной работы выпрямителя вентильные элементы долж­ны обладать малым прямым и большим обратным сопро­тивлениями, а также высоким допустимым обратным напряжени­ем, высоким КПД и стабильностью характеристик.

Сглаживающий фильтр служит для снижения пульсаций (сглаживания) выпрямленного напряжения, получаемого на выходе выпрямительного блока. Фильтр яв­ляется устройством, содержащим R – , Lи С - элементы, благодаря которым фильтр способен запасать энергию при увеличении напряжения и отдавать ее при уменьше­нии напряжения. Качество работы фильтра оценивается коэффи­циентом фильтрации (сглаживания) - отношением коэффициентов пульсации на входе и выходе фильтра q = К П ВХ/ К П ВЫХ.

Стабилизаторслужит для снижения влияния изменяющихся внешних условий (колебания напряжения в питающей сети, изме­нение нагрузки, температуры и т. д.) на режим работы выпрямителя с целью поддержания выходного напряжения на заданном уровне. Стабилизатор может быть установлен как на выходе выпрямителя, так и на входе - со стороны пере­менного тока.

В состав выпрямителя могут также входить выключатели, элементы ав­томатики и защиты от перегрузок. В зависимости от конкретных требований отдельные блоки в выпрямителе могут отсутствовать (кроме выпрямительного блока). Если, например, не требуется изменять входное на­пряжение UВХ и в целях безопасности электрически разделять нагрузку от питающей сети, то из схемы исключается трансформатор, а в некоторых случаях можно исключить сглаживающий фильтр или стабилизатор.

Кроме того, сам выпрямительный блок может быть очень простым или достаточно сложным. В простых схемах содержится мини­мальное количество вентильных элементов, в результате чего получают низкое качество выпрямления со сравнительно высоким коэффици­ентом пульсаций. Сложные схемы строятся на основе смешанного соединения вентильных элементов, благода­ря чему удается понизить коэффициент пульсации и улучшить характеристики выпрямителя.

Основными техническими параметрами выпрямителя являются значение входного (пере­менного) напряжения UВХи тока I, среднее значение выпрямленного напряжения (средневыпрямленное напряжение) UС Ви ток IС В, коэффициент пульсаций К П,коэффициент сглаживания пульсаций q,КПД и др.

По способам преобразования переменного тока раз­личают одно- и двухполупериодные выпрямители.

33. Блок-схема полупроводникового выпрямителя. Одно – и двухполупериодные выпрямители. Электрические схемы и осциллограммы.

 

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ВЫПРЯМИТЕЛЯ

 

Выпрямителем называется электротехническое устройство для преобразо­вания электрической энергии переменного тока в электрическую энергию постоянного тока.

Необходимость такого преобразования обусловлена тем, что промышленные электростанции вырабатывают электрическую энергию в виде энергии трёхфазного тока, а многие производственные и бытовые электроуста­новки работают на постоянном токе.

В зависимости от мощности выпрямители подразделяются на однофазные и трехфазные. Однофазные выпрямители изготовляются обычно на небольшую мощность ( до 1 – 2 кВА), а выпрями­тели средней и большой мощности выполняют, как правило, трехфазными.

Структурная схема выпрямителя в общем случае, содержит следующие основные блоки (рис. 17):

  1. 1.     Трансформатор Тр;

  2. 2.     Выпрямительный блок БВ;

  3. 3.     Сглажи­вающий фильтр - фильтр нижних частот СФ;

  4. 4.     Стабилизатор выпрямленного напряжения Ст.

Вход выпрямителя подключается к однофазной или трёхфазной питающей сети на напряжение UВХ , а к выходу выпрямителя на выходное напряжение U ВЫХ подключается нагрузка RН .

 



 

Рис. 17. Структурная схема выпрямителя

 

Трансформатор(часто называемый силовым) пред­назначен для изменения питающего напряжения сети и получения заданной величины выходного напряжения на нагрузке, а также для электрической развязки блоков вы­прямителя и его нагрузки от электрической линии с целью повышения электробезопас­ности работы с выпрямителем. Трансформатор позволяет также преобразовать одну систему фаз входных напряжений в другую, например трехфазную в шестифазную.

Выпрямительный блок служит для преобразования переменного напряжения в выпрямленное (пульсирующее) и выполняется на базе полупроводниковых приборов дискретного (ключевого) действия (вентильных элементов), обладающих односторонней электропроводно­стью (диоды, тиристоры и др.).

Качество работы вентильных элементов, входящих в выпрямительныйблок, оцени­вается коэффициентом выпрямления как отношение прямого тока к обратному току при одном и том же напряжении называется:

1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   16


написать администратору сайта