Batareyki
.pdf
1.Закон полного тока. Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея).
∑Если проводник с числом витков W и током I, вокруг их возникает магнитное поле,
напряжённость которого пропорциональна току и числу витков и обратно пропорционально длине силовой магнитной линии.
Если проводник с числом витков W находится в магнитном поле, оцениваемым магнитным потоком Ф, то на концах этого проводника возникает ЭДС, пропорциональное числу витков и скорости изменения магнитного потока, что препятствует изменению магнитного потока.
2. Идеальный трансформатор. Принцип действия. Коэффициент трансформации.
Трансформатор – статический электромагнитный аппарат, преобразующий электрическую энергию переменного тока одной системы в электрическую энергию переменного тока другой системы с иными параметрами (с иным напряжением, током, числом фаз).
Идеальный трансформатор: нет падения напряжения, т.к. сопротивление обмотки равно нулю (нет потерь).
Коэффициент трансформации – отношение ЭДС вторичной обмотки к первичной обмотке (или наоборот).
3. Баланс МДС в идеальном трансформаторе. Эквивалентная схема трансформатора. Баланс МДС – баланс магнитно движущих сил.
МДС обмотки равна произведению числа витков в обмотке на величину тока, протекаемого в этой обмотке.
– МДС первичной обмотки |
|
– МДС вторичной обмотки |
|
– МДС первичной обмотки в режиме холостого хода (где нет нагрузки, т.е |
) |
Таким образом МДС первичной обмотки, создаёт неизменный, практически независящий от нагрузки магнитный поток (как при хх), и компенсирует размагничивающие действие МДС второй обмотки трансформатора.
Эквивалентная схема:
Всилу сложности расчётов реальный трансформатор заменяют приведённым.
–активные сопротивления; обуславливают потери в проводах.
-эквивалентное сопротивление, отражающее потери в сердечнике.
-индуктивность вращения
-индуктивность намагничивания
Электромагнитная мощность реального и приведенного равны
Потери мощности в цепях реального и приведенного равны
Фазовые сдвиги между U и I равны.
‘ – означает элемент находится во вторичной обмотке
4. Опыт холостого хода трансформатора. Эквивалентная схема опыта хх: Параметры, определяемые в опыте хх.
Опыт хх осуществляется при : Эквивалентная схема:
Параметры:
Коэффициент трансформации:
-напряжение на вторичной обмотке
-напряжение на первичной обмотке
Ток холостого хода:
Мощность потерь: определяется как мощность потерь в проводах и мощность потерь в
сердечнике. Мощностью потерь в проводах можно пренебречь , т.к. ток хх очень мал ( |
), |
|
следовательно мощность маленькая (по закону Джоуля-Ленца |
). Мощность потерь в |
|
сердечнике будет такаяже как при работе на нагрузку, т.к на первичную обмотку подаём номинальное напряжение:
5. Опыт короткого замыкания трансформатора. Эквивалентная схема опыта КЗ. Параметры, определяемые в опыте КЗ.
Опыт КЗ осуществляется при: (закорачиваем первичную обмотку)
Это аварийный режим: скорость изменения магнитной индукции при КЗ больше, напряжение насыщения резко падает, это приводит к резкому возрастанию тока и потерь в обмотке.
(для этого на первичную обмотку пониженное напряжение)
Эквивалентная схема:
Параметры:
Потери мощности(в обмотках): т.к напряжение КЗ много больше напряжения на первичной обмотке, мощность потерь в сердечнике будет крайне мала, и ей можно пренебречь.
Т.к. в первичной обмотке протекает номинальный ток, то мощность потерь в проводах (в обмотке) будет такая же как при работе на номинальную нагрузку.
Реактивное и активное сопротивление КЗ:
–активное сопротивление
–реактивное сопротивление
Напряжение КЗ: напряжение на первичной обмотке трансформатора, при котором в обмотке протекает номинальный ток
6. Внешняя характеристика трансформатора, ее зависимость от типа нагрузки:
Внешняя характеристика трансформатора – это зависимость напряжение на нагрузке от тока, потребляемого нагрузкой.
Увеличение тока нагрузки можно отобразить сопротивлением нагрузки (уменьшением). должно несильно отклоняться от U2xx и составлять от него 5..10%.
7. Зависимость КПД трансформатора от величины тока вторичной обмотки:
При увеличении тока увеличивается КПД. При больших токах основную часть составляют потери в проводах, которые пропорциональны квадрату тока. Значит должно существовать значение тока, при котором КПД максимально.
8. Трехфазные сети электропитания. Виды и параметры. Трехфазные трансформаторы:
Трехфазные сети позволяют уменьшать потери в проводах. Суммарный магнитный поток равен нулю, так как каждый сдвинут по фазе на одно и то же число. A,B,C – фазы, N - нейтраль.
Определяется фазным и линейным напряжениями, частотой сети. График линейного и фазного напряжений:
Виды: с точки зрения конструкции – 3-х, 4-хпроводные, по способу подключение – звездой (а), треугольником (б), зигзаг (в).
9. Электрические вентили. Типы и параметры. Структурная схема выпрямителя.
Электрические вентили используют в схемах выпрямления. Пример электрических вентилей: диоды, тиристоры и т.д.
Типы выпрямителей подразделяют по типу сети: однофазные и трехфазные. Параметры:
а) Коэффициент пульсациихарактеризует соотношение между переменным и постоянным значением напряжения. ( )
б) Габаритная мощность: |
|
, где |
|
( |
) |
Выпрямитель преобразует переменное напряжение в постоянное. Структурная схема
Нелинейное устройство преобразует гармоническое напряжение на входе в напряжение содержащее большую постоянную составляющую. Сглаживающий фильтр подавляет переменную составляющую до допустимого значения. Устройство управления регулирует величину выходного напряжения.
10. Работа однофазных выпрямителей на нагрузку емкостного характера. Принцип действия, принципиальные схемы и параметры.
Однофазный выпрямитель (двухполупериодная схема).
После подключения к сети, открывается VD1. Ток протекает по верхней обмотки через диод, заряжая конденсатор и обеспечивая ток нагрузки, сравнивается напряжение на верхней обмотке с напряжением на конденсаторе, если на конденсаторе больше, то VD1 закрывается. Идет разряд конденсатора через нагрузку. После смены полярности напряжения, напряжение на нижней полу обмотке сравнивается с напряжением нагрузки. Если оно больше, VD2 открывается. Далее аналогично.
Однофазный выпрямитель (мостовая схема)
Работа аналогична. VD2 и VD3 открываются в первый полупериод. VD1 и VD4 открываются во второй полупериод.
Параметры:
а) Время разряда: чем больше емкость, тем медленнее разряд.
б) Время заряда: |
( |
) |
, где |
в) Внутреннее сопротивление: скорость изменения внешней характеристики.
Недостатки работы на емкостную нагрузку: большое внутреннее сопротивление, большие пусковые токи (т.к. конденсатор в начале разряжен)
Работает при мощности не более 1 кВт.
11. Работа однофазных выпрямителей на нагрузку индуктивного характера. Принцип действия, принципиальные схемы и параметры.
Однофазный выпрямитель (двухполупериодная схема)
Индуктивность дросселя L стремится к бесконечности (т.е. ток протекает по обмотки дросселя практически без потерь). ЭДС верхней полуобмотки имеет положительное значение, а нижний – отрицательное. Открыт диод VD1, ток идет в нагрузку. Сравнивается напряжение, закрывается VD1. После смены полярности сравнивается напряжение, открывается VD2, далее аналогично.
Однофазный выпрямитель (мостовая схема):
Работа аналогична: VD3 и VD2 открыты в первый полупериод. VD4 иVD1 открыты во второй полупериод. Параметры:
а) Внутреннее сопротивление: скорость изменения внешней характеристики.
б) Коэффициент пульсациихарактеризует соотношение между переменным и постоянным значением напряжения. ( )
в) Габаритная мощность: |
|
, где |
|
Работает при мощностях 100 кВт
12. Работа трехфазных выпрямителей на нагрузку индуктивного характера. Принцип действия, принципиальные схемы и параметры.
Трехфазные однотактные выпрямители (схема Миткевича):
В любой момент открыт диод, у которого на аноде наибольшее напряжение.
Например, в первый момент времени открывается VD1, когда напряжение второй обмотки станет больше, чем на первой, VD1 закроется и откроется
VD2.
Трехфазная мостовая схема (схема Ларионова)
Работа аналогична, но открыты в любой момент времени сразу два диода. В верхней группе диод, у которого на аноде максимальное напряжение, в нижней группе, у которого на катоде минимальное напряжение.
Параметры: |
|
|
а) Частота пульсации: |
для однотактной: |
; |
для мостовой: |
|
|
б) Коэффициент пульсации:
для однотактной: для мостовой:
13. Сглаживающие LCфильтры. Назначение и параметры.
Сглаживающие фильтры относятся к ФНЧ. Фильтр LC является пассивным, т.к. нет активных элементов, используется дроссель и конденсатор.
ЭДС самоиндукции дросселя препятствует изменению тока, протекающего через него, а напряжение на конденсаторе не может измениться мгновенно. Используют во всех мощных выпрямителях. В идеальном случае коэффициент передачи по постоянному току равен 1, а КПД составляет 100%.
Используют так же такие схемы включения для увеличения коэффициента сглаживания пульсации:
Параметры:
а) Коэффициент фильтрацииотношение амплитуды n-ой гармоники на входе к амплитуде этой гармоники на выходе.
|
|
|
где |
( |
) |
|
( |
) |
|||||
|
|
|
||||
б) Коэффициент сглаживания:
14. Понятие критической индуктивности и критического тока. Зависимость критической индуктивности от величины тока нагрузки.
При заданном токе нагрузки, индуктивность дросселя, при которой кривая тока дросселя качается временной оси, называется критической индуктивностью.
Величина тока нагрузки, при которой зависимость тока дросселя от времени качается временной оси, называется критическим током.
Зависимость критической индуктивности от величины тока нагрузки; с увеличением тока нагрузки величины индуктивности уменьшается.
15. Стабилизаторы. Классификация и основные параметры.
Стабилизаторы: тока, напряжения.
Стабилизаторы напряжения: параметрические, компенсационные.
Параметрические: стабильное выходное напряжение обеспечивается нелинейными свойствами одного из элементов. Используют элементы с нелинейной ВАХ. Низкий КПД.
Компенсационные: Системы автоматического регулирования, делятся на линейный и нелинейные(ключевые, импульсные).
Линейные: регулирующий элемент работает как переменное сопротивление, его выполняют в виде транзистора. Работает в НАР.
Нелинейные: Работа транзистора в ключевом режиме. Т.е он находится либо в РО, либо в РН. Основные параметры:
Коэффициент стабилизации – это отношение относительного изменения напряжения на входе к относительному изменению напряжения на нагрузке.
Коэффициент сглаживания пульсации:
Коэффициент пульсации:
,
16. Параметрические стабилизаторы постоянного напряжения и тока. Принципиальные схемы и параметры.
Параметрический стабилизатор напряжения:
(на стабилитроне)
Параметры:
( )
Параметрический стабилизатор тока: на полевом транзисторе, на биполярном транзисторе
17. Линейные компенсационные стабилизаторы напряжения постоянного тока. Принципиальные схемы и параметры.
С последовательно включенным регулирующим элементом:
Компенсация осуществляется за счет изменения падения напряжения на самом РЭ:
С параллельно включенным регулирующим элементом:
Поддержание уровня выходного напряжения осуществляется за счет изменения тока в нем, в результате чего
Меняется падение напряжения на Rг, включенном последовательно с нагрузкой. Параметры:
Коэффициент стабилизации:
Коэффициент сглаживания пульсации:
Коэффициент пульсации:
КПД: ,где Рн - мощность сигнала на выходе, Рс - мощность потребляемая от сети
18. Линейные компенсационные стабилизаторы напряжения постоянного тока. Принципиальные схемы и параметры.
Последовательного типа:
РЭ – VT1, CCR1,Rn,R2,
Источник опорного напряжения – VD1, Rr1, Усилитель – VTy, Ry
Параллельного типа:
РЭ – VT1
Усилитель – VTy, Ry
Параметры:
Коэффициент стабилизации:
Коэффициент сглаживания пульсации:
Коэффициент пульсации:
КПД: ,где Рн - мощность сигнала на выходе, Рс - мощность потребляемая от сети
19. Импульсные компенсационные стабилизаторы напряжения постоянного тока. Классификация и параметры.
Классификация:
1)Понижающего типа(понижают напряжение) 2)Повышающего типа(напряжение на вых больше чем на вх)
3)Полярно-инвертирующего типа( выходное напряжение противоположной полярности входному)
20. Импульсные компенсационные стабилизаторы напряжения понижающего типа.
Принцип действия:
Временные диаграммы:
После прихода управляющего импульса транзистор открыт. Ток от источника протекает через транзистор и дроссель, далее он заряжает конденсатор и обеспечивает ток нагрузки. При открытом транзисторе к диоду приложено U0, поэтому он закрыт. Напряжение на дросселе равно разности входного напряжения и напряжения на нагрузке, величина практически постоянна. Поэтому ток коллектора и дросселя будут линейно нарастать. Энергия запасается в магнитном поле дросселя. После окончания управляющего импульса транзистор закрывается, ток через него резко уменьшается, поэтому полярность на дросселе меняется и открывается диод. Энергия, накопленная в дросселе, отдается в нагрузку, поддерживая ток нагрузки. Ток протекает через диод и дроссель. Напряжение на дросселе равно напряжению нагрузки. На этом этапе ток дросселя и ток диода линейно убывают.
Среднее значение напряжения на дросселе: