Полупроводниковые диоды Электронные усилители и генераторы Источники питания электронных устройств Работа электрической машины постоянного тока в режиме генератора

Курс лекций и примеры решения задач по электротехнике.

Источники питания электронных устройств

Общие сведения

Применение различного рода электронных устройств для управления производственными процессами подразумевает использование электрической энергии определенного вида для их питания (постоянный, переменный ток).


Практически все источники питания выполняют три основные функции: преобразование электрической энергии, стабилизацию и регулирование. Структурная схема источника питания представлена на рис. 17.1.

Рис. 17.1

В связи с этим источники питания электронных устройств классифицируются по виду преобразования энергии первичного источника – источники постоянного тока (инверторы) и источники переменного тока (выпрямители). Источники питания, преобразующие энергию переменного тока в энергию постоянного тока, в свою очередь делятся на выпрямители однофазного и трехфазного тока, регулируемые и нерегулируемые.

Полупроводниковые элементы, особенно интегральные микросхемы, используемые в современных электронных устройствах, предъявляют жесткие требования к качеству потребляемой энергии. Так, выходное напряжение (ток) должно быть стабильным, иметь требуемую форму (например, строго синусоидальную для инверторов), минимальный уровень пульсации постоянного тока (выпрямители).

Стабилизаторы Электронные устройства предъявляют достаточно жесткие требования к качеству электроэнергии, потребляемой от источников питания. Колебания напряжения и частоты промышленной сети переменного тока, изменение нагрузки в широких пределах, влияние температуры окружающей среды и т.д. диктуют необходимость различных стабилизирующих устройств в схемах источников питания.

Основные понятия и определения в метрологии Все отрасли человеческой деятельности не могут существовать и развиваться без развернутой системы измерений, которые определяют не только уровень контроля и управления технологическими процессами, но и качество производимой продукции. Получение и переработка сельскохозяйственной продукции сопровождается биологическим, агрохимическим и технологическим контролем производства на всех этапах. Большая роль принадлежит измерениям при создании новых сельскохозяйственных машин, производстве с применением современных технологий и особенно при автоматизированном производстве.

Общие свойства электрических средств измерений Все эксплуатационные свойства измерительных приборов определяются их метрологическими характеристиками, которые указывают в документации прибора. Метрологические характеристики нормируются стандартами. Основные из них: погрешности, диапазон измерений и др.

Измерение тока и напряжения Измерение и контроль тока и напряжения в условиях агропромышленного производства – наиболее распространенный вид измерений электрических величин. В зависимости от рода, частоты и формы кривой тока применяют те или иные методы и средства измерений и контроля тока и напряжения. Ток и напряжение непосредственно измеряют электромеханическими и цифровыми амперметрами и вольтметрами со стрелочными или цифровыми отсчетными устройствами. Применение метода сравнения с мерой позволяет измерять величины с меньшими погрешностями, чем непосредственно.

 Электромеханический измерительный прибор прямого действия представляет собой прибор, в котором положение подвижной части зависит от значения измеряемой величины. В таком приборе происходит одно или несколько преобразований сигнала измерительной информации от входа к выходу без применения обратной связи. Независимо от назначения и принципа действия такие приборы состоят из измерительной цепи, измерительного механизма и отсчетного устройства

Электромагнитные приборы. Действие электромагнитных приборов основано на взаимодействии магнитного поля неподвижной катушки, создаваемого измеряемым током, с одним или несколькими подвижными ферромагнитными магнитопроводами.

Приборы сравнения. Измерительный прибор сравнения – это прибор, предназначенный для получения измерительной информации в результате непосредственного сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой известно. Приборами сравнения можно выполнять измерения двумя способами – по показанию прибора при полном уравновешивании (компенсации) воздействия измеряемой величины ее мерой и по воздействию на прибор разности измеряемой величины и меры. 

Выпрямители

Однофазные выпрямители

Выпрямителем называется электронное устройство, преобразующее энергию переменного тока (обычно синусоидального) в энергию постоянного тока.

Основным элементом выпрямителя является полупроводниковый диод – вентиль.

Для преобразования однофазного переменного напряжения в источниках в основном используют три схемы: однополупериодную, двухполупериодную мостовая и двухполупериодную со средней точкой трансформатора. Схема однополупериодного выпрямителя и временные диаграммы приведены на рис. 17.2.

Выпрямитель состоит из трансформатора ТV, первичная обмотка которого включена в сеть переменного тока, а последовательно со вторичной включен диод VD и сопротивление нагрузки. Трансформатор служит для получения необходимого уровня переменного напряжения и гальванической развязки цепей переменного и выпрямленного тока.


Рис. 17.2

Рассмотрим работу выпрямителя по временной диаграмме (рис. 17.2 б). При этом для простоты анализа будем считать активное сопротивление обмоток трансформатора и прямое сопротивление диода равными нулю. В первый полупериод (0 – ) напряжение  положительно, диод открыт, в сопротивлении нагрузки возникает ток . Во время  напряжение  отрицательно – диод закрыт. Ток нагрузки равен нулю и все напряжение  приложено ко второму диоду.

Достоинством такой схемы является ее простота. Недостатками – высокий коэффициент пульсации выпрямленного напряжения и наличие постоянной составляющей тока во вторичной обмотке трансформатора. Эти недостатки могут быть значительно уменьшены при использовании двухполупериодных схем выпрямления.


Двухполупериодный (мостовой) выпрямитель (рис. 17.3 а) состоит из трансформатора ТV и четырех диодов VD1 – VD4, включенных по мостовой

Рис. 17.3

схеме. К одной диагонали моста подключена обмотка трансформатора, к другой – нагрузочное сопротивление . Каждая пара диодов работает поочередно. В первый полупериод напряжения U2 открыты диоды VD1 и VD3, а VD2 и VD4 закрыты. Ток нагрузки протекает через диоды VD1, VD3 и сопротивление  в направлении от точки 1 к точке 2. В следующий полупериод напряжение  отрицательно, диоды VD1, VD3 заперты, а диоды VD2, VD4 открыты. Ток нагрузки протекает через диоды VD2, VD4 и сопротивление   в направлении от точки 1 к точке 2. Временные диаграммы показаны на рис. 17.3 б.


а) б)

Рис. 17.4

В этой схеме среднее значение выпрямленных напряжения и тока, примерно, в два раза больше, а пульсации значительно меньше по сравнению с однополупериодным выпрямителем. В то же время количество диодов увеличилось в четыре раза.

Двухполупериодный выпрямитель с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора (рис. 17.4 а) можно рассматривать как объединенные вместе два однополупериодных выпрямителя. В каждый полупериод напряжения  работает или верхняя, или нижняя часть схемы. При положительном напряжении  диод VD1 открыт, диод VD2 закрыт. Ток нагрузки протекает через диод VD1 и  от точки 1 к точке 2. В следующий полупериод положительно направление . Диод VD1 закрыт, VD2 – открыт. Ток нагрузки протекает через диод VD2 и  также от точки 1 к точке 2 (рис. 17.4 б).

Эта схема имеет те же преимущества перед однополупериодным выпрямителем, что и мостовая схема. Количество диодов в два раза меньше, чем у мостового выпрямителя, но применение трансформатора увеличивает ее массу и габариты.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Последовательное, параллельное, смешанное соединение резисторов.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Потеря напряжения в проводах.

Вопросы для самопроверки

Что называется электрическим током? Какое он имеет направление во внешней и внутренней цепях?

Какие вам известны источники и приемники электрической энергии?

Напишите закон Ома для участка цепи и всей цепи.

Что такое электрическое сопротивление? В каких единицах оно измеряется?

Как определяется мощность и работа электрического тока?
Определите расход электрической энергии двигателем мощ­ностью 20 кВт за 5 ч. работы.

Напишите формулу, выражающую закон Ленца-Джоуля. Где он находит практическое применение?

Какие существуют методы расчета сложных электрических цепей? В чем сущность метода контурных токов?

Поясните назначение плавких предохранителей.


На главный сайта: Курс Электротехники