Полупроводниковые преобразователи

Загрузка...

головна сторінка Реферати Курсові роботи текст файли додати матеріалПродать работу

пошук рефератів

Лекція на тему Полупроводниковые преобразователи

завантажити
Знайти інші подібні реферати.
подібні якісні роботи

Розмір: 75.91 кб.
Мова: російська
Розмістив (ла): Ренат
20.01.2010
1 2 3    
Эксплуатация полупроводниковых преобразователей и устройств: недостатки полупроводниковых приборов, виды защит.[6] [4]
Для коммутации можно применить прежде всего обычный механический выключатель - только большой. Но во-первых, площадь контактов должна расти с током - что бывает при перегрузке, все мы знаем, искры и запах горелой изоляции запоминаются хорошо. Во-вторых, расстояние, на которое расходятся электроды, должно увеличиваться с ростом напряжения, чтобы зазор между ними не пробился, - молния красива, но после нее от выключателя ничего не останется, а темнота воцарится надолго. Электропрочность воздуха мала, поэтому одна линия развития высоковольтных выключателей - это выключатели, работающие в вакууме либо заполненные маслом или самым тяжелым газом - SF6, "элегазом" (от "электрический"). Другая линия развития - это газоразрядные и электровакуумные приборы: тиратроны и электронные лампы. Наконец, третья и, видимо, самая перспективная - полупроводниковые коммутаторы, или тиристоры. Чтобы разобраться в механизме их работы, надо заново учить физику для 10 класса, причем по хорошему учебнику, поэтому механизм мы описывать не будем. Но дадим "конструктивное" определение и опишем прибор с точки зрения применения - то есть приведем его характеристики.
Тиристор - это полупроводниковый прибор в отличие от транзистора, имеющий не три слоя с разными типами проводимости p-n-p или n-p-n, а четыре - p-n-p-n. От двух крайних слоев сделаны выводы, по которым проходит основной ток, а от одного из промежуточных слоев - вывод управления. Если пропустить по управляющему электроду фиксированный ток и начать увеличивать напряжение между основными электродами, измеряя через них ток, то получится зависимость, изображенная на рис. 2 слева. Если потом начать его уменьшать, получится зависимость, показанная в середине. В целом характеристику тиристора изображают так, как показано справа, при этом длина выступа (напряжение включения Uвкл) зависит от напряжения на управляющем электроде. Иначе говоря, если подать на тиристор большое напряжение, но по управляющему электроду пропускать такой ток, что выступ характеристики будет торчать вправо достаточно далеко, то ток через основные электроды будет протекать маленький. Если потом изменить ток управляющего электрода так, что выступ укоротится, то рабочая точка перескочит на верхнюю ветвь кривой, ток возрастет, тиристор "откроется", то есть включится. К сожалению, если опять увеличить выступ, то тиристор не закроется - надо ждать уменьшения основного напряжения (в сети, как вы знаете, переменное напряжение частотой 50 Гц, то есть напряжение обнуляется 100 раз в секунду), чтобы тиристор перешел в "закрытое" состояние. Таким образом, мы создали "выключатель", который включить можно всегда, а выключить - только в момент прохода основного напряжения через ноль.
Другим недостатком тиристора было ограничение по максимальному напряжению и току - несколько киловольт и несколько килоампер, при том, что мощные выключатели могли работать при сотнях кВ и сотнях кА. Но маленький приборчик, не требующий обслуживания и при правильной эксплуатации несравненно более надежный, нежели прочие, был столь привлекателен, что инженеры предпочитали создавать сложные схемы, включать сотни тиристоров последовательно и сотни таких сборок параллельно, чтобы увеличить рабочие напряжения и тока.
Прошло пять лет с момента изобретения, и в 1960 году были созданы тиристоры, которые можно было не только включать управляющим импульсом, но и выключать - то есть разрывать цепь. После этого тиристоры стали основным коммутационным элементом большой энергетики.
По сравнению с электронными лампами у полупроводниковых приборов имеются существенные достоинства:
1. Малый вес и малые размеры.
2. Отсутствие затраты энергии на накал.
3. Большой срок службы (до десятков тысяч часов).
4. Большая механическая прочность (стойкость к тряске, ударам и другим видам механических перегрузок).
5. Различные устройства (выпрямители, усилители, генераторы) с полупроводниковыми приборами имеют высокий КПД, так как потери энергии в самих приборах незначительны.
6. Маломощные устройства с транзисторами могут работать при очень низких питающих напряжениях.
Вместе с тем полупроводниковые приборы в настоящее время обладают следующими недостатками:
1. Параметры и характеристики отдельных экземпляров приборов данного типа имеют значительный разброс.
2. Свойства приборов сильно зависят от температуры.
3. Работа полупроводниковых приборов резко ухудшается под действием радиоактивного излучения и т.д.
Транзисторы могут работать почти во всех устройствах, в которых применяются вакуумные лампы. В настоящее время транзисторы успешно применяются в усилителях, приёмниках, передатчиках, генераторах, измерительных приборах, импульсных схемах и во многих других устройствах

Статические преобразователи эл. энергии: трансформаторы. Назначение, классификация, виды, конструкция.

Трансформаторы

Конструкция трансформатора

Трансформатор представляет собой электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования величин токов и напряжений без изменения частоты.
Трансформатор состоит из замкнутого ферромагнитного сердечника, на котором размещены две или большее число обмоток. Обмотка, подключенная к источнику энергии, называется первичной. Обмотки, подключенные к сопротивлениям нагрузки, называются вторичными.
Сердечник (магнитопровод) трансформатора изготавливают из листовой электротехнической стали, имеющей малые потери на перемагничивание и на вихревые токи. Отдельные листы стали изолируют слоем лака, после чего стягивают болтами. Такое устройство применяется для уменьшения вихревых токов, индуктируемых в стали переменным потоком.
По конструкции сердечника различают два типа трансформатора: броневые и стержневые. На рис. 10.1 изображен броневой трансформатор, или трансформатор с Ш-образным сердечником, а на рис. 10.2 - стержневой трансформатор с П-образным сердечником.

Рис. 10.1 Рис. 10.2

Работа трансформатора в режиме холостого хода

Под холостым ходом трансформатора понимается режим его работы при разомкнутой вторичной обмотке.
Первичная обмотка трансформатора подключена к источнику переменного напряжения. Ток i первичной обмотки создает переменное магнитное поле, намагничивающее сердечник трансформатора.
Магнитный поток в трансформаторе разделим на две части: основной магнитный поток Ф, замыкающийся в сердечнике, и поток рассеяния Ф1S, замыкающийся частично по воздуху.
На рис. 10.3 изображен трансформатор, работающий в режиме холостого хода.

Рис. 10.3
W1 - число витков первичной обмотки;
W2- число витков вторичной обмотки;
R1 - активное сопротивление первичной обмотки.
Определим ЭДС, индуктированную в первичной обмотке трансформатора основным магнитным потоком.
.
Основной магнитный поток изменяется по синусоидальному закону
,
где Фm - максимальное или амплитудное значение основного магнит-ного потока;
ω = 2πf - угловая частота;
f - частота переменного напряжения.
Мгновенное значение ЭДС
.
Максимальное значение
.

Действующее значение ЭДС в первичной обмотке
.
Для вторичной обмотки можно получить аналогичную формулу
.
Электродвижущие силы E1 и E2, индуктированные в обмотках трансформатора основным магнитным потоком, называются трансформаторными ЭДС. Трансформаторные ЭДС отстают по фазе от основного магнитного потока на 90°.
Магнитный поток рассеяния индуктирует в первичной обмотке ЭДС рассеяния
,
где L1s - индуктивность рассеяния в первичной обмотке.
Запишем уравнение по второму закону Кирхгофа для первичной обмотки
,
откуда
. (10.1)
Напряжение на первичной катушке имеет три слагаемых: падение напряжения, напряжение, уравновешивающее трансформаторную ЭДС, напряжение, уравновешивающее ЭДС рассеяния.
Запишем уравнение (10.1) в комплексной форме
. (10.2)
где  индуктивное сопротивление рассеяния первичной обмотки.
На рис. 10.4 изображена векторная диаграмма трансформатора, работающего в режиме холостого хода.
Векторы трансформаторных ЭДС и отстают на 90° от вектора основного магнитного потока . Вектор напряжения параллелен вектору тока , а вектор опережает вектор тока на 90°. Вектор напряжения на зажимах первичной обмотки трансформатора равен геометрической сумме векторов - , , Рис. 10.4 .

Рис. 10.5
На рис. 10.5 изображена схема замещения трансформатора, соответствующая уравнению (10.2).
XЭ - индуктивное сопротивление, пропорциональное реактивной мощности, затрачиваемой на создание основного магнитного потока.
В режиме холостого хода  .
Коэффициент трансформации .
Коэффициент трансформации экспериментально определяется из опыта холостого хода.

Работа трансформатора под нагрузкой

Если к первичной обмотке трансформатора подключить напряжение U1, а вторичную обмотку соединить с нагрузкой, в обмотках появятся токи I1 и I2. Эти токи создадут магнитные потоки Ф1 и Ф2, направленные навстречу друг другу. Суммарный магнитный поток в магнитопроводе уменьшается. Вследствие этого индуктированные суммарным потоком ЭДС E1 и E2 уменьшаются. Действующее значение напряжения U1 остается неизменным. Уменьшение E1, согласно (10.2), вызывает увеличение тока токи I1. При увеличении тока I1 поток Ф1 увеличивается ровно настолько, чтобы скомпенсировать размагничивающее действие потока Ф2. Вновь восстанавливается равновесие при практически прежнем значении суммарного потока.
В нагруженном трансформаторе, кроме основного магнитного потока, имеются потоки рассеяния Ф1S и Ф2S, замыкающиеся частично по воздуху. Эти потоки индуктируют в первичной и вторичной обмотках ЭДС рассеяния.
, ,
где X2S - индуктивное сопротивление рассеяния вторичной обмотки.
Для первичной обмотки можно записать уравнение
. (10.3)
Для вторичной обмотки
, (10.4)
где R2 - активное сопротивление вторичной обмотки;
ZН - сопротивление нагрузки.
Основной магнитный поток трансформатора есть результат совместного действия магнитодвижущих сил первичной и вторичной обмоток.
.
Трансформаторная ЭДС E1, пропорциональная основному магнитному потоку, приблизительно равна напряжению на первичной катушке U1. Действующее значение напряжения постоянно. Поэтому основной магнитный поток трансформатора остается неизменным при изменении сопротивления нагрузки от нуля до бесконечности.
Если , то и сумма магнитодвижущих сил трансформатора
. (10.5)
Уравнение (10.5) называется уравнением равновесия магнитодвижущих сил.
Уравнения (10.3), (10.4), (10.5) называются основными уравнениями трансформатора.
Из уравнения (10.5) получим формулу
. (10.6)
Согласно формуле (10.6), ток в первичной обмотке складывается из тока холостого хода, или намагничивающего тока, и тока, компенсирующего размагничивающее действие вторичной обмотки.
Умножим левую и правую части уравнения (10.4) на коэффициент трансформации KT
. (10.7)
где приведенное активное сопротивление вторичной обмотки;
 приведенное индуктивное сопротивление вторичной обмотки;
 приведенное напряжение на нагрузке;
 приведенное сопротивление нагрузки.
Величиной намагничивающего тока можно пренебречь, так как она мала по сравнению с током первичной обмотки трансформатора в нагрузочном режиме , тогда .
Подставим уравнение (10.7) в уравнение (10.3).
Получим
. (10.8)
Уравнению (10.8) соответствует упрощенная схема замещения трансформатора, изображенная на рис. 10.6.


Рис. 10.6
 активное сопротивление короткого замыкания трансформатора,
индуктивное сопротивление короткого замыкания.
Параметры упрощенной схемы замещения определяются из опыта короткого замыкания. Для этого собирается схема рис. 10.7.

Рис. 10.7
Зажимы вторичной обмотки замыкаются накоротко. Измеряют напряжение, ток и мощность: U1k, I1k, Pk. Опыт короткого замыкания осуществляется при пониженном напряжении на первичной обмотке.
 Затем вычисляют
.

где ZK - полное сопротивление короткого замыкания.

Рис. 10.8
На рис. 10.8 изображена векторная диаграмма трансформатора, соответствующая упрощенной схеме замещения. Нагрузкой трансформатора является активное сопротивление RH.
Вектор тока совмещен с вещественной осью комплексной плоскости.
Вектор напряжения на сопротивлении нагрузки совпадает с вектором тока по направлению. Вектор напряжения на индуктивном сопротивлении перпендикулярен, а вектор напряжения параллелен вектору тока. Вектор напряжения на входе трансформатора равен сумме трех векторов напряжения.
Упрощенная схема используется для расчета цепей, содержащих трансформаторы.

Специальные типы трансформаторов

Наиболее часто в электротехнических установках используются следующие специальные типы трансформаторов: автотрансформаторы, многообмоточные и трехфазные трансформаторы.
Автотрансформатором называется такой трансформатор, у которого имеется только одна обмотка, часть которой принадлежит одновременно вторичной и первичной цепям. Схема однофазного трансформатора изображена на рис. 10.9.


Рис. 10.9
Режим холостого хода автотрансформатора, когда I2 = 0, ничем не отличается от режима холостого хода обычного трансформатора.
Подводимое к трансформатору напряжение U1 = UAB равномерно распределяется между витками первичной обмотки.
Вторичное напряжение

где  коэффициент трансформации.
Автотрансформаторы выгодно использовать в тех случаях, когда коэффициент трансформации близок к единице.
Многообмоточные (одна первичная и несколько вторичных) трансформаторы используются в радиотехнических схемах для получения нескольких напряжений.
В режиме холостого хода работа таких трансформаторов не отличается от двухобмоточных.
В трехфазной сети переменного тока преобразование напряжений осуществляется с помощью трехфазного трансформатора с общим для трех фаз сердечником. В трехфазном трансформаторе с общим магнитопроводом магнитный поток любой из фаз может замыкаться через стержни, на которых расположены обмотки двух других фаз. Затраты стали на трехфазный трансформатор значительно меньше, чем на три однофазных трансформатора.
Статические преобразователи эл. энергии: трансформаторы. Назначение, классификация, виды, конструкция
Трансформатор
Схема простейшего электрического трансформатора: 1 и 2 — первичная и вторичная обмотки соответственно с числом витков w1 и w2; 3 — сердечник; Ф0 — основной магнитный поток; Ф1 и Ф2 — потоки рассеяния; I1 и I2 — токи в первичной и вторичной обмотках; U1 — напряжение на первичной обмотке; Rн — сопротивление нагрузки.
Статическое (не имеющее подвижных частей) устройство для преобразования переменного напряжения по величине. В основе действия трансформатора лежит явление электромагнитной индукции. Трансформатор состоит из одной первичной обмотки (ПО), одной или нескольких вторичных обмоток (ВО) и ферромагнитного сердечника (магнитопровода), обычно замкнутой формы. Все обмотки расположены на магнитопроводе и индуктивно связаны между собой. Иногда вторичной обмоткой служит часть ПО (или наоборот); такие трансформаторы называются автотрансформаторами. Концы ПО (вход трансформатора) подключают к источнику переменного напряжения, а концы ВО (его выход) - к потребителям. Переменный ток в ПО приводит к появлению в магнитопроводе переменного магнитного потока. В реальных трансформаторах часть магнитного потока замыкается вне магнитопровода, образуя так называемые потоки рассеяния; однако в высококачественные трансформаторы потоки рассеяния малы по сравнению с основным потоком (потоком в магнитопроводе).
Основной поток Ф0 создаёт в ПО и ВО эдс e1 и e2: e1= - w10/dt и e1= - w10/dt, где w1 и w2 - числа витков в соответствующих обмотках. Отношение e1/e2 = w1/w2 = k называют коэффициентом трансформации. Напряжения, токи и эдс в обмотках (без учёта эдс, наводимых потоками рассеяния) связаны соотношениями:
u1 + e1 = ir1 и u2 + i2r2 = e2,
где r1 и r2, u1 и u2, i1 и i2 - активные сопротивления обмоток, напряжения и токи в них. Если напряжение u1, приложенное к ПО, синусоидальное, то магнитный поток Ф0 и эдс e1 и e2 будут также синусоидальными, поэтому при анализе работы Т. э. удобно рассматривать действующие значения эдс E1 и E2, напряжений U1 и U2 и токов I1 и I2. В случае режима холостого хода (ВО разомкнута), пренебрегая активным сопротивлением в ПО и учитывая, что I2 = 0, имеем U1 + E1 = 0 и U2= E2, то есть (без учёта знака).
Основной магнитный поток в режиме холостого хода создаётся относительно малым намагничивающим током (током холостого хода I0) в ПО. Если трансформатор нагружен (ВО подключена к нагрузке и по ней протекает ток), магнитодвижущая сила ВО (произведение I2w2) компенсируется соответствующим увеличением магнитодвижущей силы ПО (I1w1-I0w1) и величина основного магнитного потока остаётся практически такой же, как и в режиме холостого хода (то есть сохраняется условие U1 + E1 = 0). Отсюда, пренебрегая током холостого хода, имеем: I1w1 = I2w2.
    продолжение
1 2 3    

Добавить лекцію в свой блог или сайт
Удобная ссылка:

Завантажити лекцію безкоштовно
подобрать список литературы


Полупроводниковые преобразователи


Постійний url цієї сторінки:
Лекція Полупроводниковые преобразователи


Разместите кнопку на своём сайте:
Рефераты
вгору сторінки


© coolreferat.com | написать письмо | правообладателям | читателям
При копировании материалов укажите ссылку.