Тема 2. Электромагнитные устройства электропитания

Трансформаторы. Назначение (роль и место в устройствах электропитания). Закон электромагнитной индукции и полного тока. Принцип действия и устройство. Классификация. Материалы магнитопроводов и обмоток. Режимы работы: холостой ход, короткое замыкание, под нагрузкой. КПД. Внешние характеристики. Трехфазные трансформаторы: классификация, линейное и фазное напряжение и ток, мощность, схемы соединения обмоток. Специальные типы трансформаторов и особенности их функционирования. Основы расчета характеристик трансформаторов для их выбора и при проектировании.

Электрические реакторы (дроссели). Их классификация, назначение и применение в устройствах электропитания.

Методические указания

Трансформаторы предназначены для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины, а также для преобразования числа фаз, частоты и формы кривой напряжения.

При изучении принципа действия трансформатора следует обратить внимание на режим холостого хода и рабочий режим. Следует усвоить основные параметры трансформатора, а также зависимость потерь и КПД от тока нагрузки.

Необходимо запомнить классификацию специальных трансформаторов: многообмоточные, многофазные, автотрансформаторы. Следует понять, почему габариты и вес автотрансформатора меньше габаритов и веса трансформатора той же мощности, в чем заключаются преимущества автотрансформаторов по сравнению с трансформаторами.

Конструктивные расчеты маломощного трансформатора приведены в [4,6]. Там же изложены особенности расчета трансформаторов преобразователей.

Литература: [I. С.23-57; 3. С.6-28].

Вопросы для самопроверки

1. В чем отличие дросселя переменного тока от сглаживающего дросселя?

2. С какой целью в магнитопроводе сглаживающего дросселя делаются немагнитные зазоры?

3. Как определяется коэффициент трансформации трансформатора?

4. Приведите уравнение равновесия магнитодвижущих сил трансформатора.

5. Какие параметры трансформатора определяются в режиме холостого хода?

6. Как влияет частота сети на габаритные размеры и вес трансформатора?

7. Как зависят параметра и КПД трансформатора от тока нагрузки?

8. Каков диапазон значений коэффициентов трансформации автотрансформаторов?

9. Магнитопроводы каких форм используются в трансформаторах, дросселях и магнитных усилителях?

Тема 3. Выпрямительные устройства (ву)

Назначение (роль и место в источниках электропитания). Структурная схема ВУ. Классификация, характеристики. Возможные режимы работы выпрямительных устройств в зависимости от вида нагрузки.

Работа однотактного и двухтактного неуправляемых выпрямителей на активную, активно-индуктивную, активно-емкостную нагрузки и на противо-ЭДС. Особенности функционирования ВУ при учете влияния внутренних активных и индуктивных сопротивлений.

Схемы выпрямления при питании от однофазной и трехфазной сетей переменного тока. Сравнительная оценка схем. Область применения.

Управляемые выпрямители: назначение, особенности функциональной схемы, работа на индуктивную нагрузку. Однофазные и многофазные схемы выпрямления. Принципы управления вентилями.

Основы расчета характеристик выпрямительных устройств.

Методические указания

Выпрямитель является статическим преобразователем переменного напряжения в постоянное и звеном источника вторичного электропитания. Выпрямление переменного тока осуществляется с помощью вентилей. После ознакомления с классификацией выпрямителей и основными требованиями, предъявляемыми к ним, изучают простейшую однополупериодную схему выпрямления, затем двухполупериодную схему с нулевым выводом и мостовую, их работу на активную нагрузку. Следует построить временные диаграммы напряжений и токов, а также получить расчетные данные для выбора вентилей и трансформатора. Далее изучают трехфазные схемы выпрямления.

В реальных условиях выпрямители редко работают на активную нагрузку, а вентили не являются идеальными. Наличие индуктивных и емкостных элементов в фильтре выпрямителя оказывает существенное влияние на процесс выпрямления. Необходимо выяснить, как изменяются расчетные соотношения, если выпрямитель работает на нагрузку с индуктивной и емкостной реакцией.

Для питания высоковольтных цепей используют схемы удвоения и умножения напряжения.

Материал этого раздела изложен достаточно полно во всех учебниках. Примеры расчета выпрямителей приведены в [2,4].

Управление выпрямленным напряжением может осуществляться различными способами, как на выходе, так и на входе выпрямителя.

Наиболее экономичным является управляемое выпрямление, когда используются управляемые вентили − тиристоры.

Сначала следует ознакомиться со структурной схемой управляемого выпрямителя, с требованиями, предъявляемыми к управляющим импульсам и принципами построения схем управления. Затем изучают работу однофазной двухполупериодной схемы выпрямления на активную и активно-индуктивную нагрузки. Емкостные фильтры в управляемых выпрямителях не применяются, так как невозможно мгновенно изменять напряжение на конденсаторе. Кроме того, при емкостной нагрузке на тиристор действуют броски тока, обусловленные разрядом конденсатора.

Необходимо обратить внимание на тот факт, что введение управления ведет к значительному увеличению потребления реактивной мощности, причем при глубоком регулировании напряжения коэффициент мощности может снизиться до 0,5. Это является существенным недостатком управляемого выпрямителя. Управляемые выпрямители следует изучать по [I, 3, 5].

Литература: [I, С.87-129; 2, С.79-121; 3, С.65-108; 5, С.30-34, 3-17].

Вопросы для самопроверки

1. По каким признакам классифицируются различные выпрямительные схемы?

2. По каким параметрам производится сравнительная оценка схем выпрямления?

3. Чему равна постоянная составляющая в известных вам схемах выпрямления?

4. Что называется коэффициентом пульсации? В какой из рассмотренных схем величина коэффициента пульсации наименьшая?

5. Покажите токопрохождение в двухполупериодных однофазных схемах и трехфазных при их работе.

6. Что называется углом отсечки тока диода? При каких видах нагрузки наблюдается режим отсечки?

7. Как изменятся пульсации на выходе выпрямителя, работающего на нагрузку с емкостной реакцией, при увеличении емкости?

8. Сравните длительность протекания тока через вентиль и амплитудное значение этого тока в однополупериодной схеме выпрямления , работающей на активную, активно-емкостную и активно-индуктивную нагрузку. В каком случае длительность протекания наибольшая?

9.В каком случае амплитуда тока наибольшая? Как изменятся основные параметры в однофазной мостовой схеме выпрямления, если вместо активной нагрузки подключить активно-емкостную?

10. Изобразите внешние характеристики выпрямителей с нагрузкой различного характера.

11. Какими способами осуществляется регулирование на стороне переменного тока?

12. Какими способами осуществляется регулирование на стороне постоянного тока?

13. Приведите регулировочные характеристики управляемого выпрямителя с активной и активно-индуктивной нагрузкой.

14. В чем причина повышенного потребления реактивной мощности управляемым выпрямителем?

15. Какие меры применяются для повышения коэффициента мощности управляемого выпрямителя?

16. Какие требования предъявляются к управляющим импульсам, поступающим со схемы управления?