Селище и графична работа №6
ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА ЕДНОФАЗЕН ИЗПРАВИТЕЛ, РАБОТЕЩ ЗА АКТИВЕН ТОВАРИ С ИДЕАЛЕН ДИОД И ИДЕАЛЕН ТРАНСФОРМАТОР
Справочни данни и насоки за прилагане на GGR - 6
Токоизправителите са устройства, които преобразуват AC в DC. Те се използват широко в различни електронни устройства, тъй като повечето от блоковете на тези устройства изискват постоянен ток. В общия случай блоковата схема на токоизправителното устройство съдържа силов трансформатор - Т, токоизправител, който се състои от един или повече свързани по определена схема диоди (вентили) - V, изглаждащ филтър - F и стабилизатор на изправено напрежение - St. Към изхода на изправителното устройство могат да се свържат различни приемници, които за удобство се наричат товарен резистор P - RN. Блоковата схема на еднофазен токоизправител е дадена на фиг. 31.
Трансформаторът служи за промяна на големината на синусоидалното мрежово напрежение (C) до необходимото ниво, което след това се коригира от токоизправителя (B). Изглаждащият филтър (F) намалява пулсациите на напрежението на токоизправителя. Стабилизаторът (St) поддържа напрежението в приемника (P) непроменено при промяна на мрежовото напрежение. Отделни възли на токоизправителното устройство може да отсъстват в зависимост от условията на неговата работа.
За да опростим изчисленията, ще приемем, че приемникът е резистивна двуполюсна мрежа с товарно съпротивление, а диодите са идеални ключове, тоест реализират късо съединение за тока в права посока и неговото прекъсване за тока в обратна посока.
Диодите - токоизправителните вентили се подбират така, че среднитеIa и максималнитеImax стойности на тока през вентила, както и обратното напрежение върху негоUvmax не превишаватразрешена стойност.
Схемите за изправяне, както и връзката между токовете и напреженията са дадени в таблица 6.а.
| Схема | |||
| m | |||
| Ud/U2 | 0,45 | 0,9 | 0,9 |
| I2/Id | 1.57 | 0,785 | 1.11 |
| Uvmax/Ud | 3.14 | 3.14 | 1.57 |
| Ia/Id | 0,5 | 0,5 | |
| Iamax/Id | 3.14 | 1.57 | 1.57 |
| I1/Id | 1.57/Kt | 0,785/ct | 1.11/ct |
| St/Pd | 3.09 | 1.48 | 1.23 |
m– брой фази на преобразувателя;
I2,U2 – токова и фазова ЕМП на вторичната намотка на трансформатора;
I1 – ток, консумиран от първичната намотка на трансформатора от мрежата.
Съотношенията, дадени в таблица 6а, се използват при опростено изчисление на токоизправители с идеални вентили и идеален трансформатор, когато работят при резистивен товар.
В случаите, когато изчисленото обратно напрежение на токоизправителя надвишаваUvmax на един вентил, се използва последователно свързване на вентили (фиг. 32).
 |  |
| Ориз. 32 | Ориз. 33 |
В този случай всеки от вентилите трябва да бъде шунтиран със съпротивление R, с порядък по-малък от обратното съпротивление (стотици килоома), за да може обратното напрежение да се разпредели равномерно между вентилите.
За преминаване на големи постоянни токове вентилите се свързват паралелно (фиг. 33). В този случай, за равномерно разпределение на предния ток, е необходимо да се включи малко (фракции от ома) съпротивление R. След това приблизително определетеосновните конструктивни параметри на трансформатора (с изключение на загубите в него). Проектните параметри на трансформатора включватI2,U2,I1,U1,St. Връзката между тези стойности и изправения токIdи напрежениетоUdса дадени в табл. 6а.
Линейна или времева диаграма е графика на промените в напреженията и токовете в различни части на една верига във времето. Диаграмите са изградени върху една времева скала, разположена върху абсцисата, една под друга, така че във всеки вертикален участък на графиката стойностите на всички количества съответстват на един и същ момент във времето. Токовете и напреженията се нанасят върху оста y в произволен мащаб. Графиките трябва да се изграждат за поне период и половина. За мрежова честотаf= 50 Hz периодT= 1/f= 0,02 s.
На електрическата схема трябва да посочите: захранващ трансформатор, набор от диоди - вентили с шунт или допълнителни съпротивления (ако има такива), товар под формата на активно съпротивление.
Задание за изпълнение на RGR-6
Първоначалните данни са избрани от таблица 6b и таблица 6c.
1. Начертайте принципна схема на токоизправителя.
2. Изберете клапани.
3. Определете конструктивните параметри на трансформатора.
4. Изградете линейни времеви диаграми:
- за първичната и вторичната намотка на трансформатора;
- за веригата на натоварване.
| Избрана е опцията (според последната цифра на студентската карта) | |||
| Схема за коригиране | Еднофазен еднополупериоден | Еднофазен пълновълнов (мост) | Монофазен със среден изход |
| опция | Задайте стойност | ||
| (по списък в дневника | Мрежово напрежение | Средна стойност на изправено напрежение | Ток на натоварване |
| групи) | U1, V | Ud, V | Id, A |
| 0,1 | |||
| 0,3 | |||
| 0,5 | |||
| 0,4 | |||
| 0,5 | |||
| 0,6 |
Пример
Изчислете еднофазен пълновълнов токоизправител, работещ на резистивен товар с идеален трансформатор и идеални вентили.
Входни данни: Еднофазна токоизправителна верига с изход в средна точка.
Мрежово напрежение (rms)U1 = 110 V.
Средна стойност на изправеното напрежениеUd= 12 V; ток на натоварванеId= 8 A.
Принципната схема на токоизправителя е показана на фиг. 34.
1. Избор на клапани. Максималната стойност на обратното напрежение според веригатаUvmax = 3.14Ud= 3.14×12 = 37.7 V.
Средна стойност на тока през вентила:Ia = 0.5Id= 0.5×8 = 4 A.
Максимален ток през вентила:
Въз основа на изчислените данни от приложението, избираме силициеви диодни вентили D 304 със следните параметри:U¢vmax =100 V;I¢max = 5 A;I¢amax =12,5 A.
2. Проектни параметри на трансформатора:
- Фазова ЕМП на вторичната намотка на трансформатора:
- Ток във вторичната намотка на трансформатора:
- Коефициент на трансформация:
- Ток в първичната намотка на трансформатора:
- Построяване на линейни диаграми. Честотно съотношениеm=fn/fc = 2 (пълна вълна).
Фиг.35. Линейни диаграми: а) първична намотка на трансформатора;
б) вторичната намотка на трансформатора; в) товарни вериги
Контролни въпроси за защита на РГР-1
1. Каквонаречен клон на електрическа верига?
2. Какво се нарича възел на електрическата верига?
3. Какво се нарича електрическа схема на електрическа верига?
4. Каква връзка на елементи се нарича последователна?
5. Каква връзка на елементи се нарича паралелна?
6. Как е формулиран 1-ви закон на Кирхоф?
7. Как е формулиран 2-ри закон на Кирхоф?
8. Коя е най-простата и най-сложната електрическа верига?
9. В какви случаи е препоръчително да се прилага методът на трансформация на схемата (конволюция)?
10. Формулирайте правило за определяне на еквивалентното съпротивление на две съпротивления, свързани паралелно.
11. Как се формулира правилото за определяне на съпротивлението на лъч "звезда", еквивалентен на оригиналния "триъгълник"?
12. Как се формулира правилото за определяне на съпротивлението на страната на "триъгълника", еквивалентна на оригиналната "звезда"?
Контролни въпроси за защита на РГР-2
1. В какви случаи е препоръчително да се прилага методът на контурните токове и възловите потенциали?
2. Въз основа на какви закони на електротехниката се извеждат двата метода?
3. Какво е присъщо съпротивление и проводимост? Какви знаци се използват в уравненията?
4. Какво е общото съпротивление и проводимост? Какви знаци се използват в уравненията?
5. Какво е контурна ЕМП?
6. Какво представляват разклонителните токове и как се определят?
7. Как да превключите от контурни токове към разклонителни токове?
8. Как да преминем от възлови потенциали към разклонени токове? Каква е особеността в този случай, ако в клона има източник на ЕМП?
9. Какво е баланс на мощността? За какво се изчислява? Какво физическо явление отразява?
Контролни въпроси за защита на РГР-3, 4, 5
1. Какви параметрихарактеризиращ се със синусоидална стойност?
2. Каква е средната ефективна стойност на синусоидална стойност? Как се определят за синусоидална величина?
3. Защо в уравненията по законите на Кирхоф за ефективните стойности не се използва алгебрично, а геометрично сумиране?
4. Във вериги, където има R, L и C, може ли да няма фазово изместване между входното напрежение и тока? Обяснете с векторна диаграма.
5. Как се променя естеството на веригата (индуктивна или капацитивна) в зависимост от съотношението на съпротивленията?
6. Какво представляват триъгълниците на напрежение и съпротивление, как се изграждат?
7. Защо напреженията и токовете се променят при промяна на честотата?
8. Какво е резонансното състояние в последователна електрическа верига? Паралелно?
9. Какво представлява комплексната амплитуда и комплексът на ефективната стойност? Каква е единицата за комплексен ток или напрежение?
10. Как да преминем от моментната стойност на синусоидална величина, записана в тригонометрична форма, към комплексна и обратно?
11. Кога се използва алгебричната и кога експоненциалната форма за записване на комплексни токове, напрежения, съпротивления?
12. Дефинирайте трифазна електрическа верига.
13. Коя връзка на трифазна система се нарича "звезда"?
14. Как се свързват приемниците на трифазна система в триъгълник?
15. Какви два вида напрежения и токове се разграничават в трифазни вериги?
16. Какво е съотношението между линейните и фазовите токове при свързване на приемници със "звезда"? "Триъгълник"? (всеки случай на натоварване във фази).
17. Какво е съотношението между линейните и фазовите напрежения при свързване на приемници със "звезда"? "Триъгълник"? (Всеки случай на натоварване вфази).
18. Как ще се промени активната мощност, ако трифазен симетричен приемник, свързан със "звезда", се превключи на "триъгълник"?
Контролни въпроси за защита на РГР-6
1. Кое устройство трябва да има токоизправителна верига?
2. Какви схеми за коригиране познавате?
3. Какво се нарича външна характеристика на токоизправителя?
4. Какво трябва да бъде съотношението между предното съпротивление на диода Rpr и съпротивлението на натоварване Rl?
5. Кой токоизправител (тръбен или твърдотелен) осигурява по-добро изправяне?
6. Начертайте каква е формата на тока, преминаващ през всеки диод от мостовата верига?
Библиографски списък
1. Сергашова Н. А. Задача и насоки за изпълнение на селищни и графични работи № 1, 2, 3 (а, б) по електротехника. - Самара: SamIIT, 1994.
2. Касаткин А. С., Немцов М. В. Електротехника. - М.: ВШ, 2000.
3. Волински А. и др., Електротехника. - М.: Енергоатомиздат, 1987.
4. Иванов И., Равдоник В. С. Електротехника. - М.: ВШ, 1985.
5. Сборник проблеми по електротехника и основна електроника / Изд. В. Г. Герасимова. - М.: ВШ, 1985.
6. Shebes R. Задачна книга по теория на линейните електрически вериги. - М.: ВШ, 1982.
7. Колекция от задачи с решения по обща електротехника / Изд. В. К. Пономаренко. - М.: ВШ, 1972.
8. Глушков Н. Електрозахранване на СМР. - М.: Стройиздат, 1982.
9. Budnikov VF Задача и насоки за изпълнение на изчислителната и графична работа № 1 на 1-ва част от теоретичните основи на електротехниката. - Куйбишев: КИИТ, 1985.
10. Санникова Л. А. Указания за изпълнение на селищни и графични работи № 1-3 по електротехника. - Самара: SamIIT, 1993.
11. Сидоров Б.Л. Указания за използване на комплексни числа в ТОЕ, електротехника. - Самара: SamIIT, 2000.
12. Сазонов В.В. Математически модели на хармонични колебателни процеси и използването им при изчисляване на електрически вериги. Урок. - Самара: SamGAPS, 2002.