5.3. Задачи для решения на практическом занятии

5.3.1. Обмотки трехфазного трансформатора типа ТМ-100/6 с номиналь

ной мощностью Sном = 100 кВА включены по схеме «звезда». Определить коэф-

фициент трансформации К и КПД ηном при номинальной нагрузке (cosφ2 =0,8).

Номинальные линейные напряжения U1ном =6 кВ, U2ном =525 кВ. потери холо-

стого хода при номинальном напряжении Ро = 600 Вт, потери короткого замы-

кания при номинальном токе Рк = 2400 Вт. Ответ. К = 11,4; ηном% = 96,3%

5.3.2. Определить среднегодовой КПД ηг трехфазного трансформатора с номинальной мощностью Sном = 50 кВА, если он в течение времени Т1 = 3000 ч в год работает при cos φ2 = 1 с полной нагрузкой (β = 1), Т2 = 1500 ч – с нагрузкой β = 0,5 и То = 1000 ч – в режиме холостого хода. Потери холостого хода при нормальном напряжении составляют Ро = 350 Вт, потери короткого замыкания Рк = 1325 Вт. Ответ: ηном% = 96,3%

5.3.3. Обмотка автотрансформатора с числом витков w1 = 800 включена в питающую сеть с напряжением U1 = 2000 В, активная нагрузка Rн = 300 Ом подключена к обмотке с числом витков w2 = 600. Определить токи: I1, I2, I и мощности Р1, и Р2 в цепях автотрансформатора, если его КПД η = 0,97, а cosφ2 =0,9.

Ответ: = 4,29 А; = 5 А; = 0,71 А; Р1 = 7,73 кВт; Р2 = 7,5 кВт

6 Расчет полупроводникового выпрямительного устройства

6.1. Теоретические сведения

При сплавлении полупроводников различных типов создается область по обе стороны границы раздела, называемая электронно-дырочным или p-n - переходом. При включении p-n – перехода род прямое напряжение полярность приложенного напряжения Uвн будет обратно полярности напряжения Uзап запирающего слоя. С возрастанием внешнего напряжения сопротивление p-n – перехода снижается, а ток возрастает. При обратном включении p-n - перехода полярность внешнего напряжения Uвн соответствует полярности напряжения Uзап запирающего слоя. Обратный ток, обусловленный неосновными носителями заряда, оказывается во много сотен или тысяч раз меньше прямого тока.

В полупроводниковых диодах используется односторонняя проводимость p-n – перехода, т.к. из его вольт-амперной характеристики следует, что он обладает неодинаковыми сопротивлениями а прямом и обратном направлениях тока. Поэтому полупроводниковые диоды используются для выпрямления переменного тока, детектирования, преобразования частоты, переключения цепей и др. Наиболее распространены полупроводниковые диоды на базе p-n перехода. Основными исходными полупроводниковыми материалами из которых изготавливаются диоды (двухэлектродный электронный прибор) и иные полупроводниковые приборы являются: Si – кремний и его соединения (для большей части полупроводниковых приборов); Ge – германий и его соединения; Ga – галлий и его соединения; In – индий и его соединения.

Промышленность выпускает разные типы полупроводниковых диодов.

Выпрямительный диод – предназначен для использования в выпрямителях переменного тока низкой частоты (обычно не выше 50 кГц). Основным параметрами такого диода являются максимальный прямой ток (от долей Ампер до килоАмпер – в зависимости от марки) и максимальное обратное напряжение (достигает 2000 В). Помимо одиночных диодов выпускаются диодные сборки и диодные столбы.

Стабилитрон – это полупроводниковый диод, имеющий фиксированное напряжение пробоя при обратном включении, которое мало зависит от тока пробоя (в определенном диапазоне токов). Стабилитрон предназначен для стабилизации постоянных напряжений от единиц до десятков Вольт.

Стабистор – полупроводниковый диод, напряжение на котором при прямом включении (около 0,7 В) мало зависит от тока (прямая ветвь на соответствующем участке почти вертикальная). Стабистор предназначен для стабилизации малых напряжений.

Диод Шоттки. В диоде Шоттки используется не p-n-переход, а выпрямляющий контакт металл-полупроводник. У диода Шоттки очень малый обратный ток и малое прямое падение напряжения. Эти диоды – очень быстродействующие элементы – они могут работать на частотах до десятков ГГц. Выпрямительные параметры диодов Шоттки существенно превосходят аналогичные параметры кремниевых выпрямительных диодов: так, у диода Шотки U_пр.max.  0,5 В, вместо 1 В у кремниевого диода; I_пр.max значительно превышает аналогичный показатель кремниевых диодов (достигает сотен ампер), а I_об и U_об.max имеют тот же порядок. В силу указанных свойств, применение диодов Шотки в различных электронных устройствах является весьма перспективным.

Варикап – диод, предназначенный для работы в качестве конденсатора, емкость которого управляется напряжением (обратным). Основные параметры: C_u - емкость при заданном U_об. (единицы - сотни пФ), _Uоб.max (до 150 В), K_с = C_umax / C_umin - коэффициент перекрытия по емкости (1,5 - 6);

Светодиод –предназначен для непосредственного преобразования электрической энергии в энергию светового излучения. Обычные светодиоды формируют некогерентное излучение, лазерные светодиоды - когерентное. В зависимости от выбранного материала и структуры p-n перехода излучение может лежать в инфракрасной, видимой или ультрафиолетовой области спектра. Основные параметры: цвет свечения (длина волны), яркость (Кд/м²) или сила света (мкКд), I_пр.max (типовое значение - 20 мА), U_пр.max (от 1,7 В для инфракрасных, и – до 4,2 В для синих и ультрафиолетовых), U_об.max (единицы - десятки В);

Фотодиод – диод обратный ток которого (так называемый фототок) изменяется пропорционально интенсивности светового потока, падающего на p-n-переход. В зависимости от выбранного материала и структуры p-n перехода максимум спектральной чувствительности фотодиода может лежать в инфракрасной, видимой или ультрафиолетовой области спектра. Основные параметры: область рабочего спектра (длина волны максимума спектральной чуствительности), яркость (Кд/м²) или сила света (мкКд), I_пр.max (типовое значение - 20 мА), U_пр.max (от 1,7 В для инфракрасных до 4,2 В для синих и ультрафиолетовых), U_об.max (единицы - десятки В);

Туннельный диод - диод, у которого, благодаря туннельному эффекту на прямой ветви ВАХ появляется участок с отрицательным сопротивлением. Это позволяет использовать туннельные диоды в генераторах, усилителях и переключателях, работающих на сверхвысоких частотах - до единиц ГГц. Обратная ветвь ВАХ туннельного диода практически подобна прямой ветви выпрямительного диода - т.е. этот диод не обладает вентильными (выпрямительными) свойствами;

Обращенный диод – диод, подобный туннельному, но у него участок с отрицательным сопротивлением на прямой ветви ВАХ отсутствует или выражен очень слабо. При этом, обратная ветвь ВАХ характеризуется очень малым падением напряжения (десятки милливольт). Данные свойства позволяют использовать обращенный диод в маломощных прецизионных выпрямителях, причем обратная ветвь ВАХ используется в качестве прямой, а прямая - в качестве обратной (отсюда и название диода).

Кроме перечисленных, существует еще целый ряд типов полупроводниковых диодов.