Источники вторичного электропитания
Электрическая энергия от производителя к потребителю передается по высоковольтной линии электропередач (100кВ-1000кВ), которое непригодно для непосредственного использования в промышленности по причине безопасности. Для получения безопасного напряжения используют понижающие трансформаторы и преобразование переменного тока в постоянный с помощью источников вторичного электропитания.
Структура источника переменного тока без изменения формы сигнала :
1-высоковольное напряжение
2-понижающий трансформатор (определенной мощности)
3-средства коммутации, контроля и защиты
4-выходное напряжение
***) В настоящее время широко используются импульсные регуляторы напряжения. Они имеют больший КПД и меньшие габариты. Импульсные регуляторы дают возможность плавного регулирования выходного напряжения и мощности.
Структура источника с преобразованием переменного напряжения в постоянный( выпрямитель):
Трансформатор:
Условно графическое изображение трансформатора приведено на рис.
коэффициент трансформации к = U2/U1
где U1 -напряжение на входе, U2 -напряжение на выходе .
коэффициент трансформации может быть оценен по соотношению к = w2/w1
где w1 и w 2 -число витков первичной и вторичной обмоток соответственно.
Если к>1, то трансформатор повышающий, если к <1 понижающий.
Уравнение магнитного состояния трансформатора :
I1··w1
-
I2··w2
=
I10··w1
где I10 - ток первичной обмотки т-ра в режиме холостого хода , I1 I2.- токи первичной и вторичной обмоток тр-ра.
Уравнение электрического состояния трансформатора : Уравнение электрического состояния трансформатора :
Ŭ1·
= -Ẻ1+
Ź об
1··Í1
Ŭ2·
= -Ẻ2-
Ź об
2··Í2
где Ẻ1, Ẻ1 комплексы эдс первичной и вторичной обмоток тр-ра.
Í1 Í2.- комплексы токов первичной и вторичной обмоток тр-ра.
Ź об 1 , Ź об 2- комплексные сопротивления первичной и вторичной обмоток тр-ра.
Выпрямитель
Выпрямитель –ЭТУ преобразует знакопеременное напряжение в постоянное ( напряжение одного знака)
Постоянное напряжение широко используется в промышленности ( электропоезда, электролизные электрохимические производства , электропитание ЭВМ и.т.д..
С экономической точки зрения электрическую энергию удобно получать и особенно предавать на большие расстояния в виде переменного напряжения. Однако промышленность нуждается в источниках электрической энергии постоянного напряжения. Поэтому возникает необходимость преобразовании напряжения переменного тока в постоянное.. Преобразователи , как правило, располагаются в местах наиболее приближенных к конечному потребителю.
Существуют различные выпрямители: однополупериодный, 2-х полупериодный, однофазный , 3-х фазный, управляемый , неуправляемый.
Качество выпрямленного напряжения определяется качеством выпрямителя. Лучшее качество достигается при использовании 3-х фазного 2-х полу-периодного выпрямителя. Величину выходного напряжения можно изменять при использовании управляемого выпрямителя. В качестве элементов управления используют тиристор.. Регулируя степень открытия(( время или часть периода в работе тиристора в проводящем состоянии) можно изменять величину( среднее значение) выпрямленного напряжения.
Используют так же переключение обмоток с различным числом витков.( Регулируемые трансформаторы).
Электрическая схема неуправляемого однофазного одно- и 2-х полупериодного. выпрямителя представлена на рис. … а и ….б соответственно.
Графики мгновенных значений входных и выходных напряжений однофазного, однополупериодного выпрямителя представлены
на рис ..6а,6б.
Выпрямленное напряжение является пульсирующим. Среднее значение выпрямленного напряжения при однополупериодном выпрямлении рассчитывается по формуле. Uср= Um/π где Um амплитуда переменного напряжения на входе выпрямителя . При двухполупериодном выпрямлении выходное напряжение удваивается : Uср= 2Um/π.
3-х фазные выпрямители дают большее значение среднего выпрямленного напряжения, меньше пульсаций, но стоят дороже и имеют большие габариты.
Для уменьшения пульсаций и увеличения Uср используют различные сглаживающие фильтры.( RC, LC, RLC)( рис…………..). В них используются свойство реактивных элементов накапливать электромагнитную ( индуктивность) или электрическую ( емкость) энергию в периоды заряда и отдавать ее в нагрузку в периоды разряда, тем самым сглаживая пульсации напряжения на нагрузке.
Коэффициент пульсаций рассчитывается по формуле: q=Um1/Uср где Um1 амплитуда первой гармоники в пульсациях выходного напряжения Uвых(t), Uср- среднее значение выпрямленного напряжения.
Коэффициент сглаживания рассчитывается по формуле: g= q1/ qф
где q1 - коэффициент пульсаций без фильтра,
qф - коэффициент пульсаций выходного напряжения после использования фильтра.
Значительно уменьшить коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения можно с помощью стабилизаторов напряжения. Коэффициент пульсации в них может быть доведен до 10-6.
Структурная схема стабилизатора постоянного напряжения представлена на рис… .
1-регулируемое сопротивление ( транзистор); 2- делитель напряжения; 3- Источник опорного напряжения; 4- усилитель обратной связи.
Выходное напряжение равно U вых =U вх –Uтр Падение напряжения на транзисторе можно представить по закону Ома как Uтр= I ·RT где RT сопративление транзистора. Т.о. если регулировать сопротивление транзистора RT , то можно изменять и выходное напряжение
U вых .
Усилитель обратной связи является дифференциальным сумматором. Если напряжение на входе или выходе стабилизатора измениться , то и измениться ток через делитель R1R2 . и соответственно падение напряжения на R2 Напряжения на входах усилителя станут не одинаковы, на выходе усилителя появится напряжение соответствующего знака , которое изменяет сопротивление транзистора RT . В результате выходное напряжение увеличивается/уменьшается), так что, падение напряжение на сопротивлении R2 станет равным величине опорного напряжения Еоп. , а выходное напряжение вернется к первоначальному значению. Время реакции схемы на изменения напряжения составляет доли миллисекунд.