3. Непосредственные преобразователи в электрическую энергию

Наиболее освоены теплогенераторы и солнечные батареи.

Термоэлектрические генераторы (ТЭГ): термопарные и полупроводниковые (п/п),

Термопара - система из трех сваренных (называемых спаями ) последова­тельно проводников, у которых один конец спая нагревается, а другой охлаждается. Благодаря разности t⁰

спаев создается термо-ЭДС и во внешней цепи появляется разность потенциалов.

Термопары классифицируют по применяемым материалам (ХК-хром-капель и т.д.)

Полупроводниковые ТЭГ: два соединённых между собой п/п е и р прово-

димости.

Тэг вместе с источником тепла (горелкой) и запасом топлива образует авто-

номный источник питания (АИП).

Тепло: углеводородные газовые и Жидкостные топлива.(возможно атомные),

Фотоэлектрические генераторы..

В основу солнечных батарей или солнечных элементов составляют кремниевые фотодиоды.

Современные серийные пластины на основе p-i-n структуры при площади 10Омм/100мм и освещенности 10ОмВт/см².

КПД: 11-12%

Uxx: 0,45 В

1кэ: 2,2 А

В темноте →аккумуляторы с подзарядкой на свету.

4. Общая характеристика выпрямителей.

Выпрямителями называются устройства, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный (выпрямления переменного тока), которые служат источниками питания электронных схем автоматики, регулируемого привода и автоматических систем управления технологическими процессами. В зависимости от используемых элементов различают полупроводниковые (диодные или тиристорные) и кенотронные, газотронные и тиратронные выпрямители. Выпрямители состоят из трансформатора, выпрямляющего звена (блока полупроводниковых приборов) и сглаживающего фильтра

Трансформатор Т обеспечивает преобразование уровня напряжения питающей сети, а также гальваническую развязку цепей питающей сети и нагрузки. Без такой развязки заземление выходного полюса выпрямителя вызовет КЗ.

Блок выпрямления БВ (блок полупроводниковых приборов) обеспечивает преобразование знакопеременное (пульсирующее) напряжение Ud(t).

Сглаживающий фильтр уменьшает содержание переменных составляющих в спектре выходного напряжения.

Дополнительные элементы схемы расширяют возможности выпрямителя, например обеспечивают регулирование, стабилизацию выходных параметров, защиту от опасных перегрузок по току и от КЗ. Вместе с тем введение в схему обратных связей приводит к проблеме обеспечения устойчивости работы выпрямителя.

Изучение выпрямительных устройств базируется на не линейной электротехнике, включает элементы силовой электроники и теории систем автоматического регулирования. Кроме того, имеется ряд специфических вопросов, связанных с динамическим взаимодействием источника питания и потребителя (питаемой аппаратуры). В последние годы наибольшее распространение получили тиристорные выпрямители.

В зависимости от числа фаз, а также характера нагрузки выпрямителя и требований к пульсации выпрямленного тока схемы выпрямления бывают однофазные, трёхфазные и многофазные и отличаются количеством плеч. Под плечом понимают совокупность обмотки трансформатора и включенных последовательно с ней выпрямляющих приборов.

Наиболее распространённые схемы выпрямления приведены на рисунках ниже:

рис.Л1,42 а

Однополупериодная: высокий коэффициент пульсаций, недоиспользование трансформатора_, подмагничивание магнитопровода источником тока.

В однофазной однополупериодной схеме (рис.Л1,42 а) используется только часть мощности трансформатора, выпрямленное напряжение имеет большую переменную составляющую, к диоду приложено высокое обратное напряжение и, следовательно, выпрямитель обладает низким КПД. При ёмкостной нагрузке обратное напряжение выпрямителя может достигать примерно тройного значения переменного напряжения.

рис.Л1,42 б

Двухполулериодная: усложнение трансформатора и повышенное обратное напряжение на диодах.

Однофазная двухполупериодная схема(рис.Л1,42 б) применяется в мощных выпрямителях для выпрямления низких напряжений, когда по обратному напряжению допускается установка одного вентиля в плече.

рис.Л1,42 в

В однофазной мостовой схеме (рис.Л1,42 в) в для двухполупериодного выпрямления используется только одна вторичная обмотка трансформатора, напряжение которой в два раза меньше суммарного напряжения двух обмоток, соединённых последовательно (как показана на (рис.Л1,42 б) обратное напряжение на каждой группе вентилей в два раза ниже, чем в схеме (Л1,42 б)

Схема (рис.Л1,42 б) предпочтительнее схемы (рис.Л1,42 в). так как в последней используется не менее двух вентилей, что удваивает потери при прохождении прямого тока. Применение схемы (рис.Л1,42) в наиболее целесообразно при больших токах и малых напряжениях.

рис.Л1,42 г

Трёхфазная мостовая схема (рис.Л1,42 г), преимущественно используемая в силовых выпрямителях, имеет трансформатор простой конструкции. Высокий КПД, шестифазное выпрямление и даёт наименьшую пульсацию выпрямленного тока.

Основные параметры схем выпрямления следующие: средние значения выпрямленных напряжения Ud и тока Id; амплитуды основных гармоник напряжения Uосн.max. и тока Iосн.max.; действующие значения напряжения U₂ и тока I₂ во вторичной обмотке трансформатора; амплитудное значение обратного напряжения Uобр; мощность трансформатора Pтр; выпрямленная мощность Pd; действующие значения токов в первичной обмотке трансформатора I₁ и в линии Iл; коэффициент пульсации Кп – отношение наибольшей составляющей Iосн.max или Uосн.max – амплитуды к среднему значению выпрямленного тока Id (или Ud ):

Кп = Iосн.max / Id = Uосн.max / Ud

Схемы выпрямления характеризуются следующими коэффициентами:

К₁ = Iл / Id

К₄ = Uобр / Ud

К₂ = U₂ / Ud

К₅ = I₁ / Id

К₃ = I₂ / Id

Ктр = Pd / Pтр

При расчёте выпрямителя необходимо: выбрать схему, размер и класс вентилей; определить количество вентилей, соединяемых последовательно или параллельно; рассчитать режим вентилей и действующее значение напряжения переменного тока, подводимого к выпрямительной части выпрямителя при холостом ходе и под нагрузкой, установить параметры трансформатора, питающего выпрямительную часть; определить потери и КПД.

Параметры выпрямителей, работающих на активную нагрузку:

Наименование схемы	Схема соединения обмоток трансформатора			Число фаз выпрямителя	Число плеч выпрямителя	Параметры выпрямителя		Параметры трансформатора					Коэф-т исп. тр-а Ктр		Коэф-т пульс-и Кп
	Первич		Вторич.			К1	К4	Вторичная обмотка		Перв. обм.
								К2	К3		К3
однофазные
Однополупери-одная	-		-	1	1	1,21	3,14	2,22	1,57			1,2	0,324			1,57
Двухполупериодная со средней точкой	-		-	2	2	1,11	3,14	1,11	0,785			1,11	0,674			0,677
мостовая	-		-	2	2	1,11	1,57	1,11	1,11			1,11	0,812			0,667
трёхфазные
Однополупериодная с нулевым выводои		∆		3	3	0,82	2,1	0,855	0,58			0,47		0,74		0,250
Двухполупери-одная		∆		6	3	1,42	1,05	0,43	0,82			0,82		0,956		0,057
Мостовая			∆	6	3	0,47	1,05	0,74	0,47			0,47		0,956		0,057

Ниже указаны некоторые типы применяемых выпрямителей:

Выпрямитель с диодно-конденсаторным умножителем:

[Л 1_аЗ б]: Активно-ёмкостная нагрузка

Формы тока а выпрямителе зависят от характера нагрузки, Нагрузка может быть чисто активной, лишь при отсутствии фильтра,

[Л1,4б]: Активно-индуктивный характер нагрузки

Действующее значение силы тока вторичной обмотки трансформатора:

U_{обр. max}=1,57-U_вых на диоде,со-

противление фазы выпрямителя по мостовой схеме: r=r_пр+2r_vd, где г_пр- активное со-противление обмоток трансформатора, a r_vd - сопротивление диода,