4. Изобразите схему автоматического введения поправки на температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя с помощью компенсирующего моста и объяснить ее работу.

t₀- температура в конце удлинительных проводов

t- температура рабочего спая

11, 12 – температура в точках, где заканчиваются удлинительные провода

K, L – удлинительные провода

M, N – соединительные провода

Rm – медный резистор, который изменяет свое сопротивление при колебаниях температуры

R1, R2, R3 – резисторы из манганина, которые обладают малым коэффициентом сопротивления

ИПС – стабилизированный источник питания

Rр – резистор для подстройки моста при изменении диапозона имеряемой температуры.

1. При t₀= 0 =>Ucd=0 и мост находиться в равновесии

2. При t₀^’≠ 0 =>Ucd≠0, т.к. при изменении температуры изменяеться Rm и нарушаеться равновесие моста Ucd = E_AB(t₀^’, t₀) а Umv = E_AB(t, t₀^’) + E_AB(t_c^', t₀)

13. Изобразите схему устройства временной задержки на основе счетчика импульсов, если требуемое значение tзад=0,64 сек, период повторения счетных импульсов Т=0,02 сек, число разрядов счетчика равно 8.

t_СЧ =T*2^n-1 = 0.02*2⁷ = 2,56 сек.

t_зад=0.64c< t_СЧ

Для получения времени задержки, меньшего времени заполнение счетчика с шагом, равным периодам повторения импульсов выполняют следующий расчет:

1. Определяют количество импульсов

t_зад=Т*i, где i= 1, 2, 3,…,(2^n-1-1)

i= t_зад/T = 0.64/0.02=32

2. 32 = 0*2⁷ +0*2⁶ + 1*2⁵ +0*2⁴ +0*2³ + 0*2² +0*2¹ + 0*2⁰

32 =00100000 (в двоичном коде)

3. Т.о. необходимо синтезировать логическую функции

F =

13. Объяснить принцип работы реверсивного преобразователя для двух режимов управления: 1) раздельного управления; 2) согласованного управления.

1) Раздельное управление:

Выпрямители ВК1 и ВК2 могут работать как выпрямители (0<α<π/2) и как инверторы ведомые сетью (π/2≤α<π)

Возможность инвертирования здесь заложена в двигателе, в якоре которого за счет вращения индуктируется противо-ЭДС и при определенных условиях двигатель может работать как генератор постоянного тока.

Принцим действия: Пусть до момента t₀ работал ВК1 в режиме выпрямителя, двигатель потреблял энергию. В тч. t₀ прекращается подача отпирающих импульсов на ВК1. За счет ЭДС вращения двигатель Ея, за счет индуктивности дросселя остается включенной последняя пара тиристоров. Ток Iя за счет рассеяния энергии магнитного поля дросселя снижается до 0, в тч. t₁ все тиристоры ВК1 закрываются и дальше ВК1 постоянно закрыт. На интервале t₀ – t₁ происходит некоторое снижение частоты вращения двигателя и снижения ЭДС якоря. На интервале t₁ – t₂ пауза, которая вводится для того, что бы в любых условиях к моменту t₂ тиристоры комплекта ВК1 были закрыты. В момент t₂ включается ВК2 в режиме инвертирования. Угол α2 постепенно снижается до 90⁰, за это время двигатель отдает энергию в сеть, затормаживаясь и при t₃ останавливается. Дальше ВК2 можно включить в режиме выпрямителя.

На участке t₃ – t₄ ВК2 работает как выпрямитель, α2 постепенно понижается, напряжение на двигателе обратной полярности, чем в начале, постепенно возрастает и в тч. t₄ двигатель выходит на номинальные обороты

Недостатки:

- при каждом реверсе необходимо следовать диаграмме

- схема не работоспособна при активной нагрузке двигателя (силовой спуск)

- режим повышения скорости полностью управляем только вверх.

2) Согласованное управление:

В работе находятся два комплекта ВК1 и ВК2. ВК1 работает как выпрямитель с углом управления α, указанимем на работу является ориентация диодов VD1, который направлен согласно ЭДС Edα = Edocosα. Комплект ВК2 работает в режиме инвертора с углом управления β, указанием на работу является ориентация диода VD2, который направлен на встречу Edβ = Edo cosβ.

Несмотря на встречную ориентацию Edβ и VD2 ток через диод возможен, если противо ЭДС двигателя больше Edβ(Edβ < Ея). Ток через VD1 также возможен только в тех случаях, когда Edα > Ея.

13. Какие существует способы повышения коэффициента мощности регулируемых выпрямителей? Ответ обосновать.

Для повышения коэффициента мощности в схеме однофазного мостового выпрямителя (его работа в управляемом варианте описывается диаграммами аналогичными изображенным на рис. 2.1) установлен дополнительный диод V₀, который называется обратным или нулевым. При его отсутствии ток во вторичной обмотке трансформатора будет несинусоидальным, и иметь форму меандра (рис. 4.1, б), сдвинутого по фазе относительно напряжения на вторичной обмотке.

Очевидно, что коэффициент мощности преобразователя χ=νcosφ может быть улучшен двумя способами:

1) увеличением ν, т.е. приближением формы тока к синусоидальной;

2) снижением φ, т.е. уменьшением сдвига фаз между током и напряжением.

При отсутствии обратного V₀ вторичный ток формируется следующим образом: тиристоры открываются с углом α, ток i_а13 протекает через пару тиристоров VS1 и VS3. В данном полупериоде ток i₂=i_а13. Во втором полупериоде будут открыты тиристоры VS2 и VS4, и вторичный ток будет равен току i_а24, который будет противоположен току i_а13. Из графиков видно, что между током i₂ и вторичной ЭДС е₂ будет фазовый сдвиг, равный α. Этот же угол будет наблюдаться и на первичной стороне трансформатора, при этом i₁ будет иметь форму меандра.

При подключении нулевого диода схема работает следующим образом (рис. 4.1, в): на участке [0;1] к тиристорам VS1 и VS3 прикладывается обратное напряжение со стороны трансформатора и ток нагрузки может поддерживаться только за счет энергии, накопленной в L_d. Эта ЭДС самоиндукции создает ток, который замыкается через диод V₀. Следовательно, напряжение на нагрузке, равное напряжению на диоде V₀, становится нулевым и ток через VS2 и VS4 и обмотку трансформатора тоже будет равен нулю. В точке 1 подаются управляющие импульсы на VS1 и VS3, напряжение на нагрузке скачком возрастает, диод V₀ закрывается и ток перебрасывается на открытые VS1 и VS3. На интервале [3;4] повторяется процесс участка [0;1] и результирующий график тока будет иметь ступенчатую форму. При построении графика основной гармоники вторичного тока видно, что сдвиг по фазе φ между напряжением и током уменьшается в 2 раза, и график тока стал ближе по форме к синусоиде и коэффициент искажения ν увеличился.

Повышение коэффициента мощности Х ВП можно двумя способами:

1. Уменьшить сдвиг по фазе φ между U1 и основной гармоникой i1;

2. Уменьшить искажения приблизив ток i1к синусоидальному

Вентильные преобразователи с повышением коэффициента можности

X=Ucos φ

1. Схема с обратным диодом

Расмотрим рис без установки VD. Графики на рис в и г.

График в построен при условии идеального сглаживания тока id. Основная гармоника тока i2 показана на рис 2. Видно, что сдвиг по фазе φ=α. Коэффициент искажения =0,9

Рассмотрим схему с учетом диода VD. Графики на рас д, е. На участке 1-3 открыта пара тиристоров VS1, VS3 и через них протекает ток i_a13. В этом интервале i2 совпадает с i_a13 через тиристоры. На участке прикладывается запирающая ЭДС е2. В условиях отсутствия подпитки от сети ток id начнет уменьшаться и это явление будет сопровождаться ЭДС самоиндукции катушки Lн. ЭДС будет иметь направление совпадающее с током id. И ЭДС будет поддерживать ток в замкнутом контуре Uз, Lн, Rн, VD. Следовательно, ток i2 обратится в ноль. Но возникнет ток i_D. Ток i2 будет иметь бестоковую паузу 3 – 4. Основная гармоника i_{2 ОГ} показана на рис е. Видно, что сдвиг по фазе стал равен φ=α/2 и следовательно cos φ выпрямителя увеличился. Вместе с тем форма тока i2 на рис д становится ближе к форме синусоиды в сравнении c i2 на рас в. Следовательно, коэффициент искажение возрастает (>0.9). В целом коэффициент мощности Х увеличивается.

Рассмотрим схему на рис б. Схема отличается от рис а тем, что 2 тиристора VS2, VS3 заменены на диоды VD1, VD2 и схема не содержит обратного диода. В данной схеме роль обратного диода выполняет 2 последовательно включенных диода VD1, VD2.

Для компенсации реактивной мощности ВП параллельно включают конденсаторы звездой и треугольником, но лучше треугольником т.к. кроме повышенного cos φ эти конденсаторы подавляют 3, 9, 15 гармоники. Для защиты конденсаторов от импульсов тока Iвп ставят дроссели L. С целью упрощения схем будем изображать конденсаторы, включтоннве по схеме звезда. Это позволит рассматривать 3-х фазную схему, как три однофазных (рисб)

Если вентильный преобразователь управляемый, то при регулировке напряжения Ud изменяется Uвп. cos φ=f(Ud). В этих условиях конденсатор 3С не может обеспечить идеальную компенсацию реактивной мощности во всех режимах работы ВП. Идеальная компенсация cos φ≥ 0,95 – 0,96

13. Определить R_Б в схеме насыщенного ключа, если Е_Б = 2В, I_КБО = 15мА.

Насыщение ключа в открытом состоянии отличаются большой стабильностью (изменение внешней загрузки, т.е. тока в цепи коллектора не выводит т-р из режима насыщении) В открытом и закрытом состоянии, насыщенные ключи потребляют малые мощности т.к. в открытом состояние напряжение э-к близка к 0. В закрытом ток в цепи коллектора близок к 0

При подаче входного напряжения Uвх (минусового на базу) возрастает ток базы. Сила его ограничивается резистором R. Транзистор насыщаятся когда ток коллектора ограничивается только резистором Rk. Что бы обеспечить режим насыщения необходим ток баз Iб≥Iкн/β, β- коэф. передачи тока базы.

Обратный ток коллектора Iко на резисторе создаст падение напряжения с отрицательной полярностью на базе, которое может быть достаточной для поддержания открытого состояния транзистора. Поэтому Еб должно компенсировать отрицательную полярность базы при максимальной рабочей температуре. Тепловой ток Iко протекает частично по резистору Rб и создаст на нем падение напряжения

Услвия насыщения выполняются при:

Обратный ток Iко не зависит от Еб

При большом сопротивлении Rб и высокой температуре, падение напряжения на Rб будет больше чем Еб и т-р не закроется

Конденсатор С – ускоряющий т.к. сокращает время переключения т-ра. При подаче вх. сигнала конденсатор заряжается, шунтируя резистор R. Поэтому на время заряда ток базы увеличиваетя, что способствует переключению транзистора

При снятии вх. сигнала конденсатор разряжается через внутреннее сопротивление Еб и Uвх. Положительный потенциал базы увеличивается и т-р быстрее переходив в закрытое состояние.

, где Iкбо-мах. обратный ток т-ра

13. Определить гистерезис переключения триггера Шмитта на операционном усилителе, если: U_ВЫХ = ±12В, R₁ = 51кОм , R₂ = 200кОм.

Переключение схемы в состояние оисходит при достижении входным напряжением напряжение порога срабатывания , а возвращается в исходное состояния при снижении до напряжения порога отпускания . Значения пороговых напряжений найдём, учитывая, что переключение схемы происходит когда

Важнейшим показателям ОУ в импульсном режиме является их быстродействие, которое оценивается задержкой срабатывания ОУ общего применения составляет ед. микрисекунд.

Ширина зоны гистерезиса равна: