- •Конспект лекцій
- •Конспект лекцій
- •0 Вступ
- •1 Однофазні та багатофазні випрямлячі
- •1.1 Функціональна схема пристрою випрямлення
- •1.2 Діоди випрямлення та їх характеристики
- •1.2.1 Статична характеристика діода
- •1.2.2 Інерційність діодів
- •1.2.3 Енергетичні характеристики діодів
- •1.2.4 Паралельне та послідовне з'єднання діодів
- •1.3 Схеми випрямлення та їх класифікація
- •1.4 Аналіз схем випрямляння при активному навантаженні
- •1.4.1 Однофазний однопівперіодний випрямляч
- •1.4.2 Однофазний двопівперіодний випрямляч
- •1.4.3 Багатофазний однопівперіодний випрямляч
- •1.4.4 Пульсації напруги випрямлячів
- •1.4.5 Мостовий однофазний випрямляч
- •1.4.6 Мостовий випрямляч для отримання різнополярних напруг
- •1.4.7 Багатофазний мостовий випрямляч
- •1.4.8 Основні характеристики випрямлячів
- •1.4.9 Характеристика навантаження випрямляча
- •1.5 Робота випрямляча на навантаження з ємнісною реакцією
- •1.6 Робота випрямляча на індуктивне навантаження
- •1.7 Помножувачі напруги
- •1.7.1 Необхідність множення напруги
- •1.7.2 Пристрій подвоєння напруги
- •1.7.3 Множення напруги у довільне число разів
- •1.7.4 Несиметричний помножувач напруги першого роду
- •1.7.5 Несиметричний помножувач напруги другого роду
- •1.8 Запитання тестового контролю
- •2 Згладжуючі фільтри
- •2.1 Загальні відомості про фільтри
- •2.2 Ємнісний фільтр
- •2.3 Індуктивний фільтр
- •2.4 Г-подібні індуктивно-ємнісний (lc) та активно-ємнісний (rc) фільтри
- •2.5 П-подібний фільтр
- •2.6 Загальні положення про фільтри
- •2.7 Транзисторні фільтри
- •2.8 Запитання тестового контролю
- •3 Безперервні стабілізатори постійної напруги та струму
- •3.1 Класифікація стабілізаторів
- •3.2 Основні характеристики стабілізаторів
- •3.3 Використання стабілітронів у стабілізаторах напруги
- •3.4 Однокаскадний стабілізатор на стабілітроні
- •3.4.1 Схема стабілізатора
- •3.4.2 Рівняння для вихідної напруги
- •3.4.3 Вихідний опір стабілізатора
- •3.4.4 Коефіцієнт стабілізації
- •3.4.5 Вплив нестабільності ерс стабілітрона на вихідну напругу псн
- •3.5 Графічний розрахунок режиму роботи псн
- •3.6 Стабілізатори напруги на стабілітронах
- •3.6.1 Параметричний каскадний стабілізатор напруги
- •3.6.2 Температурна компенсація у псн
- •3.6.3 Мостова схема псн
- •3.6.4 Параметричні стабілізатори з активними елементами
- •3.6.5 Порівняння схем псн
- •3.6.6 Порядок розрахунку псн
- •3.7 Компенсаційні стабілізатори постійної напруги з неперервним регулюванням
- •3.7.1 Загальні відомості про компенсаційні стабілізатори
- •3.7.2 Послідовний та паралельний компенсаційні стабілізатори
- •3.8 Однотранзисторний послідовний стабілізатор
- •3.9 Ксн з підсилювачем у колі зворотного зв'язку
- •3.10 Складені транзистори в компенсаційних стабілізаторах
- •3.11 Прямі зв’язки в компенсаційних стабілізаторах
- •3.12 Елементи захисту у стабілізаторах
- •3.13 Низьковольтні компенсаційні стабілізатори
- •3.14 Інтегральні стабілізатори напруги
- •3.14.1 Причини використання мікросхем у стабілізаторах
- •3.14.2 Інтегральна мікросхема к142ен1
- •3.14.3 Інтегральні мікросхеми 142ен3 – 142ен9
- •3.14.4 Увімкнення імс стабілізаторів фіксованої напруги
- •3.15 Загальні зауваження щодо компенсаційних стабілізаторів
- •3.16 Імс безпосереднього перетворення змінної напруги у постійну
- •3.17 Напрямки розвитку компенсаційних стабілізаторів напруги
- •3.18 Запитання тестового контролю
- •4 Імпульсні стабілізатори постійної напруги
- •4.1 Принцип роботи імпульсного стабілізатора
- •4.2 Системи імпульсної стабілізації напруги
- •4.3 Функціональні схеми імпульсних стабілізаторів постійної напруги
- •4.3.1 Імпульсний послідовний стабілізатор
- •4.3.2 Імпульсний інвертуючий стабілізатор
- •4.3.3 Імпульсний паралельний стабілізатор
- •4.4 Особливості силових ланцюгів імпульсних стабілізаторів
- •4.5 Структурна схема ланцюга керування стабілізатора з шім
- •4.6 Імпульсний стабілізатор з шім
- •4.7 Релейний імпульсний стабілізатор
- •4.8 Стабілізатор з шім на імс к142еп1
- •4.9 Запитання тестового контролю
- •5 Інвертори та перетворювачі
- •5.1 Терміни, визначення, класифікація
- •5.2 Двотактні перетворювачі
- •5.2.1 Двотактний перетворювач напруги (дпн) з середньою точкою
- •5.2.2 Мостовий та напівмостовий дпн
- •5.2.3 Аналіз двотактних перетворювачів напруги
- •5.3 Двотактний перетворювач напруги з самозбудженням
- •5.4 Однотактні перетворювачі напруги
- •5.4.1 Однотактний перетворювач напруги з прямим увімкненням діода випрямлення (опнп)
- •5.4.2 Однотактний перетворювач напруги зі зворотним увімкненням діода випрямлення (опнз)
- •5.5 Порівняльний аналіз двотактних та однотактних перетворювачів
- •5.6 Резонансні перетворювачі
- •5.6.1 Причини розробки резонансних перетворювачів
- •5.6.2 Мостовий резонансний перетворювач з послідовним контуром
- •5.6.3 Резонансні перетворювачі з односпрямованою передачею енергії
- •5.6.4 Резонансний однотактний перетворювач напруги з прямим увімкненням діода
- •5.7 Перетворювачі з п’єзотрансформаторами
- •5.8 Високочастотні перетворювачі модульної структури
- •5.9 Функціональна схема імпульсного джерела електроживлення
- •5.10 Безперебійні джерела живлення
- •5.11 Узагальнення правил побудови джерел вторинного живлення
- •5.12 Запитання тестового контролю
- •6 Трансформатори і дроселі
- •6.1 Основні відомості
- •6.2 Гістерезис у магнітних ланцюгах
- •6.3 Втрати в магнітопроводах
- •6.4 Дроселі з однорідним феромагнітним осердям
- •6.5 Дроселі з неоднорідними магнітопроводами
- •6.6 Трансформатори
- •6.6.1 Будова трансформаторів
- •6.6.2 Робота трансформатора
- •6.6.3 Проектування трансформатора
- •6.7 Автотрансформатори
- •6.8 Магнітні підсилювачі
- •6.9 Параметричні стабілізатори змінної напруги
- •6.9.1 Дросельний стабілізатор напруги
- •6.9.2 Параметричний стабілізатор з коливальним контуром
- •7 Електромеханічні пристрої та джерела первинної електроенергії
- •7.1 Електромеханічні пристрої
- •7.2 Первинні джерела електричної енергії
- •Глосарій
- •Перелік посилань
6.4 Дроселі з однорідним феромагнітним осердям
Конструктивно у більшості випадків дросель являє собою замкнутий магнітопровід (осердя) з феромагнітного матеріалу, на якому розташовані одна або декілька обмоток (котушок) з числом витків . Магнітопровід призначений для концентрації у собімагнітного потоку, для цього його виготовляють з матеріалів, що мають високу магнітну проникність. Більш детально будова осердь буде розглянута у підрозділі 6.6.
Розрахуємо ЕРС і струм дроселя, підімкненого до джерела змінної напруги з періодом коливаньТ [3, 4].
Схематичне зображення дроселя наведено на рисунку 6.2, а; а його еквівалентна електрична схема заміщення – на рисунку 6.2, б. На рисунках прийняті такі позначення: і– основниймагнітний потік (потік замкнений через магнітопровід) і магнітний потік розсіювання (замикається частково через осердя і через навколишнє середовище); r, – опір і провідність втрат відповідно у проводі котушки і сталевому осерді;Ls і – індуктивності розсіювання і котушки;– міжвиткова паразитна ємність. На рисунку 6.2, б вказані напруги, ЕРС і струми.
Реактивний опір паразитної ємності достатньо малий порівняно з реактивністю котушки, тому ним можна знехтувати. Можна вважати також, що магнітний потік рівномірно зосереджений тільки у осерді з перетином S, тобто полем розсіювання також можна знехтувати (Ls = 0, Хs = 0). У цьому випадку магнітний потік Ф = ВS, а в обмотці збуджується ЕРС:
. (6.19)
Рисунок 6.2 – Схематичне зображення (а)
та електрична схема заміщення (б) дроселя
Прикладена до котушки напруга і наведена в ній ЕРС врівноважуються падінням напруги на активному опорі обмотки, і відповідно до другого закону Кірхгофа сума ЕРС дорівнює сумі падінь напруг у ланцюзі:
.
При великій добротності котушки наведена ЕРС набагато більша падіння напруги ir, що дозволяє записати або
,
а з врахуванням (6.19)
. (6.20)
З виразу (6.20) і рисунка 6.3, який його ілюструє, видно, що протягом тієї частини періоду коливання, коли напруга негативна, індукція зменшується. При позитивних значеннях напругиіндукція зростає. Протягом негативного півперіоду вхідного сигналу індукція зменшується від +Вm до -Вm, а протягом позитивного – зростає від -Вm до +Вm. Важливо, що характер зміни індукції буде таким при будь-якій формі напруги (пилкоподібній, прямокутній).
Знайдемо середнє значення синусоїдальної напруги мережі , з огляду на характер поведінки і діапазону зміни магнітної індукції:
.
. (6.21)
Рівняння (6.21) в теорії змінних струмів отримало назву рівняння трансформаторної ЕРС. Воно встановлює зв'язок між значенням напруги, прикладеної до дроселя чи трансформатора, та максимальним значенням магнітної індукції. Середнє значення не залежить від форми напруги.
У електричних розрахунках крім середнього використовується діюче значення напруги:
. (6.22)
Рисунок 6.3 – Залежність індукції від напруги
Зв'язок між діючими і середнім значеннями змінної напруги визначається коефіцієнтом форми кривої :
. (6.23)
Замінивши у (6.21) середню напругу на діючу, , отримаємо форму записузакону електромагнітної індукції, зручну для розрахунків ЕРС котушок з магнітопроводом:
. (6.24)
Для напруги прямокутної форми коефіцієнт форми кривої дорівнює одиниці. Для синусоїдальної 1,1; для пилкоподібної 1,16.
Тому для мереж промислового струму:
. (6.25)
Знайдемо вираз для струму дроселя. З (6.15) виводимо
.
Амплітуда струму з врахуванням того, що (6.5) дорівнює:
. (6.26)
Підставивши в (6.26) значення , отримане з формули (6.24), знайдемо остаточний вираз для амплітуди струму:
. (6.27)