Тиристорные устройства для питания автоматических телефонных станций (стр. 2 из 17)
Если магнитный поток пересекает проводник, по которому течет электрический ток, то на этот проводник будет действовать механическая сила, это позволяет преобразовывать электрическую энергию в механическую. Электрическая машина, работающая на этом принципе, является двигателем.
По виду потребляемой или вырабатываемой электрической энергии электрические машины подразделяются на машины постоянного и переменного тока.
1.2. Электрические машины переменного тока.
Электрические машины переменного тока подразделяются на синхронные и асинхронные. У синхронных машин частота вращения ротора определяется выражением:
n=
, т. е. число оборотов в минуту п и частота f в герцах наводимой ЭДС связаны между собой прямо пропорциональной зависимостью (частота вращения ротора и частота наводимой ЭДС синхронны); р - число пар полюсов машины. Синхронные машины наиболее часто используются в качестве генераторов. Синхронные двигатели менее распространены, и их используют там, где требуется постоянство частоты вращения при изменении нагрузки, а также в качестве компенсаторов для повышения коэффициента мощности электрических систем.У асинхронных машин нет синхронности между частотой вращения ротора и частотой вращения магнитного поля. Асинхронные машины чаще используют в качестве двигателей.
1.3. Трансформаторы.
Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, с помощью которого происходит преобразование переменного напряжения одних параметров в переменное напряжение других параметров. В общем случае трансформатором преобразовывается не только величина напряжения, но и его форма, частота и т. д. Но наибольшее применение находят трансформаторы, в которых переменное напряжение преобразовывается по величине в напряжение, необходимое для питания той или иной установки. Эти трансформаторы называются трансформаторами питания (силовыми трансформаторами). Кроме трансформаторов питания существуют специальные трансформаторы - автотрансформаторы, измерительные трансформаторы, пик-трансформаторы и др. В настоящей главе рассматриваются лишь трансформаторы питания устройств связи и радиотехнических устройств.
Трансформаторы можно классифицировать по различным признакам. Различают их по мощности: маломощные (десятки вольт-ампер), средней (сотни вольт-ампер), и большой мощности (до нескольких тысяч киловольт-ампер); по конструкции: броневые, стержневые, бронестержневые, тороидальные; по числу фаз: однофазные, многофазные; по виду охлаждения: с естественным, воздушным и с масляным охлаждением.
Трансформаторы, питающиеся от однофазной сети переменного тока, называются однофазными, от трехфазной - трехфазными.
Как правило, при питании маломощных потребителей применяются однофазные трансформаторы питания, а в мощных питающих установках применяются трехфазные или многофазные трансформаторы.
1.4. Источники вторичного электропитания.
Источники электропитания подразделяются на первичные и источники вторичного электропитания (ИВЭ). К первичным относятся непосредственные преобразователи различных видов энергии в электрическую, а к источникам вторичного электропитания - преобразователи электрической энергии одного вида в электрическую энергию другого вида.
В качестве первичных источников применяются: энергосистема с тем или иным номинальным напряжением (сеть переменного или постоянного тока), химические источники тока (гальванические элементы, батареи), термо- и фотоэлектрические, акустические, топливные, биологические, атомные, механические преобразователи энергии в электрическую.
Наибольшее применение из первичных источников электроэнергии имеет сеть переменного тока, а из источников вторичного электропитания - выпрямители, стабилизаторы и преобразователи.
С помощью выпрямителя энергия переменного тока преобразуется в энергию постоянного тока. Ввиду разнообразия радиоэлектронной аппаратуры схемные и конструктивные решения выпрямителей различны. Выпрямители могут быть выполнены в виде отдельного блока, стойки или могут входить в общую конструкцию изделия (усилителя, приемника и т. д.).
Основное назначение стабилизатора - поддерживать постоянным выходное напряжение или ток в нагрузке. Стабилизатор с выпрямителем образует стабилизированный источник вторичного питания. Преобразователи, применяемые в источниках питания, служат в основном для преобразования напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока или напряжение постоянного тока другого номинала.
1.5. Электрические вентили и их параметры.
Как выше отмечалось, для преобразования переменного тока в постоянный необходим прибор с односторонней (вентильной) электрической проводимостью. Такие приборы называются вентилями. В зависимости от принципа действия вентили можно подразделить на механические и электрические. Механические вентили в радиоаппаратуре практически не применяются в силу присущих им недостатков: громоздкость конструкции, наличие контактов, работа которых вызывает значительные электрические помехи как в цепях питания, так в цепях радиоаппаратуры, относительно малая надежность.
Для питания радиоустройств применяются электрические вентили. По характеру проводимости и способу воздействия на пропускаемый ток электрические вентили делятся на электровакуумные (кенотронные, ионные или газоразрядные) и полупроводниковые, управляемые и неуправляемые.
Рис. 1.1. Вольтамперная характеристика идеального вентиля (а), реального (б).
Основные свойства любого вентиля характеризуются с помощью вольтамперной характеристики, представляющей собой зависимость тока от напряжения, приложенного к вентилю I=f(U). На рис. 1.1, а изображена вольтамперная характеристика идеального вентиля. Из этой характеристики видно, что при сколь угодно малом приложенном напряжении Uпр ток через идеальный вентиль течет только в одном направлении. Это объясняется тем, что сопротивление идеального вентиля в прямом направлении будет равно Riпр=0. При любых обратных напряжениях Uобр вентиль имеет сопротивление Riобр =µ.
Реальный вентиль имеет вольтамперную характеристику, показанную на рис. 1.1,б, из которой видно, что при обратных напряжениях, близких к пробивному Uпроб. ток через вентиль в обратном направлении может быть значительным, а сопротивление в прямом направлении не равно нулю.
1.6. Аккумуляторы
В аккумуляторах происходит превращение электрической энергии в химическую, а затем - химической в электрическую. Аккумуляторы не производят электрическую энергию, они ее лишь накапливают при заряде и расходуют на подключенную нагрузку при разряде. Процесс отдачи накопленной энергии основан на обмене электронов между электродами при активном участии электролита. В электропитании устройств связи находят применение кислотные и щелочные аккумуляторы.
1.7. Выпрямители и фильтры.
Электрический выпрямитель широко применяют как наиболее универсальный преобразователь переменного тока в постоянный.
Выпрямление в электрическом выпрямителе достигается вследствие включения в его состав электрического вентиля, который пропускает ток преимущественно в одном направлении, (рис. 1.2, а).
При рассмотрении процессов выпрямления характеристику вентиля идеализируют, представляя ее (рис. 1.2, б) линейной ломаной кривой 1 (идеальный вентиль), 2 (идеализированный вентиль с потерями) или 3 (идеализированный вентиль с потерями и порогом выпрямления).
В качестве вентилей в настоящее время применяют в основном полупроводниковые диоды. Порог выпрямления кремниевых диодов лежит в пределах 0,4-0,8 В, а германиевых 0,15-0,2 В. Для низковольтных выпрямителей (выпрямленное напряжение менее 10 В) порог выпрямления кремниевых вентилей составляет заметную часть выходного напряжения; его следует учитывать при расчетах, выбирая в качестве расчетной модель вентиля с порогом выпрямления. Для выпрямителей с выходным напряжением более 10 В можно проводить расчет и на основе модели вентиля без порога выпрямления.
Угол наклона спрямленной характеристики вентиля с потерями определяет внутреннее сопротивление вентиля rв.
Значения сопротивлений rв, применяемых в настоящее время вентилей, составляют от десятков (слаботочные диоды) до долей Ом (сильноточные диоды).
Прямой ток вентиля ограничен его разогревом из-за потерь электрической мощности, пропорциональных падению напряжения на вентиле. При обратном напряжении вентиль пропускает хотя и малый, но отличный от нуля обратный ток. Этим током, как правило, пренебрегают.
Следует отметить, что малый обратный ток соответствует обратному напряжению, не превосходящему некоторого значения. За этим пределом обратный ток резко возрастает и вентиль пробивается. Это обстоятельство ограничивает значение обратного напряжения, которое может быть приложено к вентилю.
Схема простейшего электрического выпрямителя (рис. 1.3) содержит трансформатор, вентили и нагрузку.
Трансформатор необходим для преобразования напряжения сети в напряжение, удобное для дальнейшего выпрямления и гальванической развязки нагрузки выпрямителя от сети.
В общем случае трансформатор имеет m1 обмоток (фаз) в первичной цепи и m фаз во вторичной цепи.