Однополупериодное выпрямление трехфазного тока

В устройствах большой и средней мощности применяются трехфазные выпрямители. При этом они равномерно нагружают сеть трехфазного тока. На рис.5 показана схема однополупериодного выпрямления трехфазного тока. Первичная обмотка трансформатора может быть соединена «звездой» или «треугольником», вторичная – только «звездой». Как известно, в трехфазной цепи в любой момент времени одна из фаз имеет положительный потенциал, а одна из фаз – отрицательный. Ток i через диод проходит тогда, когда потенциал на его аноде выше, чем потенциал на катоде. На графике (рис.6) выпрямленное напряжение U_н изображено жирной кривой. Видно, что пульсации напряжения на нагрузке значительно меньше, чем в схемах выпрямителей однофазного тока.

Рис.5 Рис.6

Двухполупериодное выпрямление трехфазного тока.

В данной схеме, носящей имя Ларионова, (рис.7) вторичная обмотка трансформатора может быть соединена как в «звезду», так и в «треугольник». Половина диодов цепи образует группу, в которой соединены все анодные выводы диодов, а у второй половины соединены все катодные выводы. Пульсации выпрямленного напряжения в схеме Ларионова еще меньше (рис.8).

Рис.7 Рис.8

Сглаживающие фильтры

Для уменьшения пульсаций выпрямленного тока применяются сглаживающие фильтры. Роль простейших сглаживающих фильтров могут играть индуктивные катушки (дроссели), включенные последовательно с нагрузкой, и конденсаторы, включенные параллельно нагрузке. Индуктивное сопротивление дросселя должно быть значительно больше сопротивления нагрузки, а емкостное сопротивление – значительно меньше сопротивления нагрузки. Конденсатор заряжается через вентиль в те моменты времени, когда напряжение на входе в фильтр превышает напряжение на конденсаторе. В остальное время конденсатор разряжается через нагрузку. Таким образом на потребителе всегда сохраняется положительное напряжение, а пульсации сглаживаются.

Рис.9

Дисциплина Электротехника с основами электроники

Тема Выпрямление переменного тока

Закрепляющий материал

Вопрос	Ответ
1. Выпрямителем называется:	_________________________________ _________________________________
2. Дополните однополупериодную схему выпрямления тока
3. Зарисуйте график тока после выпрямления однополупериодной схемой	U t I t
4. Покажите путь тока на мостовой схеме выпрямления при положительной (а) и отрицательной (б) фазе напряжения трансформатора	а) б)
5. Зарисуйте график тока после выпрямления мостовой схемой	I t
6. Покажите путь тока на однополупериодной схеме выпрямления при положительной фазе напряжения на первой обмотке трансформатора и отрицательной на второй и третьей обмотках
7. Зарисуйте график тока после выпрямления трехфазного тока однополупериодной схемой	I t
8. Покажите путь тока на двухполупериодной схеме выпрямления при положительной фазе напряжения на первой обмотке трансформатора и отрицательной на второй и третьей обмотках
9. Запишите достоинства мостовой схемы выпрямления тока	1. __________________________ 2. __________________________
10. Попытайтесь зарисовать график тока выпрямленного с использованием сглаживающего фильтра	I t

ЗАДАНИЕ НА: 20-24.04

Дисциплина Электротехника с основами электроники

Тема Схемы промышленной электроники

УЧЕБНЫЙ МАТЕРИАЛ

Генератор колебаний.

В практике бывают случаи, когда необходимо постоянный ток преобразовать в переменный. Это можно сделать с помощью генератора колебаний. Различные типы генераторов колебаний применяются в устройствах автоматики, измерительной технике, радиоаппаратуре и т.д.

Рассмотрим генератор колебаний на примере схемы электрического звонка, работающего на стандартной батарейке с напряжением 4,5В.

4,5В

1К Т

С 3К

Чтобы прочитать схему электроники рекомендуется придерживаться несложных правил:

1) Опознать элементы схемы;

2) Найти источник тока и потребитель;

3) Найти путь рабочего тока;

4) Проанализировать токи управления.

- В данной схеме мы наблюдаем источник питания (4,5В), кнопку, два резистора: 1 кОм и 3 кОм, конденсатор, транзистор, индуктивную катушку и динамик.

- Источником тока служит батарейка, напряженим 4,5кВ, а потребителем – динамик.

- При нахождении рабочего тока используем ранее полученные знания. Ток, протекающий через резисторы при их сопротивлении более тысячи Ом, не может нести реальную мощность, т.е. быть рабочим. Через транзистор основной ток течет по линии эмиттер-коллектор.

1К

С 3К

- Резисторы 1К и 3К выполняют роль делителя напряжения, т.е. разделяют напряжение источника 4,5В на части пропорционально своим номиналам и задают, таким образом, потенциал рабочей точки транзистора. Конденсатор С открывает путь кратковременному току с катушки на базу транзистора, но закрывает путь постоянному току. Катушка способна вырабатывать токи самоиндукции в момент закрытия транзистора.

При замыкании кнопки звонка появляется ток резисторов и устанавливается потенциал рабочей точки транзистора. Транзистор открывается и замыкается цепь рабочего тока. Однако, катушка осуществляет самоиндукцию, ЭДС которой направлена в обратную сторону и воздействует через конденсатор на базу транзистора, закрывая его. Таким образом, в цепи образуется импульсный ток, сопровождающийся явлением самоиндукции в катушке. Вследствие этого на динамик воздействует переменное напряжение, которое приводит к колебаниям мембраны и появлению звукового сигнала. Тональность звукового сигнала можно регулировать изменением емкости конденсатора.

Усилитель колебаний.

В промышленной электронике часто возникает необходимость в усилении электрических сигналов, например, при измерениях неэлектрических величин электрическими методами, контроле и автоматизации производственных процессов, радиотехнике и телемеханике. Для решения этих задач используют электронные усилители, которые мы рассмотрим на примере усилителя низкой (звуковой) частоты (УНЧ).

-E

R₁R_к

А С₂

C₁

R_нU_вых

U_вх R₂R_э

Входной сигнал, поступающий на базу усилителя, как правило, бывает очень мал. Изменение тока базы вызывает изменение тока коллектора, имеющего большую мощность за счет более высокого напряжения питания усилителя (+Е). При этом колебания тока коллектора и падения напряжения на R_к изменяется пропорционально току базы. Однако на коллекторе ток имеет только положительную составляющую. Для получения точного отображения колебаний входного тока нагрузка подключается последовательно с конденсатором С₂ к точка А. Тогда при закрытии транзистора ток нагрузки течет по направлению «вверх», а при открытии транзистора за счет разрядки конденсатора по направлению «вниз». В результате колебания тока нагрузки R_н могут полностью соответствовать колебаниям входного тока. Для того, чтобы транзистор реагировал как на уменьшение, так и на увеличение тока базы, задается определенный ток базы, который принято называть рабочей точкой транзистора. Для того, чтобы задать рабочую точку в схему включены резисторы R₁ и R₂. Конденсатор С₁нужен для отделения переменной составляющей тока базы от постоянной, т.е. для того, чтобы устранить влияние случайных токов.

Триггер Шмитта.

Триггер - это устройство с двумя устойчивыми состояниями равновесия, предназначенное для записи и хранения информации. Под действием входных сигналов триггер может переключаться из одного устойчивого состояния в другое. При этом напряжение на его выходе скачкообразно изменяется. Триггер Шмитта — электронное устройство, предназначенное для преобразования непрерывно меняющегося сигнала в прямоугольные импульсы. Например, сигнал температурного датчика имеет вид плавно меняющегося тока. А двигатель вентилятора охлаждения, которым управляет датчик может воспринимать выраженный ток по принципу «либо есть либо нет».

-Е

R₁

T₂

T₁

U_вх

R₂

+Е

Электродвигатель будет включаться катушкой К. При увеличении входного сигнала U_вх транзистор Т₁ будет открываться, и потенциал точки А будет достаточно быстро смещаться от –Е к +Е вследствие падения напряжения на транзисторе. При этом база транзистора Т₂, имеющая этот же потенциал откроет транзистор значительно быстрее, так что ток катушки К возрастет от нуля до номинального практически мгновенно. Аналогично будет происходить выключение транзистора Т₂.

U_вх

а) t

U_вых

б) t

На графике показано плавное изменение входного сигнала (а) и ступенчатое изменение выходного сигнала, т. е. напряжения, падающего на катушку триггера.

4. Контактно-транзисторная система зажигания.

Как известно широко распространенная батарейная система зажигания автомобиля имеет недостаток: износ вследствие подгорания контактов прерывателя.

Г Р

СЗ

ЗЗ R₁R₂

+ -

КЗ

АБ П

АБ – аккумуляторная батарея;

Г – генератор;

ЗЗ – Замок зажигания;

R₁ и R₂ - вариатор;

КЗ – катушка зажигания;

Р – распределитель;

П – прерыватель;

СЗ – свеча зажигания.

Этот недостаток устраняется заменой прерывателя транзистором Т, который разрывает первичную цепь зажигания на молекулярном уровне. В момент размыкания контактов прерывателя исчезает ток в цепи импульсного трансформатора ИТ. Это вызывает самоиндукцию, и происходит бросок напряжения на базу транзистора. Транзистор запирается. Таким образом, достигается то же самое выключение тока в катушке зажигания, которое приводит к образованию высокого напряжения электромагнитной индукции во вторичной обмотке катушки зажигания.

Г Р

СЗ

R₁ R₂Т

КЗ

АБ

ИТ

Дисциплина Электротехника с основами электроники

Тема Схемы промышленной электроники

Закрепляющий материал

Вопрос	Ответ
1. Правило чтения схемы электроники заключается в следующем:	1._________________________________ 2._________________________________ 3._________________________________ 4._________________________________
2. Зарисуйте схему электрического звонка, дополнив ее и обозначив элементы.
3. В схеме «генератор колебаний» (электрический звонок) резисторы 1К и 3К исполняют роль:	__________________________________
4. В схеме «генератор колебаний» (электрический звонок) конденсатор нужен для того, чтобы:	__________________________________ __________________________________
5. В схеме «генератор колебаний» (электрический звонок) транзистор нужен для того, чтобы:	__________________________________
6. Главным элементом схемы «усилитель колебаний» является:	_________________________________ _________________________________
7. В схеме «усилитель колебаний» резисторы R₁ и R₂ исполняют роль:	__________________________________
8. В схеме «усилитель колебаний» конденсатор C₁ служит для:	_________________________________ _________________________________
9. Дополните схему усилителя НЧ и выполните обозначения:
10. Триггер Шмитта служит для:	________________________________ ________________________________
11. Триггер Шмитта включает в себя:	1.________________________________ 2.________________________________ 3.________________________________
12. Зарисуйте схему зажигания автомобиля, дополнив и превратив ее из батарейной в контактно-транзисторную.

ЗАДАНИЕ НА: 27-30.04

Дисциплина Электротехника и электроника

Тема Производство и распределение электрической энергии

УЧЕБНЫЙ МАТЕРИАЛ

Энергетика России.

Какую роль в жизни развитого государства играет энергетика?

Ответ на этот вопрос дает история развития России на протяжении последних 100 лет. Накануне первой мировой войны Россия входила в пятерку наиболее промышленно развитых стран мира, имея в т.ч. достаточно развитую по тем временам энергетическую базу. Установочная мощность всех электростанций составляла 1,1 млн кВт, производство электроэнергии – 1,9 млрд кВтхч. В Москве и С-Петербурге функционировали энергетические структуры: электрические сети.

После первой мировой и гражданской войн, однако, в стране царило полнейшее разорение, в т.ч. в энергетике (экономика России составляла 1% мировой экономики). Практически все электростанции прекратили функционирование.

В основу стратегического развития новой России 2-й съезд Советов положил программу Государственной электрификации России – ГОЭЛРО, принятую 22 декабря 1920 года. В соответствие с планом к 1930-35г планировалось построить 30 электростанций, общей мощностью 1,75 млн кВт.

ДИНАМИКА РОСТА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МОЩНОСТЕЙ РОССИИ (СССР)

В 20-М И НАЧАЛЕ 21-ГО ВЕКА

Год	Установленная мощность, млн кВт	Произведено эл. энергии, млрд кВт_хч
1913 (Россия)	1,1	1,9
1920 (СССР)	1,2	0,5
План ГОЭЛРО 1930-35гг	1,75	8,8
1930 (СССР)	2,0	8,4
1940 (СССР)	11,2	48,3
1950 (СССР)	19,6	91,2
1960 (СССР)	66,7	392,3
1970 (СССР)	166	741
1980 (СССР)	267(Россия-165)	1350
1990 (Россия)	213	1082
1995 (Россия)	215	860
2000 (Россия)	213	878
2005 (Россия)	220	930
2010 (Россия)	230	1030
2015 (Россия)		1110 -1205 (план)
2020 (Россия)		1215-1365(план)

Нетрудно заметить, что экономика страны развивалась в соответствие с развитием энергетики. К 1940 году СССР — это промышленно развитое государство, экономика которого (10% мировой экономики), превзошла сильнейшую в Европе экономику Германии, а во второй половине столетия – это сильнейшее наряду с США государство в мире (20% мировой экономики), имеющее необычайные достижения в космосе, атомной промышленности, военной и гражданской технике.