Тема 2. Трансформаторы и дроссели ИВЭП

Принцип действия и устройство трансформатора, режимы работы, параметры, а также специальные типы трансформаторов следует изучать по /1,2,3/. Основы расчета характеристик и проектирование трансформатора приведены в /1,4/. Там же приведены сведения о трансформаторах высокочастотных преобразователей и импульсных трансформаторах. Автоматизированный расчёт трансформатора электропитания выполняется в лабораторной работе №1 «Расчёт трансформатора электропитания». Проверкой готовности к выполнению лабораторной работы являются выполненное домашнее задание и (или) результаты тестирования по этой теме.

Вебер-амперные характеристики дросселей, их классификация, параметры, назначение, применение в устройствах электропитания изучаются по /2,3/ самостоятельно. Проверкой степени усвоения материала является тестирование.

Магнитные усилители, назначение и требования, предъявляемые к ним, характеристики, особенности конструкции, а также применение магнитных усилителей в устройствах электропитания изучаются по /2,3/ самостоятельно. Проверкой степени усвоения материала является тестирование.

Домашнее задание к лабораторной работе №1 «Расчёт трансформатора электропитания»

1. Приведите схему с включенными измерительными приборами в режиме холостого хода трансформатора и определите коэффициент трансформации n, активное и полное сопротивления холостого хода r_o и z_o, мощность потерь в магнитопроводе Р_ст. В таблице 1.1 приведены показания ваттметра W, амперметра I, вольтметров U₁и U₂.

Таблица 1.1

№ варианта	W, Вт	I, А	U₁, В	U₂, В




		2,4






		1,2
		1,8



		2,5
		1,5

		1,8

2. Приведите схему с включенными измерительными приборами в режиме короткого замыкания. Какие параметры трансформатора определяются в этом режиме?

3. Что называется полной отдаваемой и полной потребляемой мощностью трансформатора?

4. Что характеризует собой типовая мощность трансформатора и в чём её отличие от мощности, потребляемой трансформатором из сети? Назовите схемы выпрямителей, в трансформаторах которых эти мощности одинаковы.

5. Приведите расчетные формулы, поясняющие влияние частоты на габаритные размеры, массу и число витков обмоток трансформатора.

6. Как зависят потери мощности и КПД трансформатора от тока нагрузки?

7.Каков рекомендуемый диапазон значений коэффициентов трансформации автотрансформаторов и почему?

8. В таблице 1.2 приведены коэффициент трансформации автотрансформатора n и мощность, передаваемая в нагрузку Р_н. Определите габаритную мощность трансформатора и мощность, передаваемую в нагрузку за счет электрического соединения нагрузки с источником.

Таблица 1.2

№ варианта	n	Р_н, Вт

	1,2
	1,3
	1,4
	1,5
	1,6
	1,7
	1,8
	1,9

	2,2
	2,3
	2,4
	2,5

	1,2
	1,3
	1,4
	1,5

9. Каким образом производится выбор магнитопровода трансформатора? Приведите расчетную формулу.

10. Как определяют число витков первичной и вторичных обмоток? Приведите расчетные формулы.

11. Как выбирают обмоточные провода? Приведите расчетную формулу.

12. В чём заключается проверка теплового режима трансформатора?

13. В чём заключаются особенности расчёта трансформатора преобразователя?

Тема 3. Выпрямители

Принцип действия однотактных и двухтактных трехфазных выпрямителей, их параметры, влияние индуктивностей рассеяния обмоток трансформатора, сопротивлений диодов и резистивных сопротивлений обмоток трансформатора на работу выпрямителя, а также их внешние характеристики следует изучать по /1,2,3,4/. Исследование этих выпрямителей проводится в лабораторной работе №2 «Исследование трехфазных нерегулируемых выпрямителей».

Домашнее задание к лабораторной работе №2 «Исследование трехфазных нерегулируемых выпрямителей»

1.Начертите схемы трехфазных выпрямителей. Покажите на схемах включение приборов для измерения токов, протекающих через вентиль, первичную и вторичную обмотки трансформатора и нагрузку, а также приборов для измерения напряжений на вторичной обмотке трансформатора и нагрузке. Приборы, каких систем следует применять для измерения этих токов и напряжений? Пронумеруйте вентили так, как показано на рис. 2.1, а и рис. 2.2, а.

2. Изобразите временные диаграммы фазных напряжений. Используя их и соблюдая один масштаб по оси wt, постройте временные диаграммы токов и напряжений, указанных в табл. 2.1. Нагрузка активная. Индексы означают:
1 - первичная обмотка трансформатора;
2 - вторичная обмотка трансформатора;
0 - нагрузка;
а - вентиль;
А, В, С - фазы трехфазной сети. Например, u_а5 - напряжение на 5-м вентиле; i_2C - ток, протекающий через вторичную обмотку трансформатора фазы С. Номер варианта узнайте у преподавателя.

Таблица 2.1

Номер варианта	Схема выпрямления
Трехфазная с нулевым выводом	Схема Ларионова
	u_а1, i_а₂	u_а1, i_а_{5 ,}i_2A
	u_а_2, i_а₃	u_а_3, i_а_{6 ,}i_2B
	u_а₃, u₀	u_а₃ _, i_а_{1 ,}i_2C
	i_а1, u_а₂	u_а₄ _, i_а_{2 ,}i_1A
	i_а₃, u_а₃	u_а₅ _, i_а_{3 ,} i_1B
	i_а3_, u_а1	u_а₆ _, i_а_{4 ,} i_1C
	u₀ _, i_2A	i_а1 _, u_а_{1 ,}u₀
	i_2A _, u_а₃	i_а₂ _, u_а_{2 ,}i _2A
	i_2B _, u_а₂	i_а₃ _, u_а_{3 ,}i _2B
	i_2C _, u_а₁	i_а₄ _, u_а_{4 ,}i_2C
	i_а1, u_а₂	i_а1 _, u_а_{1 ,}u₀
	i_а3_, u_а1	i_а₄ _, u_а_{4 ,}i_2C
	u_а1, i_а₂	i_а₃ _, u_а_{3 ,}i _2B
	i_2A _, u_а₃	i_а₄ _, u_а_{4 ,}i_1A
	i_2B _, u_а₂	u_а_3, i_а_{6 ,} i_1A
	i_2C _, u_а₁	i_а₂ _, u_а_{2 ,} u₀
	u₀ _, i_2A	i_а₄ _, u_а_{4 ,}i _2B
	i_2A _,u_а₂	i_а₃ _, u_а_{3 ,}i_1A
	i_а₃, u_а₃	u_а_3, i_а_{6 ,} i _2B
	u_а_2, i_а₃	i_а₂ _, u_а_{2 ,} i _2B

3. Заполните таблицу 2.2. Правая часть граф, поделенных на две, предназначена для внесений экспериментальных данных.

Таблица 2.2

U₀/U₂

I₂/I₀

I_a/I₀

S_T/P₀

U_обр_max/U₀

I_amax/I₀

K_П

Схема с нулевым выводом

Схема Ларионова

4. Приведите уравнения внешних характеристик исследуемых выпрямителей, работающих на активную нагрузку, с учетом индуктивностей рассеяния обмоток трансформатора.

Принцип построения однотактных и двухтактных однофазных выпрямителей изучайте по /1,2,3,4/. Влияние на работу этих выпрямителя характера нагрузки, индуктивностей рассеяния обмоток трансформатора, сопротивлений диодов и резистивных сопротивлений обмоток трансформатора проанализировано в /1,2,3/. Анализ выпрямителей при нагрузках с различной реакцией рассмотрен в /1,2,3,4/.

Внешние характеристики этих выпрямителей рассмотрены в /1,2,3/. Особенности работы трансформатора в выпрямителе и порядок расчета характеристик выпрямительных устройств лучше изучать по /1,3/. В /1/ приведены примеры расчета однофазных выпрямителей, работающих на нагрузку различного характера.

В качестве примера выпрямителя с умножением по /1,2,4/ следует изучить работу схемы удвоения.

Проверкой готовности к выполнению лабораторной работы являются выполненное домашнее задание и (или) результаты тестирования по этой теме.

Домашнее задание к лабораторной работе №3 «Исследование однофазных выпрямителей»

1. Начертите схемы выпрямителей, указанные в таблице 3.1. Покажите включение приборов для измерения напряжения и тока на вторичной обмотке трансформатора U₂ и I₂, выпрямленных напряжения U₀ и тока I₀.

2. Начертите временные диаграммы работы этих схем. Характер нагрузки и виды временных диаграмм указаны в таблице 3.1. Индексы означают:
2 - вторичная обмотка трансформатора;
0 - нагрузка;
а - вентиль.
Номер варианта выберите по указанию преподавателя.

Таблица 3.1

Номер варианта	Схема выпрямления
однополупериодная	двухполупериодная с нулевым выводом	мостовая	удвоения
	RC(i_a _, u₀)	RL(i₂ _, u_a)
	RL(i_a _, u₀)	RC(i_a _, u_a)
		RL(i_a _, u₀)		RC(i₂ _, u_a)
		RC(i_a _, u_a)		RL(i₂ _, u₀)
	RC(i_a _, u₀)		RL(i₂ _, u₂)
	RL(i_a _, u_a)		RC(i₂ _, u_a)
			RL(i_a _, u_a)	RC(i₂ _, u_a)
			RC(i_a _, u₀)	RL(i₂ _, u_a)
		RL(i_a _, u_a)	RC(i₂ _, u₀)
		RC(i₂ _, u_a)	RL(i_a _, u₀)
	RC(i_a _, u₀)	RL(i_a _, u₀)
		RC(i_a _, u₀)	RL(i_a _, u₀)
			RC(i_a _, u₀)	RL(i_a _, u_a)
	RL(i_a _, u₀)			RC(i_a _, u_a)
	RC(i₂ _, u₀)			RL(i_a _, u₀)
		RC(i₂ _, u₀)	RL(i_a _, u₀)
		RL(i_a _, u₀)	RC(i_a _, u_a)
		RL(i₂ _, u₀)		RC(i_a _, u₀)
	RC(i_a _, u_a)		RL(i_a _, u_a)
			RC(i_a _, u₀)	RL(i_a _, u_a)

3. Заполните таблицу 3.2.

Таблица 3.2

Схема (нагрузка активная)	U₀/U₂	I₀/I₂	I_amax/I₀	U_обрmax/U₀	S_T/P₀	K_П
однополупериодная
двухполупериодная
Мостовая

4. Рассчитайте выпрямитель, создающий на нагрузке постоянное напряжение 20 В при токе 0,2 А. Напряжение сети равно 220 В, частота 50Гц. Конденсаторы, входящие в схему выпрямителя и фильтра, имеют общую емкость 200 мкФ. Выберите ту схему выпрямления из рассмотренных в п.1 и п.2, характер нагрузки которой активно-емкостный. Необходимо выбрать диоды, а также определить типовую мощность и коэффициент трансформации трансформатора, коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения.

5. Приведите уравнения внешних характеристик рассматриваемых выпрямителей. Чем они отличаются?

Сглаживающие фильтры, их параметры, однозвенные и многозвенные фильтры, основные схемы пассивных и активных фильтров рассмотрены в /1,2,3,4/. Основы расчета фильтров также можно изучать по одному из выше приведенных источников, но проще расчет к лабораторной работе №4 «Исследование сглаживающих фильтров» выполнять по /4/. Проверкой готовности к выполнению лабораторной работы являются выполненное домашнее задание и (или) результаты тестирования по этой теме.

Домашнее задание к лабораторной работе №4 «Исследование сглаживающих фильтров»

1. Определите параметры простейшего фильтра. Учитывая параметры нагрузки, выберите тип простейшего фильтра и рассчитайте индуктивность дросселя (или емкость конденсатора). Напряжение на нагрузке U₀=20 В, частота тока f_c =50 Гц, выпрямитель собран по мостовой схеме. Величина параметра Н=200, сопротивление фазы выпрямителя r =30 Ом. Данные для расчета простейших фильтров приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Номер варианта	Сопротивление R_н, Ом	Коэффициент пульсаций К_П
		0,006
		0,08
		0,03
		0,08
		0,006
		0,1
		0,03
		0,08
		0,006
		0,1
		0,006
		0,08
		0,03
		0,08
		0,006
		0,1
		0,03
		0,08
		0,006
		0,1

2. Приведите схему фильтра, рассчитайте коэффициент сглаживания q и коэффициент пульсаций на его выходе. Напряжение на выходе выпрямителя U₀=20В , частота тока f_c =50Гц, выпрямитель собран по мостовой схеме. Определите напряжение на выходе фильтра и КПД. Данные для расчета параметров пассивных фильтров приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2

Номер варианта	R_н, Ом	Параметры фильтра	Тип фильтра
		С1=С2=1000 мкф; L=1,3 Гн; r_L=40 Ом	П-образный, LC
		С=1000 мкф; L=1,3 Гн; r_L=40 Ом	Г-образный, LC
		С1=200 мкф; С2=2000 мкф; r_L=80 Ом	П-образный, LC
		С=1000 мкф; L=1,2 Гн; r_L=80 Ом	Г-образный, LC
		С1=С2=1000 мкф; L=1,3 Гн; r_L=40 Ом	П-образный, LC с послед. резонансом
		L=1,2 Гн; r_L=40 Ом	Г-образный, LC с послед. резонансом
		R_ф=30 Ом; С1=С2=1000 мкф	П-образный, RC
		R_ф=30 Ом; С = 1000 мкф	Г-образный, RC
		С1=С2=1000 мкф; L=1,2 Гн; r_L=80 Ом	П-образный, LC
		С=2000 мкф; L=1,2 Гн; r_L=80 Ом	Г-образный, LC
		С1=С2=1000 мкф; L=1,2 Гн; r_L=80 Ом	П-образный, LC
		С=2000 мкф; L=1,2 Гн; r_L=80 Ом	Г-образный, LC
		R_ф=30 Ом; С1=С2=1000 мкф	П-образный, RC
		С=1000 мкф; L=1,2 Гн; r_L=80 Ом	Г-образный, LC
		R_ф=30 Ом; С1=С2=1000 мкф	П-образный, RC
		С=2000 мкф; L=1,2 Гн; r_L=80 Ом	Г-образный, LC
		С1=С2=1000 мкф; L=1,2 Гн; r_L=80 Ом	П-образный, LC
		R_ф=30 Ом; С = 1000 мкф	Г-образный, RC
		R_ф=30 Ом; С1=С2=1000 мкф	П-образный, RC
		С=1000 мкф; L=1,2 Гн; r_L=80 Ом	Г-образный, LC

3. Приведите схему транзисторного фильтра, поясните его принцип действия и назначение элементов схемы. Рассчитайте q, k_пвых, Напряжение на выходе выпрямителя U₀=20 B, f_c=50 Гц, выпрямитель собран по мостовой схеме. На выходе выпрямителя, то есть на входе фильтра включен конденсатор С1. В базовой цепи транзистора КТ808А находится Г-образный RC-фильтр. Данные для расчета активного фильтра приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3

Номер варианта	С1, мкф	С, мкф	R, Ом

4. Составьте таблицы для записи результатов экспериментального определения зависимостей коэффициента пульсаций на выходе k_пвых, КПД, коэффициента сглаживания q от тока нагрузки I₀. В таблицах должны быть графы для внесения показаний приборов, по которым будут рассчитаны указанные зависимости, а также результатов расчета k_пвых, q, КПД.

Управляемые (тиристорные) выпрямители вынесены на самостоятельное изучение. Материал подробно изложен в /1,2,3,4/. Следует рассмотреть режимы работы двухполупериодного выпрямителя на нагрузку с резистивной, индуктивной реакцией, с обратным диодом, их регулировочные характеристики, но проще расчет к лабораторной работе №5 «Исследование управляемого выпрямителя» выполнять по /4/. Проверкой готовности к выполнению лабораторной работы №5 являются выполненное домашнее задание и (или) результаты тестирования по этой теме.

Домашнее задание к лабораторной работе №5 «Исследование управляемого выпрямителя»

1. Начертите схему однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя с импульсно-фазовым управлением. Изучите его работу. Покажите включение приборов для измерения напряжения на вторичной обмотке силового трансформатора U₂ , выпрямленных напряжения U₀ и тока I₀.

2. Начертите временные диаграммы работы этой схемы. Характер нагрузки и виды временных диаграмм указаны в табл. 5.1. Индексы означают:

2 - вторичная обмотка силового трансформатора;

0 - нагрузка;

а1 - первый тиристор;

а2 - второй тиристор;

К1 - коллектор транзистора VТ1 схемы управления;

К2 - коллектор транзистора VТ2 схемы управления;

RL с VD – RL-нагрузка с обратным диодом.

Сначала приведите временные диаграммы напряжения на вторичной обмотке силового трансформатора, и импульсы напряжения управления u_у.

Таблица 5.1

Номер варианта	Угол управления
30º	60 º	90 º	150 º
	R(u_k1, u_y1, u₀)
	RL(u_k1, u_y1, u₀)
		R (u_y1, u_a1, u₀)
		RL (u_y1, u_a1, u₀)
			R (u_y₂, u_a₂, u₀)
				R (u_y₂, i_a2, u_a2)
	RL (u_y1, u₀, u_a1)
		RL (i_a1, u_a1, u₀)
			RL (i_a1, u_a2, u₀)
				R (u_k2, i_a2, u₀)
	RL (i_a1, u_a1, u₀)
		RL с VD(u_k2, i_a2, u₀)
			RL (u_y1, u_a1, u₀)
			RL с VD (u_y1, u_a1, u₀)
		RL (u_y1, u_a1, u₀)
				RL с VD (u_y1, u₀, u_a1)
	RL с VD(i_a1, u_a1, u₀)
		R(u_k1, u_y1, u₀)
			RL (u_y₂, i_a2, u_a2)
				R(u_k1, u_y1, u₀)

3. Приведите регулировочную характеристику выпрямителя с нагрузкой, указанной в табл. 5.1.

4. Напряжение на вторичной обмотке силового трансформатора, U₂=20 В. Угол управления и характер нагрузки заданы табл. 5.1. Определите постоянное напряжение на нагрузке, максимальное обратное и максимальное прямое напряжения на тиристоре.

5. Перечислите достоинства и недостатки управляемых выпрямителей. В чем причина повышенного потребления реактивной мощности управляемым выпрямителем? Какие меры применяются для повышения коэффициента мощности управляемого выпрямителя?

Наши рекомендации

Тема 1. Трансформаторы

Дроссели постоянные и переменные.

Тема №1.7. Трансформаторы

Лекция 8 «Трансформаторы, дроссели и магнитные усилители»

Катушки индуктивности, реакторы, дроссели, трансформаторы, автотрансформаторы и магнитные усилители (ГОСТ 2.723-68)

Катушки, дроссели, трансформаторы

Раздел 2 ОБЗОР СТРУКТУРНЫХ СХЕМ ИВЭП

Структурная схема ИВЭП с активным корректором мощности (ККМ)

Тема 14. Измерительные трансформаторы.(1/0/0;1/0/0)

Тема 7. Структурные схемы ИВЭП. Источники и системы бесперебойного питания

← Предыдущая страница | Следующая страница →