Трансформаторно-выпрямительный блок(рис1 )

Трансформаторно-выпрямительный блок(рис1 )

Состоит: трансформатор, выпрямитель, ФНЧ. Тр-р преобразует переменное U питающей сети в перемен напряжение с др. параметрами и осуществляет гальваническую развязку питающей сети и нагрузки. Сх.выпр-ия обеспечивает преобразование знакопеременного U в знакопосотоянное или пульсирующее. ФНЧ это сглаживающий фильтр,он уменьшает амплитуды перемен.сост-ей выпрямленного напряж.до допустимого нагр.значения Основой ТВБ явл-ся выпр-ль. От схемы выпр-я зависит расчет параметров трансф-ра и ФНЧ. Выпр-ль может быть управляемым, что позволяет регулировать выходное U ТВБ. В общем случае ТВБ как функци-ый узел должен иметь цепь защиты, сигнализации и т.д. ТВБ питается от сети переменного тока 380\220V с частотой 50Гц. Такая частота явл-ся низкой, а все устр-во имеет относительно большие габаритные размеры.

Обл-ть применения: электропитающие уст-ва средней (>500Вт) и большой (>1кВт) мощности, маломощные блоки не силовых цепей (вспомогат).

2.

Трансформаторы, общие сведения.

Трансф-м наз-ся статический электромагнитный аппарат преобраз хар-ки электроэнергии переменного I:уровень U,величину I, число фаз, частоту и т.д. Т.о. тр-р это АС\АС (перемен ток \ перемен ток)преобразователь

Основные элементы: магнитопровод с сечением Sст и обмотки. Магнитопроводы могут быть разл конструкции: стержневые, броневые, тороидальные. Сердечник изготавл-т из электротехнических сталей(низкие частоты), ферритов (частоты 20-200кГц) и др материалов. Материал магнитопровода хар-ся: индукцией насыщения Bm, и магнитной проницаемостью .

Принцип действия основан на э\м взаимод 2х или > обмотках, которые диэлектричеки друг с другом не связаны (это гальванич развязка). Обмотка на которую подается U наз-ся первичной, все остальные- вторичные.

Когда магн поток проходит сквозь поверхность, ограниченную обмоткой с инукт L по которой протекает ток i, а число витков W в обмотке индуцируется ЭДС . Если ток измен по гармонич закону, то апмлит эдс Em и ее действующ значение E. , , где f- частота изменения тока(частота напряжения питающей сети).

4.

Режим и опыт хх

Под режимом ХХ понимают работу тр-ра с разомкнутой 2-ой обмоткой. При опыте ХХ к 1-ой обмотки подводится номин. U_1ном. На концах разомкнутой 2-ой обмотки подводится то же номин U_2ном. При этом ток ХХ I₀ определяет качество материала сердечника. Чем меньше I₀ для 2-х тр-ов одинаковой мощности, тем лучше матер. сердечника. Считается, что вся потреб. мощность ХХ тратиться на намаг-е сердечника, она обозначается как потеря в стали P_хх=P_ст=const. Во время опыта ХХ определяют коэф-т тр-ции в ур-ии ,I₂=0, поэтому U2=E2. В ур-ии

Током ХХ можно принебречь и тогда U1 приблиз-но =-E1. Коэф-м трансф-ии яв-ся отношение U перв-ой обмотки к U 2-ой обмотки, что соответствует отношению числа витков этих обмоток. n₁₂= n=E1/E2=(4,44W1fФm)(4,44W2fФm)=W1/W2, n~=U1/U2

Схема замещения тр-ра

Рис3.Обмотки тр-ра эл-ки несвязанны, поэтому при расчете и сравнении пар-ов, относящихся к разным обмоткам составляют схему замещения, а сравниваемые величины пересчитывают или приводят к какой-либо одной цепи. Мощности, потери энергии и фазовые соотношения м/у эл-ми величинами пересчету не подлежат. Если рассчитывается пар-р на вх., то втор-ая обмотка приводится к первич-й. W2^/=W1^/. Для расчетов пар-ов на вых. перв-я обмотка приводится ко втор-ой W1^//=W2. Полная мощность втор-ой обмотки реального тр-ра, S₂=E2I2 и приведенного S2^/=E2^/I2^/ должны быть равны, т.е. E2I2= E2^/I2^/. Коэф-т тр-ии равен n=W1/W2=E1/E2, след-но

W2^/=W2n, E2^/=E2n; I2^/=I2/n; r₂^/= r₂n²; х₂^/= х₂n². Анал-но пар-ры перв-й обмотки приводятся ко 2-ой.С учетом ур-я равновесия намаг-х сил I₁W₁+I₂W₂=I₀W₁,можно записать:I1=I0+(-I2)W2/W1=I0-I2^/, где I2^/=I2*W2/W1=(I/n₁₂)I2, n₁₂=n. n-коэф-т тр-ции 1-ой обмотки ко 2-ой. Ур-я I₁=I₀+(-I2)W2/W1=I₀-I₂^/, ,

Представляют собой полную сис-у ур-я тр-ра. Для приведенного тр-ра можно изобразить схему замещения. В этой схеме ветви эл-ой схемы м/у т. А и В предств-т собой сопрот-е Z₀. Z₀=r₀=jх_0, к-е отображает цепь намаг-я сердечника. Lм-индук-ть намаг-я. r₀-эквив-ое сопрот-е тепловых потерь в сердечнике. z₀ определяется в режиме хх. После приведения к пер-ой обмотке, ур-ие примет вид: , а соп-ие нагрузки z^/_н=r^/_н+ х^/_н. Величина вых. нап-я U^/₂ зависит от тока нагрузки I₂^/ и от хар-ра нагрузки z^/_н, т.е. от угла Y2(пси). Y2=arct(х^/₂+ х^/_н)/( r^/₂+ r^/_н)

При индук. хар-ре нагрузки U2^/ меньше, чем E2^/, а при емкост. хар-ре наоборот: U2^/ больше, чем E2^/, т.е. трансфор-ая ЭДС больше, чем на вх.

3.,6

Однофазный трансформатор(Рабочий режим тр-ра)

Рис 2.К первичной обмотке тр-ра W₁ подводится номинальное переменное U и по первичной обмотке протекает ток I.Обтекая первичную обмотку, с числом витков W1, этот ток создает намагничивающую силу НС₁=I₁W₁, которая вызывает магн поток в сердечнике. Большая часть этого потока Ф₀ замыкается по сердечнику и пронизывает витки W₂ вторичной обмотки. Меньшая часть потока Ф_и замыкается внутри обмоток по воздушной среде обмотки и наз-ся потоком рассеивания первичной обмотки Ф_s1и Ф_s2.При возникновении Ф₀ в обмотке W1, возникает ЭДС смаоиндукции, к-я препятствует изм-ю тока I₁ поэтому вектор Е₁ направлен встречно вектору тока I₁. Если питающее U₁ si-ное,то эдс обмотки и поток в сердечнике тоже изменяется по sin-му з-ну. Но эдс Е₁ изменяется в противофазе с U₁, а поток Ф₀ на отстает от U₁. Для первичной обмотки ур-я эдс согласно 1-му з-ну Кирхгофа , , где r-активное сопр, x-индуктивное сопр, Z-полное сопр перв обмотки.

Если сердечник намагничен, то в обмотке W2 наводится ЭДС взаимоиндукции E2. В рабочем режиме обмотка W2 замыкается на сопр-е нагрузки Zн и по ней протекает ток I₂. Обмотки намагничиваются так, что ток I1 намагничивает сердечник, а I2 размагничивает

Поэтому для втор-ой обмотки:

Если нагрузку увеличивать,ток I2 будет возрастать и размагничивать сердечник, но при этом будет возр-ть и потребляемый от сети ток I1, но будет в той же степени намагничивать сердечник. При умен-ии нагр. действия тока I2 и I1 будут снижаться при ХХ, когда Zн стремиться к бескон-ти и вторичная цепь разомкнута I2=0. По первичной обмотке будет протекать ток ХХ I0, он то и определяет основной маг-ый поток тран-ра Ф0.Т.о. при изменении наг-ки ZН в рабочем режиме, маг-ый поток остается пост-м в данном случае.

Ур-ие равновесия намагнич-х силI₁W₁+I₂W₂=I₀W₁.

8

КПД тр-ра

Рис4. В источниках питания КПД- отношение активной мощности P₂ передаваемой в нагрузку к активной потребляемой мощности Р₁. Для тр-ра . Если обозначить коэф-т нагрузки , то КПД=1. Можно определить max КПД. Для этого нужно взять производную по β и приравнять к 0. В рез-те получим: . Это отношение исп-ют при конструирование тр-ов.

7.

Режим и опыт кз

Если во время работы тр-ра закоротить сопрот-е нагрузки Z_н=0, то возникает аварийный режим кз. Т.е U₂=0 и E₂=I₂Z₂, т.е. I2=E2/Z2.

Z₂-это сопр-е обмотки W2, оно мало, поэтому I2 значительно превышает номин. ток и может вызвать порчу тр-ра. Опыт кз производится при пониженом питающем напряжении U,к-е наз-ся напряжение кз- U к.

U к%=( U к/U1ном)100%. U к выбирают так, чтобы токи в обмотке были номин-ми I1, I2 ном. При этом Uк составляет 3-10% U_1ном

При таком малом вх. U маг-ый поток в сердечнике мал. Поэтому в схеме замещения сопротивлением z0 можно пренебреч, т.е. м/у т. А и В цепи нет. Из рис. видно, что в опыте КЗ определяют полное R тр-ра Zк. , , . Т.к. поток в сердечнике мал, что вся подкрепляемая в опыте КЗ мощность тратиться на потери в обмотках тр-ра, поэтому .

Группы соединения обмоток

На рис15 изображен тр-р перв-ой и втор-й обмотки изображены друг под другом. Значит они намотаны на 1 стержень. Стелкой указано направление ЭДС в обмотках видим, что эти направления противоположны. На рис 16 изображены 2 вектора диаграммы для первичной и втор-й обмотки. Векторы одноименных ЭДС направлены противоположно. Т.о. м/у векторами одноименных направлений <180 град. Можно на одном стержне расположить обмотки разных фаз. Можно изменить и направление намотки. Всего определено 12 групп соединения обмоток трансф-ра. Номер группы определяется n_гр=α/30град., где α-угол сдвига м/у одноименными векторами 1-ой и 2-ой обмотки. При соединении звезда-звезда получим только четные группы. При соединении звезда-треугольник получим нечетные группы.

Для рис16 Nгруппы =180/30=6.Практически исп-ся 12 или 0-ая группы (векторы совпадают), 6гр и 11гр звезда-треуг. Маркировка группы тр-ра нужна для подключения его на парал-ую работу.

Трехфазные тр-р

Рис5-11. 3-х трансф-ор имеет 1 первичную обмотку, состоящую и 3 фаз: АХ, ВY, СZ , на к-ые подается семметричные сис-мы синус-х ЭДС(напряжение).U каждой фазы имеет одинаковую частоту и амплитуду, но сдвинуты по фазе на 120 град. Поэтому векторная диаграмма 3-х фазной ЭДС имеет вид(рис). Способы соединения обмоток. Кроме первичной обмотки тр-р имеет одну или несколько вторичных, каждая из к-х 3-х фазная. На рис7 начало и концы вторичной обмотки обозначены малыми буквами, а начало обмоток обозначается точкой.

На рис8 показан сердечник, состоящий из 3-х стержней. На каждый намотана первичная и одноименная 2-ая обмотка. Концы 1-ой и 2-ой соеденены в общую точку, к-ю обозначают О и сюда же присоединяют нулевой провод-нейтраль. Такое соединение наз-ся звезда. Свободные концы 2-ой обмотки подключают к нагрузке. Обходя любой из контуров, Образуемых звездой(7), напрмер по обмотке А от ее начала к концу Х и по обмотке В от Y к В, получим:U_АВ=U_A-U_B, U_ВС=U_В-U_С, U_СА=U_С-U_А. Поэтому линейное U больше фазного в корень из 3. U_л=√3U_Ф Это видно из рис9. При соединении звездой < U_AU_АВ=30 град. Полная мощность 3-х фазной сис-ы , активная составляющая реактивная составляющая , где - угол между приложенными напряжениями и потребляемым током. Для соединения звездой . Соединение треугольником. При соединение треугольником рис(10-11)

конец первой обмотки соединятся с началом второй, конец второй обмотки соединен с началом третьей, конец третьей с началом первой. Т.о. обмотки соединены последовательнои эдс фазы и эдс линейное – одно и тоже Еф=Ел. Линейные же токи

iав, iвc,icв состоят из алгебраических токов 2-х фаз. Линейный ток , , , Геометрическая сумма эдс в замкнутом треугольнике равна 0, поэтому если к зажимам a,b,c вторичной обмотки не присоединена нагрузка рис(13), по обмоткам тр-ра ток протекать не будет. . Соединение зигзаг рис(14)

Соединение обеих частей обмоток производит ток, чтобы их эдс геометрически вычитались. Для этого конец каждой одной половины фазной обмотки соединяют с концом второй половины той же обмотки. Если при этом фазные обмотки разделены пологом, то регулирующая эдс одной обмотки в 1,7 раза > эдс каждой ее половины.

Параллельная работа тр-ра

На трансф-ой подстанции U=6-10 кВ преобразуется в U=380 В понижающими силовыми трансф-рами. Если даже для потребляемой мощности хватает одного трансф-ра на подстанции еще 1 такой же резервный, обеспечивает надежность. Но чаще всего нес-ко тр-ов работают парал-но на общую нагрузку. При их работе должы выполняться след. условия:1)равенство коэфф трансформации, те номинальных первичных и вторичных напряжений 2)принадлежность тр-ов к одинак. группам 3)равенство U кз Рисунок в тетради. В случае невыполнения 1-го условия межу точками присоединения фаз 2-х тр-ов к шинам нагрузки возникает разность потенциалов ∆U.

Она приложена к малому R обмоток трансф-ра. Поэтому по обмоткам могут протекать значительные уравнительные токи . Если не выполнить условие 2, то м/у одноименными векторами 2-х трансф-в на шинах нагрузки так же возникает ∆U. При невыполнении 3-го условия тр-ры обладают разными собственными R. При их параллельн. работе трансф-р с меньшим сопрот.будет перегружен, а с большим недогружен.

12

Выпрямители

Выпр-ль-это преобразователь энергии переменного тока в эл-ую энергию постоянного тока AC\DC преоб-ль. Выпр-ль может явл-ся функциональным узлом ТВБ, входить в состав безтрансформаторного источника питания импульсного типа, использоваться в различных несиловых вспомогательных цепях электропитания. Основной прибор в выпрямители диод или тиристр. Выпр-ли на диодах нерегулируемые, а на тиристорах- позволяет стабилизировать выходное напряжение.

Характеристика выпр-ей.

1)фазность схемы выпр-ия m1 определяется числом фаз питающего U 2)периодичность (тактность) m2 определяется числом импульсов тока, поступающего от выпрямителя к нагрузке за 1 период питающего U 3) U₀ (I₀)- среднее(выпрямленное)значение выходного напряжения (тока). Определяется как среднее значение периодической ф-ии f(wt) на интервале повторяемости этой ф-ии [a,b]. 4)частота пульсации основной 1-ой гармоники выпр-го напряжения или частота пульсаций fп величина кратная частоте сети f_с=50Гц 5)амплитуда пульсации k-ой гармоники выпр-го напряжения Umk 6)коэфф пульсаций по k-ой гармонике-это отношение амплитуды k-ой гармоники выпр-го напряжения к его срднему значению k=Umk/U₀ измеряется в относительных единицах или %, обычно определятся по 1-й гармонике, т.к. она имеет max амплитуду и min частоту.

7)для оценки помех поникающих непосредственно из цепей питания, например в телефонные низкочастотные каналы, используют понятие псофометрической величины пульсаций. Она измеряется псфометром и учитывает не только величину напряжения каждой гармоники, но и ее частоту, к которой чувствительны микротелефонные цепи. , - псофометрические коэфф помех, их величины определяются экспериментально с учетом свойств микротелефона и органов слуха человека. Условно за 1–цу при норме 5кВ принят соот-ий частоте 800Гц. 8)среднеквадратичная величина эффективного значения пульсации, она учитывает суммарное влияние всех гармонических сост-х выпр-го напряжения в общем случае эта величина определяется как действующее значение функции .

Явление перекрытия фаз

На рис 30 изобоажены диаграммы для случая, когда обмотки обладают существенной собственной индуктивностью Ls, которое тоже вызывает эдс самоиндукции. Ток I₀ через фазу max весь период открытого диода поэтому в индуктивном сопр тр-ра при работе фазы создается запас энергии. На рис30 в т. 0 первая фаза должна прекратить работу, но ток i1 продолжает протекать на интервале угла перекрытия до

тех пор, пока есть запас энергии фазы 1. В свою очерь в т.0 открывается вентиль 2-ой фазы и ее ток нарастает на интервале т.о, что

i₁+i₂=const. Отриц-м здесь яв-ся искажение формы U. На интервале U₀=0,5(U₁+U₂). В рез-те U0 нес-ко снижается и появляется широкий спектр высших гармоник в выпрям-м напряжении. Внешняя хар-ка выпр-ля – это зав-ть выпр-го напряжения U₀ от выпр-го тока I₀.

Uo=Uoхх-Iо(mw_сLs)/2π- Iо(r_тр+r_тм) . Iо(mw_сLs)/2π-падение U на внутр-м индук-м R; Iо(r_тр+r_тм)- падение U на активном R. Хар-ка линейна, падающего характера. Чем больше m число фаз выпр-ля, тем больше ее наклон к оси абсцисс.

17

Управляемый выпр-ль

Если в любой схеме выпрямителя вместо диода вх теристоры, вых U выпрям-я можно будет регулировать(стабилизировать) Его ВАХ на рис 34.Теристор-полууправ-ый прибор. Он может открываться либо при падаче высокого анодного Uавкл, либо управляющего импульса на доп-ый управляющий вывод. Ис-ся 2-ой способ, т.к. он позволяет регулировать время отпирания тиристора на управ-ий электрод подается короткий импульс, определенной амплитуды, в рез-те чего рабочая точка перемещается от t =0 вправо. В какой-то момент времени R тиритора становиться отриц-ым, а его состояние неустойчивое и рабочая точка быстро перемещается в т. 2. 2-3=рабочий участок, здесь тиристор ведет себя как диод. Затирается тиристор, когда анодное Uа переходит через точку 0, т.е. управлять можно только –включением. Рис 35. Устройство управления выполняет нес-ко ф-ий: следить за управлением Uвых, вырабатывает управ-ие импульсы, распределяет эти импульсы во времени в соответствии с очередностью отрицания тиристора в их выпрямлении, синхронизирует эти импульсы с синусоидой вх U.

19

Двухтактный выпр-ль

Рис 38. При поступлении управ-го импульса на тирисор VS1 происходит его вкл с углом отпирания a.Рис 39.На вых выпрям-я т. впередается U полуволны 2-ой обмотки U2. В момент wt=π U2 становиться отриц-м и VS1 должен закрыться, но к этому моменту в дросселе L накоплена энергия, и начиная с момента w_t≥π дроссель начинает отдавать накопленную энергию в нагрузку. Если блокировочного диода нет, то путь тока замыкается по цепи. Т.А, т. Rн ch/ n/ 2-0й обмотки, VS1, т.в. Т.е. ток через тиристор VS1 продолжает протекать. След-но, на вых выпр-ля часть отриц-ой полуволны U2. Ср.значение U0 становиться за счет отрицательного импульса на интервале [π;π+a]. Коэф-т пульсации возрастает. Такой режим не исп-ся.

21

Коэф-т полезного дейсвия

С другой стороны КПД рано . Чтобы увеличить КПД, необходимо снижать Z1, т.е. желательно ис-ть дроссель с малым активным R Rдр. Особенности выполнения дросселя рис42. Дроссель представляет собой феррромаг-й сердечник с намотанной на него обмоткой. На графике маг-х хар-к показано, что при наличии постоянной составляющей тока обмотки рабочая т. смещается в т. О^,. По кривой намаг-ия. ∆Н поадает в об-ть намаг-я сердечника, ∆В уменьшается, след0но умеешь-ся маг-я проницаемость μ. Величина Ддр прямопропорцианольно μ, она снижается, сглаживающиеся действия дросселя ослабевают. Если в сердечнике сделать зазор магнито провода, то рабочая точка будет принадлежать другой хар-ке намаг-я т. О^». ∆В возрастает, μ-возрастает, св-ва дросселя восстанавливаются.

24

Г-образный RC ф-р

Рис 43. здесь выпр-ль работает на емкост-ой нагрузке, поэтому фильтр применяется в слаботочных цепях. Достоинсво фильтров - малые габариты. R фильтра влияет на коэф-т сглаживания. Коэф-т сглаживания зависит от Rф. Чем > Rф тем >Q, но в то же время снижается КПД. , поэтому резистор понижают при расчете Rф выпрямителя.

Г- образный LC ф-р

Рис 44.

Наиболее распрастраненный тип фильтров. Переменное U на его вых U_m2 зависит от падения и на эквивалентном R-Z_2э, к-е состоит из параллельно соединенных Rн и Сф. Чтобы получить U_m2 необходимо, чтобы Х_L было велико для переменной составляющей, а Хс-мало.

, . Коэфф сглаживания определяется как . Значение выбираются из . Сначала определяют из расчета ,а потом определяют и обеспечивают заданное . Кпд ф-ра определяется , где . Характеристическое р-ие имеет 2-й порядок и ф-р представляет собой колебательный контур поэтому возможно возникновение резонанса на частоте пульсаций , где . Условие отсутствия резонанса – собственная частота . Это условие всегда выполняется при >3.

25

Резонансные ф-ры

Рис 45. Он состоит из элементов L₁, С_1. Сглаживающее действие обеспечивается резонансом тока .Собственная частота должна быть =1ой гармоники пульсаций выпр-го напряжения, тогда сопр контура L₁, С₁ пропорционально переменному току на частоте = становится гораздо больше чем если бы был один дроссель. Кроме того это сопр чисто активное , те реактивную энергию этот контур не потребляет. Переменная составл , на к-ю настроен фильтр , почти полностью выделяется на контуре и . Но для высших гармоник контур представляет собой сравнительно малое сопр . Для их подавления параллельно ставят конденсатор ф-ра .

Резонанс напряжения: последовательный резонансный контур L₂, С₂ . Здесь используются резонанс напряжений рис 47. Контур также настраивается на частоту основной гармоники выпр-го напряжения. Сопр контура L₂, С₂ тоже чисто активное , где определяют из условия резонанса , , . учитывает сопр обмотки дросселя, активные потери сердечника дросселя и активное сопр С₂ . Если L₂ возрастает, то тоже возрастает. Но можно повысить если снижать. Поэтому в данном случае катушку без сердечника.

26

Многозвенные ф-ры

Рис 49. Они применяются, когда надо получить высокий - коэф-т сглаживания. Обычно ис-ют Г-образный LC ф-р, причем индуктивности и емкости одинаковые .Коэф-т сглаживания определяется произведением , где n-число звеньев. Если звенья одинаковые, то определятся звена, или для нашего случая . Для выпр-ей малой мощности однозвенного ф-ра , а для мощных . Кол-во звеньев можно определить из условия min суммарных значений L + С. Следует учитывать, с увеличением n, порядок характеристического уравнения возрастает, сложнее обеспечить устойчивость и качество переходных процессов. Поэтому q= 2, но не более 3.

П- образный LC ф-р

Рис50.

Его можно представить как 2х звенный, 1-е звено , а второе . - сопр фазы выпр-ля. Коэфф пульсаций на входе ф-ра определяется схемой выпр-ля, который работает на емкостную нагрузку. Коэфф сглаживания определяется из соотношения , где H-параметр выпр-ля, который определяется графически. Т.к. выпрям-ль работает на емкость, дроссель не имеет min значения индуктивности и этот фильтр ис-ся при малых токах, след-но такой фильтр может быть малогаборитным.

27

Оценка качества ТВБ

Полная мощность потребляемая из сети определяется выражением (1), где i₁ первая гармоника тока первичной обмотки, u_{1 –}импульсное напряжение приложенное к 1-й обмотке. С другой стороны имеет соотношение (2) ВА. Где -активная (Вт), - реактивная (ВА), - мощность искажений потребляемое из сети. Это та часть, которая полезно используется в нагрузке, причем Uс – это угол сдвига фаз м/у U1 и 1-ой гармоникоц потребляемого тока I₁₁. При расчете кпд определяется из (4), где определяется потерями на активных сопр фазы тр-ра. Кпд (5) показывает какая часть активной потребляемой мощности явл-ся полезной м используется потребителем. Реактивная составл потребляемой мощности (6) используется для намагничивания индуктивных потребителей измеряется в ВА реактивных (Вт). Она не выполняет полезной работы и циркулирует между источником тока и потребителем. Тр-р выбирается по габаритной мощности (7), которая наз-ся кажущейся , типовая номинальная. Определяется как среднеарифметическая габаритных мощностей всех обмоток (8)и (9). Габаритная мощность тр-ра S₁ и S₂ характеризует его размеры. Действительно число витков в каждой фазе определяет эдс, те U₁ и U₂. Сечение провода определяется током, а размеры сердечника – произведением тока, эдс и число фаз, те мощности передаваемую в нагрузку. Т.о габаритная мощность определяется по действующему значению sin-го U1 и тока основной частоты. Эта мощность > полезной мощности, отдаваемой тр-ом в нагрузку, поэтому ее наз-ют кажущейся. Коэфф использования тр-ра (11) отражает долю активной в общей габаритной мощности тр-ра. -габаритные мощности обмоток тр-ра, чем лучше используется тр-р тем меньше полезная мощность нагрузки. Отличается от габаритной мощности тр-ра и тем больше коэфф использования тр-ра. Реактивная мощность искажений (14) хар-ет разницу между полной потребляемой мощностью и габаритной мощностью тр-ра. Эта разница есть всегда, хотя бы потому что в структуру ТВБ входит существенно не линейный элемент – вентиль, которых находится под воздействием sin-го напряжения. В любом случае потребляемый ТВБ ток всегда будет содержать высшие гармоники.

Параметр (15) показывает какую часть от полной мощности составляет активная. Здесь - условный угол между U₁ и воображаемым током I₁, если он был бы sin-ым. <1 из за наличия намагничивающего тока тр-ра, реактивности нагрузки, реактивного сопр обмоток тр-ра. Коэфф формы тока (16) – тол отношение кажущейся (габаритной) мощности тр-ра к полной потребляемой. Если использовать (15) и умножить числитель знаменатель на величинуSкажущейся, то получим соотношение (17). Очевидно, (18). Т.о коэфф мощности самого ТВБ < чем сети. Действительно, сети не является коэфф мощности тр-ра, а характеризует сдвиг фаз между u₁, а потребляемый ток содержит не только 1-ю, но и высшие гармоники. Чем больше искажена форма тока тем меньше и меньше (19). Если бы потребляемый ток не содержал высших гармоник, то выполнялись бы соот-ия (20). Предприятия платят и за активную и за реактивную составл потребляемой энергии. сети ограничен величиной 0,95. чтобы выполнить это условие предприятие ставит обычные тр-ые подстанции батарею компенсирующих конденсаторов. При этом реактивная энергия емкостного характера компенсирует употребляемую индуктивного характера.

29

Ключевой режим работы тр-ра

В ППН исп-ют в основном электронные ключи на транз-ах, они полностью управляемые, могут обеспечить высокий кпд,имеют малые габариты.ВАХ БПТ приведены на рис.52,а ПТ на рис 54.При работе электронного ключа на его управляющий вывод подается импульсное напряж-е с периодом Т и шириной импульса tи

,fк- частота коммут-ии ключа. Коэфф-т заполнения опред-ся как. меньше 1

.Рассмотрим потери мощности при работе биполярного транз-ра(рис52). На интерв-ле от 0 до tи транз-р открыт и находится в состоянии насыщения т.1.Электронный ключ замкнут.Энергетические потери опред-ся , ,

Поэтому . (мала)

На интервале tи,Т рабочая точка перемещается в т.2. Транз-р закрыт и находится в состоянии отсечки. Электронный ключ разомкнут, поэтому ток кол-ра очень мал,а потери мощ-ти опред-ся как

При переходе из т.1 в т.2 и обратно, рабочая точка тран-ра находится в рабочей обл,но время tпер при прямоугольных импульсах напр-я очень мало,потери опред-ся как

Чем меньше tпер,тем меньше потери ,поэтому здесь испол-ся высокочастотные транз-ры. В то же время Pперекл пропорционально частоте коммут-ии fк,чем больше fк,тем потери переключения больше и fк стрем-ся выбрать как можно больше , т.к габориты трансфор-ов и LC-фильтров обратно пропорц частоте. Обычно fк выбирают компромиссной или оптимальной, в зависимости от принимаемой элементной базы ППН.

31

ИСН понижающего типа

Рис55. на вход схемы подается постоянное напряжение U_п первичного источника питания. На управляющий электрод ключевого транзистора VТ подается прямоугольное напряж-ие Uупр. Когда ключ VТ на интервале от 0 до tu между стоком и истоком подается очень маленькое напряжение, поэтому в т1 +, диод VD закрыт этим «+».Ток ключа(ток стока I_с) протекает по цепи + U_п, VT,L,R_н,- U_п . В дросселе накапливается энергия и ток ч.з дроссель возрастает, как это показано на рис 56. На интер-ле tu,T , транзис-р закрыт и ток от первичного источника не потребляется. Источником энергии для нагрузки становится дроссель, ток нагр-ки протекает по цепи от т.2 к Rн ч.з VD т.1.Диод VD открыт, т.к вх. напряж-е Uп полностью приложено к транз-ру VT(т.к. разрыв цепи) и в т.1 «-».Дроссель отдает энергию в нагрузку, ток дросселя уменьшается. Если индук-ть L велика, то ток спадает медленно и величина пульсации тока ΔI_L мала.При уменьшении L наступает такой момент,когда ток дросселя становится равным 0 к моменту очередного открытия транз-ра. Такая индуктивность называется критической. Если продолжать уменьшать L, то в дрос. будет запасено так мало энергии, что это не обеспечит непрерывное протекание тока ч.з нагрузку, ток дросселя становится разрывным. При постоянной величине Rн ср. ток ч.з нагрузку не может изменяться , площадь импульса сохран-ся , след-но амплитуда пульсаций тока дросселя ΔI_L возрастает.Такой режим обычно не использ-ся, поэтому инукт-ть L выбирают больше критической, выходной конденсатор С выполняет ф-ю фильтра и обеспечивает требуемый уровень пульсаций напр-я на нагрузке. Т.к потребляемая энергия передается в нагрузку только на интервале имп-са от 0 до t_и, ср значение вых напряж-я равно , поэтому ИСН назыв. понижающим.

32

ИСН повышающего типа

Повышающая схема работает следующим образом.Когда ключевой транз-р VT открыт, ток протекает по цепи +U_п, L, VT(т.1и2), -U_п,рис 57. В этом контуре вх напр-е U_п уравновешивается эдс самоиндукции дросселя, а на VT падает очень маленькое напряж-е. в т.1 «-», и значит диод VD закрыт. Ток нагрузки протекает только за счет разряда конденсатора С.На интервале закрытого ключевого транз-ра VT м.у т. 1 и 2 ,т.е. разрыв цепи.Ток нагрузки протекает по цепи +U_п, L, VD, R_Н, -U_п. На этом интер-ле конденсатор заряжается от сети и к нему прикладывается сумма напряж-й U_п и эдс самоиндукции дросселя U_L.На рис 58 напряж-е на конденс-ре равно U_ни показано пунктиром., т.о напряж-е на нагрузке больше чем входное на величину U_L ,поэтому схема назыв-ся повышающей,а вых.напряж-е опред-ся как .

Особенность схемы в том, что дроссель, накапливающий энергию вкл на вх и