ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»
Е.И. Воробьева
ЭЛЕКТРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Утверждено Редакционно-издательским советом
университета в качестве учебного пособия
Воронеж 2013
УДК 621.396.6
Воробьева Е.И. Электропреобразовательные устройства: учеб. пособие / Е.И. Воробьева. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2013. 162 с.
В учебном пособии изложены принципы построения источников вторичного электропитания: выпрямителей, инверторов, конверторов, стабилизаторов с непрерывным и импульсным регулированием, импульсных источников электропитания. Даны общие теоретические сведения о методах расчета. Изложены принципы функционирования устройств вторичного источника электропитания.
Рассматриваются теоретические и практические вопросы построения электромашинных устройств постоянного тока, синхронных и асинхронных генераторов и двигателей, трансформаторных устройств различного назначения.
В основу предлагаемого пособия положен опыт преподавания дисциплин «Электропреобразовательные устройства РЭС», читаемых в Воронежском государственном техническом университете. Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 210400.62 «Радиотехника» (профиль»Радиотехнические средства передачи, приема и обработки сигналов»), по дисциплине «Электропреобразовательные устройства».
Учебное пособие подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе MS Word 2003 и содержится в файле ЭПУ УП
Табл. 1. Ил. 81. Библиогр.: 10 назв.
Научный редактор канд. техн. наук,
доц. Б.В. Матвеев
Рецензенты: ОАО «Концерн» Созвездие», док.техн.наук.,Н.М.тихомиров;
канд техн. наук, доц. М.И.Бочаров
Воробьева Е.И., 2013
Оформление. ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2013
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 5
1.Общие сведения об источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры 6
1.1.Основные понятия о вторичных источниках питания 6
1.2.Характеристики источников питания и их отдельных каскадов 7
2.Трансформаторы и дроссели 18
2.1.Основные определения 18
2.2.Работа трансформатора в режиме холостого хода. 23
2.3. Работа трансформатора в нагрузочном режиме24
3. Электрические машины постоянного и переменного токов 29
3.1. Устройство машины постоянного тока 29
3.2. Характеристики генераторов постоянного
тока 36
3.3. Устройство машины переменного тока 40
3.4. Характеристики трёхфазной асинхронной машины 47
4. Выпрямители 52
4.1. Режимы работы выпрямителей и параметры вентилей. 52
4.2. Работа многофазного выпрямителя на активную нагрузку 55
4.3. Работа выпрямителя на ёмкостную нагрузку 63
4.4. Работа выпрямителя на нагрузку индуктивного характера 65
4.5. Схемы выпрямителей 70
4.6. Регулируемый выпрямитель 74
5. Сглаживающие фильтры 98
5.1. Схема замещения. Критерии качества сглаживающих свойств фильтров 98
5.2. Активно-индуктивный (R-L) сглаживающий фильтр 100
5.3. Активно-емкостный (R-C) сглаживающий
фильтр 103
5.4. Резонансные фильтры 104
5.5. Активные фильтры 107
6. Стабилизаторы постоянного тока 110
6.1. Стабилизаторы на стабилитронах 110
6.2. Линейные стабилизаторы с обратной связью 113
6.3. Стабилизаторы, работающие в ключевом
режиме 115
6.4.Стабилизаторы переменного напряжения 117
7. Преобразователи напряжения постоянного тока 120
7.1. Схемы преобразователей 120
7.2. Линейные процессы в силовой цепи инвертора с независимым возбуждением 127
7.3. Мостовая и полумостовая схемы инверторов 132
7.4. Коммутационные процессы в преобразователе с независимым возбуждением 134
7.5. Потери мощности в преобразователе
напряжения 144
7.6. Структурные схемы вторичных источников питания с преобразователями напряжения 150
Заключение 161
Библиографический список 162
Введение
Вторичный источник питания (ВИП) является сложным не только по своему составу, но и по характеру протекающих в нем процессов. Например, в импульсных стабилизаторах и преобразователях напряжения приходится считаться с инерционностью даже самых быстродействующих транзисторов, что во многом определяет характеристики вторичного источника питания. Источники питания в свою очередь в значительной степени влияют на характеристики самого радиоустройства.
Необходимо также отметить, что вторичный источник питания в некоторых радиоустройствах занимает до 70% их массы и объема. Поэтому улучшение массогабаритных показателей радиоустройств не может быть достигнуто без соответствующих показателей источника питания.
Цель курса «Электропреобразовательные устройства» — не только ознакомить учащихся с типовыми схемами, но и научить выбирать режим работы отдельных элементов схемы, а также правильно пользоваться расчетными соотношениями. Поэтому в книге даны выводы расчетных соотношений и примеры расчета.
Не все разделы пособия в одинаковой степени насыщены расчетными формулами и выкладками, потому что не все описываемые устройства радиоинженер должен рассчитывать сам. С частью из них он должен быть знаком лишь настолько, чтобы при проектировании системы сделать правильный заказ инженерам других специальностей, а для части устройств радиоинженеру достаточно знать выходные и эксплуатационные характеристики.
Общие сведения об источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры
Основные понятия о вторичных источниках питания
Вторичный источник электропитания — это устройство, предназначенное для обеспечения питания электроприбора электрической энергией, при соответствии требованиям её параметров: напряжения, тока, и т. д. путём преобразования энергии других источников питания. Источник электропитания может быть интегрированным в общую схему (обычно в простых устройствах, либо когда недопустимо даже незначительное падение напряжения на подводящих проводах — например, материнская плата компьютера имеет встроенные преобразователи напряжения для питания процессора), выполненным в виде модуля (блока питания, стойки электропитания и т. д.), или расположенным в отдельном помещении (цехе электропитания).
Основные функции вторичного источника питания заключаются в следующем:
-обеспечение передачи мощности — источник питания должен обеспечивать передачу заданной мощности с наименьшими потерями и соблюдением заданных характеристик на выходе без вреда для себя. Обычно мощность источника питания берут с некоторым запасом.
-преобразование формы напряжения — преобразование переменного напряжения в постоянное, и наоборот, а также преобразование частоты, формирование импульсов напряжения и т. д. Чаще всего необходимо преобразование переменного напряжения промышленной частоты в постоянное.
-преобразование величины напряжения — как повышение, так и понижение. Нередко необходим набор из нескольких напряжений различной величины для питания различных цепей.
-стабилизация — напряжение, ток и другие параметры на выходе источник питания должны лежать в определённых пределах в зависимости от его назначения при влиянии большого количества дестабилизирующих факторов: изменения напряжения на входе, тока нагрузки и т. д. Чаще всего необходима стабилизация напряжения на нагрузке, однако, иногда (например, для зарядки аккумуляторов) необходима стабилизация тока.
-защита — напряжение или ток нагрузки в случае неисправности (например, короткого замыкания) каких-либо цепей может превысить допустимые пределы и вывести электроприбор, или сам источник питания из строя. Также во многих случаях требуется защита от прохождения тока по неправильному пути: например прохождения тока через землю при прикосновении человека или постороннего предмета к токоведущим частям.
-гальваническая развязка цепей — одна из мер защиты от протекания тока по неверному пути.
-регулировка — в процессе эксплуатации может потребоваться изменение каких-либо параметров для обеспечения правильной работы электроприбора.
-управление — может включать регулировку, включение/отключение каких-либо цепей, или источника питания в целом. Может быть как непосредственным (с помощью органов управления на корпусе устройства), так и дистанционным, а также программным (обеспечение включения/выключения, регулировка в заданное время или с наступлением каких-либо событий)
-контроль — отображение параметров на входе и на выходе источника питания, включения/выключения цепей, срабатывания защит. Также может быть непосредственным или дистанционным.