ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.04.2024
Просмотров: 36
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Ответы на экзаменационные вопросы по предмету СЭ
1. Трансформатор, как элемент преобразователя
Трансформатор – статическое устройство, имеющее две или более обмотки связанные индуктивно на магнитопроводе, предназначенное для преобразования одной величины напряжение и тока в другое посредством электромагнитной индукции, без изменения частоты.
Обязательными элементами практически любого устройства преобразования напряжения являются изолированные обмотки, формированные из проволоки или ленты. Они располагаются на магнитопроводе, представленном сердечником из ферромагнитного материала. Связь между катушками осуществляется при помощи магнитного потока. В случае работы с высокочастотными токами (100 и более кГц) сердечник отсутствует.
В принципе работы трансформатора сочетаются основные постулаты электромагнетизма и электромагнитной индукции. Его можно рассмотреть на примере простейшего прибора с двумя катушками и стальным сердечником. Подача переменного напряжения на первичную обмотку приводит к возникновение магнитного потока в магнитопроводе, после чего во вторичной и первичной обмотке возникает ЭДС индукции, если подключить нагрузку ко вторичной обмотке то потечёт ток. Частота напряжения на выходе остаётся неизменной, а его величина зависит от соотношения витков катушек.
Трансформаторы бывают повышающие и понижающие, что бы это определить нужно узнать коэффициент трансформации, с его помощью можно узнать какой трансформатор. Если коэффициент меньше 1 то трансформатор повышающий(также это можно определить по значениям если во вторичной обмотке больше чем в первичной то такой повышающий) и наоборот если К>1, то понижающий(если в первичной обмотке меньше витков чем во вторичной).
2. Конденсатор, как элемент преобразователя
В классическом понимании конденсатором является радиоэлектронное устройство, предназначенное для накопления энергии электрического поля, обладающее способностью накапливать в себе электрический заряд, с последующей передачей накопленной энергии другим элементам электрической цепи. Устройства очень часто используют в различных электрических схемах.
Конденсаторы способны очень быстро накапливать заряд и так же быстро отдавать всю накопленную энергию. Для их работы характерна цикличность данного процесса. Величина накапливаемого электричества и периоды циклов заряда-разряда определяется характеристиками изделий, которые в свою очередь зависят от типа модели. Параметры этих величин можно определить по маркировке изделий.
Простейшим конденсатором являются две металлические пластины, разделённые диэлектриком. Выступать в качестве диэлектрика может воздушное пространство между пластинами.
3. Силовые полупроводниковые диоды
Силовые полупроводниковые приборы – элементы, которые применяются в преобразователях электрической энергии и в схемах силовых установок, являются неотъемлемой составляющей цепей как постоянного, так и переменного тока. Они играют роль выпрямителей или блокираторов, препятствующих коммутационным перенапряжениям. Чаще всего эти детали встречаются в конструкциях мощных турбинных генераторов, гальванических установок, низковольтных сварочных приборов, синхронных компенсаторов, электрогенераторов автомобилей и тракторов.
Классифицируются силовые диоды на низкочастотные и частотные. Первые могут иметь штыревое, таблеточное и лавинное исполнение. Для производства таких элементов используется кремний. Модификации применяются в цепях с частотой до 500 Гц. Они могут выдерживать вибрации и многократные удары непродолжительное время.
Силовые диоды используются при частотах от 2000 Гц и больше. Они предназначены для схем установок, нуждающихся в быстром обратном восстановлении и небольших зарядах. Их особенностью является способность выдерживать высокие нагрузки. Их исполнение может быть штыревым и таблеточным.
Различные промышленные установки не обходятся без использования обоих вариантов силовых диодов. Их области применения зависят от предназначения и особенностей техники. Элементы внедряются в схемы:
неуправляемых и полуавтоматических мостов выпрямления;
сварочных аппаратов и инверторов, отличающихся высокой и низкой мощностью;
мощных электроприводов промышленного оборудования и транспортных средств;
выпрямителей электролизных и гальванических приборов;
оборудования, используемого в металлургии;
источников бесперебойного питания.
Силовые диоды представляют собой неуправляемые электронные ключи. Они отличаются односторонней проводимостью. Проводящее состояние элементы приобретают при воздействии прямого напряжения. Полупроводники предназначены для токов свыше 10 ампер. При их выборе необходимо учитывать тип исполнения и технические характеристики.
Правильное решение поможет предупредить перенапряжение в процессе коммутации, повышение токов, вызывающих внешние или внутренние короткие замыкания, перегревание приборов, негативное воздействие помех.
4. Тиристоры: эксплуатация и разновидности
Это полупроводниковые приборы, предназначенные для комплектации выпрямителей, инверторных устройств, импульсных регуляторов, линий возбуждения генераторов. Исходя из вида тиристоры применяются в схемах широтноимпульсного пуска или в бесконтактных аппаратах. Они эффективно справляются с задачами по управлению скоростью электроподвижных составов, защитой сварочного оборудования.
Низкочастотные приборы способы выдерживать влияние синусоидальных вибраций в пределах до 100 Гц. Им не страшны многократные нагрузки продолжительностью в 2-15 мс. Увеличенную нагрузочную стойкость имеют быстродействующие тиристоры.
Они незаменимы в установках, нуждающихся в краткосрочном включении и отключении. Такие элементы отличаются способностью выдерживать критические скорости увеличения напряжения при закрытом состоянии и токовых импульсов – при открытом.
Распространенные модели тиристоров используются:
при образовании цепей постоянного либо переменного тока в разнообразных электротехнических установках и радиоэлектронных приборах;
оснащении высокомощных компенсаторов, регуляторов и преобразовательных механизмов тяговых подстанций, синхронных электрических двигателей, электродуговых печей;
комплектации электросварочного и плавильного оборудования, электротранспортных средств, ИБП, силовых установок;
проектировании других преобразователей.
При выборе полупроводниковых приборов, созданных на базе монокристалла, имеющего от трех p-n-переходов, необходимо обращать внимание на количество выводов. По этому значению они классифицируются на диодные, триодные и тетродные.
Вторым важным моментом является принцип действия силовых приборов. Он может быть симметричным (ток проводится в оба направления) и ассиметричным (движение импульсов осуществляется в одну сторону).
Устройства первого типа способны функционировать при положительных и отрицательных показателях. Индивидуальными параметрами выбора являются максимально допустимые прямые и обратные токи, уровень падения напряжения, степень управляющего сигнала, рассеиваемая мощность, определяющая силу подключаемых нагрузок.
5. Биполярный транзистор
Биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ, англ. Insulated-gate bipolar transistor, IGBT) — трёхэлектродный силовой полупроводниковый прибор, сочетающий два транзистора в одной полупроводниковой структуре: биполярный (образующий силовой канал) и полевой (образующий канал управления). Используется, в основном, как мощный
электронный ключ в импульсных источниках питания, инверторах, в системах управления электрическими приводамиПерейти к разделу «#Применение».
Каскадное включение транзисторов двух типов позволяет сочетать их достоинства в одном приборе: выходные характеристики биполярного (большое допустимое рабочее напряжение и сопротивление открытого канала, пропорциональное току, а не квадрату тока, как у полевых) и входные характеристики полевого (минимальные затраты на управление). Управляющий электрод называется затвором, как у полевого транзистора, два других электрода — эмиттером и коллектором, как у биполярного.
Выпускаются как отдельные IGBT, так и силовые сборки (модули) на их основе, например, для управления цепями трёхфазного тока.
6. Силовые МОП транзисторы
Мощный МОП - транзистор или как его еще называют «металлоокисный полупроводник». Трехслойная структура транзистора Металл – Оксид – Полупроводник. Он обладает рядом достоинств перед транзисторами биполярного типа. Эти свойства выражается и при действии транзистора в линейном режиме и в режиме переключения.
Основные преимущества МОП-транзисторов
Мгновенное переключение;
Нет вторичного пробоя;
Безопасная работа характеризуется широкой областью;
Высокий коэффициент усиления.
Более высокое входное сопротивление.
Небольшое потребление электроэнергии.
При компоновке интегральных схем с использованием МОП-транзисторов задействуется относительно небольшое количество операций, чем с применением биполярных транзисторов.
Использование в конструкции импульсных источников питания высокой частоты в качестве дискретных компонентов, в устройствах инверторного преобразования и регуляторах скорости электродвигателей различного типа. Использование их в конструкции высокочастотных генераторов применяемых для индукционного нагрева, в ультразвуковых генераторах, усилителях звука и устройствах периферийного назначения для компьютеров. Использование транзисторов в регуляторах скорости ограниченно низким напряжением (подключением к аккумуляторам) и небольшой мощностью, потому как кремниевая поверхность способна выдержать высокое напряжение в закрытом состоянии и низкое падение в открытом состоянии.
Принцип действия прибора зависит от изменения в полупроводнике электрического поля, происходит поляризация изолированного затвора. Такое действие вызвало название элемента, как « металлоокисный полупроводник». Он представляет собой прибор, в котором для изготовления затвора использовалась двуокись кремния SiO2, для современных МОП-транзисторов в качестве материала для затвора применяют поликристаллический кремний. Существует два типа МОП-транзисторов. Первые имеют дырочную проводимость – р-канальные. Транзисторы с электронной проводимостью называются n-канальными. Канал в этих полупроводниковых приборах может быть обедненным или наоборот обогащенным носителями.
7. Классификация выпрямителей
Производство и распределение электрической энергии в основном осуществляется на переменном токе, вследствие простоты трансформации напряжения. Однако значительная часть производимой электрической энергии (30-35%) используется на постоянном токе, в том числе и для передачи на расстояния.
Выпрямитель – это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное.
Основными элементами полупроводниковых выпрямителей являются трансформатор и вентили, с помощью которых обеспечивается одностороннее протекание тока в цепи нагрузки, в результате чего переменное напряжение преобразуется в пульсирующее. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения к выходным зажимам выпрямителя подключают электрический сглаживающий фильтр. Для регулирования или стабилизации выпрямленного напряжения и тока потребителя к выходным зажимам фильтра подключают регулятор или стабилизатор (стабилизатор может быть включён и на стороне переменного тока выпрямителя).
Режимы работы и параметры отдельных элементов выпрямителя, фильтра, регулятора и стабилизатора согласуются с заданными условиями работы потребителя постоянного тока, поэтому основная задача теории выпрямительных устройств сводится к определению расчётных соотношений, позволяющих по заданному режиму работы потребителя определить электрические параметры элементов стабилизатора, регулятора, фильтра, а также вентилей и трансформатора выпрямителя и затем произвести выбор этих элементов по каталогу или, если это необходимо, рассчитать их.
Структурная схема и классификация выпрямителей.
Выпрямитель можно представить в виде обобщенной структурной схемы (рис. 1) и структурной схемы с протекающими в нем напряжениями и токами (рис. 1.1), в которую входят:
-
силовой трансформатор (СТ), -
вентильный блок (ВБ), -
фильтрующее устройство (ФУ), -
цепь нагрузки (Н), в которую может входить стабилизатор напряжения (СН) .
Рис. 1. Обобщенная структурная схема выпрямителя.
Рис. 1.1. Структурная схема выпрямителя с протекающими в нем напряжениями и токами.