Файл: Лебедев, Н. Н. Электротехника и электрооборудование учеб. пособие [для монтаж. и строит. спец. техникумов].pdf

Трансформаторы для этих целей применяют с небольшим коэффи­ циентом трансформации* — обычно не выше 5.

Втранзисторных усилителях для трансформаторной связи между каскадами применяют п о н и з и т е л ь н ы е трансформаторы, уве­ личивающие величину тока во вторичной обмотке.

Всхемах двухкаскадных усилителей обычно предусматривается питание всех цепей от одного источника тока, что несколько усложня-

Рис. 11.6. Принципиальная схема двухкаскадного лампового усилителя с межкаскадной связью на сопротивлениях

ет схемы. В качестве примера на рис. 11.6 приведена схема двухкаскад­ ного лампового усилителя. В катодную цепь обоих триодов включена так называемая цепь катодного смещения, состоящая из сопротивле­ ния, шунтированного конденсатором. Такие цепи служат для получе­ ния сеточного напряжения смещения за счет катодного тока. Более подробно практически применяемые схемы усилителей рассматрива­ ются в специальных курсах.

§ 11.5. Роль обратной связи в схемах усиления

Схемами с обратной связью в устройствах электроники и автомати­ ки называют такие схемы, в которых изменения выходной величины (напряжения, тока) влияют на величину входного сигнала. Например, при необходимости сохранения стабильности (неизменности) выходной величины обратная связь работает таким образом, что всякое увели­ чение выходной величины вызывает соответственное уменьшение входного сигнала и, наоборот, уменьшение выходной величины вызы­ вает увеличение входного сигнала. Для осуществления обратной свя­

В схемах усилителей обратная связь может работать различным образом, в связи с чем существуют различные типы этой связи.

* Коэффициент трансформации — отношение высшего напряжения к низ­ шему.

Прежде всего различается обратная связь п о л о ж и т е л ь н а я

ствует в обратном направлении: под ее воздействием входные параме­ тры уменьшаются. Далее, напряжение, подводимое по цепи обратной

ная обратная связь. Она повышает качество работы усилителя, содей­ ствуя стабильности (постоянству) коэффициента усиления и уменьше­ нию искажения усиливаемого сигнала. Вместе с тем введение отрица­ тельной обратной связи в схему усилителя несколько уменьшает его коэффициент усиления.

ВЫПРЯМИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

§ 11.6. Общие сведения. Области применения выпрямителей

Постоянный ток, необходимый для питания как устройств элек­ троники, автоматики и сигнализации, так и технологических устано­ вок промышленности и электрифицированного транспорта в настоящее время, как правило, получается выпрямлением переменного тока. Для этих целей применяют рассмотренные в предыдущих главах элек­ тровакуумные, ионные и полупроводниковые вентили.

Для устройств электроники, автоматики, сигнализации и измере­ ния, где требуются небольшие мощности, применяют электронные лампы — кенотроны и маломощные ионные и полупроводниковые

диоды.

На промышленных предприятиях, где по условиям производства требуются большие мощности постоянного тока (например, для электролизных цехов), а также на электрифицированном транспорте сооружаются специальные п р е о б р а з о в а т е л ь н ы е под-

189

с т а н ц и и с установкой на них мощных ионных и полупроводни­ ковых вентилей управляемых и неуправляемых. При этом, как уже отмечалось, с каждым годом все большее применение для этих целей получают полупроводниковые вентили: кремниевые выпрямители

итиристоры.

Всостав выпрямительной установки входят: один или чаще не­

сколько вентилей, сглаживающие фильтры, назначением которых яв­ ляется сглаживание (уменьшение) пульсаций, т. е. колебаний величи­ ны выпрямленного тока и трансформатор, преобразующий напряже­ ние переменного тока до значения, соответствующего необходимой ве­ личине напряжения постоянного, выпрямленного тока. Между вели­ чинами напряжения переменного и выпрямленного тока существуют соотношения, зависящие от схемы соединения вентилей выпрямителя.

§ 11.7. Выпрямление однофазного и трехфазного тока

Основные схемы выпрямления

Существуют несколько схем для выпрямления однофазного и трех­ фазного переменного тока. Рассмотрим основные из них. Начнем с од­ нофазных схем.

На приведенных ниже схемах вентили изображены условным обо­ значением для полупроводникового диода. Однако все эти схемы в рав­ ной мере правильны и применяются для любых вентилей: электрова­

ся вершинной треугольника в его обозначении. На схемах показано соединение вентилей и соответствующая ему форма кривой выпрямлен­

противление R a за каждый период переменного тока только в течение одного полупериода, откуда и происходит название схемы. Вполне по­ нятно, что такая схема выпрямления мало рациональна: выпрямлен­ ные напряжения и ток резко пульсируют, переменный (выпрямля­ емый) ток слабо используется (только наполовину). В связи с этим однополупериодная схема применяется обычно лишь при выпрямле­ нии очень малых токов, когда пульсацию выпрямленного тока удает­ ся в значительной мере устранить с помощью сглаживающих фильтров (о фильтрах см. дальше).

Двухполупериодная схема со средней точкой трансформатора (рисЛ 1.8, б) дает лучшие результаты: через каждый из двух вентилей ток проходит в течение половины периода, а выпрямленный ток через сопротивление R H течет на протяжении всего периода. Пульсация напряжения и тока — соответственно меньше, чем в первой схеме.

Широко применяется при выпрямлении однофазного тока м о с т о ­ в а я с х е м ас четырьмя вентилями (рис. 11.8, в). Проследим работу схемы. В ту половину периода, когда напряжение во вторичной обмот­ ке трансформатора направлено от ее вывода а к выводу б, ток течет

190

отточки б через вентиль 1 к сопротивлению Rn и далее возвращается к трансформатору (к точке а) через вентиль 2. В следующую половину периода, когда напряжение в обмотке направлено в противополож­ ную сторону — от б к а — ток проходит от точки а через вентиль 3, сопротивление R n и вентиль 4. Таким образом, вентили работают по два за каждую половину периода, а ток по сопротивлению RHпроте­ кает весь период.

Как видно из сравнения синусоид на рис. 11.8, бив, пульсации вы­ прямленного напряжения (а следовательно, и тока) в двух последних

Рис. 11.8. Схемы выпрямления однофазного тока:

схемах одинаковы, однако у мостовой схемы есть ряд преимуществ. Одно из них заключается в том, что при мостовой схеме не обязательно наличие трансформатора. Выпрямительное устройство может работать непосредственно от имеющегося переменного напряжения, что практи­ чески и применяется во многих случаях, в частности в схемах авто­ матики.

Для выпрямления трехфазного тока применяют две схемы: с ну­ левым выводом и трехфазную мостовую (рис. 11.9). Трехфазный ток при его выпрямлении имеет по сравнению с однофазным существенное преимущество: пульсации выпрямленного напряжения (а следова­ тельно, и тока) получаются значительно меньшими, что подтверждает сравнение кривых напряжения, изображенных на рис. 11.8 и 11.9; особенно благоприятные результаты в отношении малой величины пульсации дает мостовая схема (рис. 11.9, б).

В промышленных выпрямительных установках в целях снижения пульсации выпрямленного тока применяют для питания выпрямителей

191

специальные трансформаторы, преобразующие трехфазный ток в шес­ тифазный, У таких трансформаторов обмотка высшего напряжения обычная трехфазная, а во вторичной обмотке— каждая фаза делится пополам и в нейтраль вторичной обмотки соединяются не концы ее фаз, а провода, идущие от их средней точки. В результате адоричная обмотка оказывается соединенной в шестифазную звезду. Для выпря­ мления шестифазного тока применяют соединение вентилей по схеме с нулевым выводом — рис. 11.9, а (только вместо трех фаз будет шесть) или используют шестифазные выпрямители, например шестианодные экситроны (см. рис. 10.13).

Рис. 11.9. Схемы выпрямления трехфазного тока:

а — трехфазная с нулевым выводом; б — трехфазная мостовая

Между средним значением выпрямленного напряжения t/BCp и на­

Сглаживающие фильтры

Для уменьшения сглаживания пульсаций выпрямленных напря­ жений и тока применяют устройства, называемые сглаживающими фильтрами. Элементами этих устройств являются дроссели (т. е. ин­

192

дуктивные катушки с ферромагнитным сердечником) и конденсаторы. Дроссели включаются в цепь выпрямленного тока последовательно, а конденсаторы—параллельно.

Главным образом применяются фильтры Г-образные и П-образные (рис. 11.10). Первый из них (рис. 11.10, а) содержит один дроссель и один конденсатор, а второй (рис. 11.10, б) — один дроссель и два конденсатора. Для более полного сглаживания пульсаций могут вклю­ чаться два фильтра последовательно. Пример фильтра, состоящего из

Рис. 11.10. Сглаживающие фильтры:

а — Г-образный; б — П-образный; в — двухзвеньевой

В отдельных случаях для некоторого неполного сглаживания пуль­ саций применяют один дроссель, включаемый последовательно в цепь выпрямленного тока. Такие дроссели были показаны, например, в схе­ ме работы стеклянного ртутного выпрямителя на рис. 10.12.

§11.8. Простейшие схемы управляемых выпрямителей

Вслучаях, когда мощные выпрямители применяются для питания двигателей электропривода на постоянном токе с регулированием чис­ ла оборотов, требуется плавное изменение получаемого от выпрямите­ ля напряжения.

Для этих целей применяют ионные, в частности, ртутные выпрями­

тели с управляющей сеткой и тиристоры — управляемые полупровод­ никовые вентили.

На рис. 11.11, а представлена упрощенная принципиальная схема автоматизированного управления ртутным выпрямителем, состоящим из трех одноанодных экситронов с управляющими сетками. В схему входит устройство 1 для питания сеточных цепей. Устройство это авто­ матически действует следующим образом. На сетку каждого вентиля постоянно подается отрицательный потенциал, достаточный для того, чтобы вентиль был заперт. В определенные моменты времени устрой­ ство подает на сетку того или иного вентиля положительный импульс

напряжения, снижающий отрицательный потенциал сетки и отпира­ ющий вентиль. По вентилю проходит ток, затем он снова запирается. Таким образом, регулирование среднего значения выпрямленного на­ пряжения £/вср в приведенной схеме достигается задержкой момента зажигания дуги в вентиле. Тем самым сокращается время работы вен­ тиля за каждый период и уменьшается среднее значение выпрямленного напряжения.

Для выпрямителя трехфазного тока, состоящего из трех тиристо­ ров, применяется та же схема регулирования выпрямленного на­ пряжения (его среднего значения UBCp). Различие с рассмотренной

Рис. 11.11. Упрощенные принципиальные схемы управления выпрямителями!

о —трехфазным ртутным; б —трехфазным тиристорным; / — автоматическое устрой­ ство подачи управляющих импульсов напряжения и тока

ранее схемой заключается лишь в том, что для отпирания тиристора (как известно, постоянно запертого) на управляющий его электрод в определенные моменты времени автоматическое устройство подает импульс тока, а не напряжения, как в ртутных вентилях. На рис. 11.11; б представлена упрощенная принципиальная схема трех­ фазного тиристорного выпрямителя.

ФОТОЭЛЕМЕНТЫ ВАКУУМНЫЕ, ГАЗОНАПОЛНЕННЫЕ

ИПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ

§11.9. Фотоэффект, его физическая сущность

Впромышленности большое распространение имеют электронные приборы, выходными токами и напряжением которых управляют по­ средством световой энергии. Действие этих приборов основано на ис­ пользовании фотоэлектрического эффекта. Различают три вида фото­ эффекта: внешний, внутренний и вентильный.

194