Первинні джерела електричної енергії

 

Первинним джерелом живлення називають пристрій, який перетворює енергію будь-якого виду (механічну, теплову, хімічну, сонячну і ін.) на електричну. Основними показниками перетворювача є технологічність та коефіцієнт корисної дії [1]. Існуючі види первинних джерел та способи прямого і опосередкованого перетворень внутрішньої енергії речовини на електричну наведені на рисунку 7.1. При опосередкованому перетворенні енергія одного виду перетворюється в інший, а потім – перетворюється у електричну енергію. Дамо короткі характеристики перетворювачів [1,...,7].

 

Рисунок 7.1 – Перетворення енергії в первинних джерелах живлення

 

Електромашинний генератор – електротехнічний пристрій, який перетворює механічну енергію на електричну змінного або постійного струму. Принцип дії розглянуто у підрозділі 7.1. Генератори використовуються як джерела первинного живлення на кораблях, літаках, в малодоступних районах, для аварійного живлення радіопристроїв.

Магнітогідродинамічний генератор – це пристрій, який виробляє електричний струм внаслідок руху газової низькотемпературної плазми (до 3000 ), яка пересікає силові лінії магнітного поля. Це еквівалентно руху провідника у магнітному полі. Особливістю генератора є пряме перетворення енергії. У зв'язку з тим, що роль провідника виконує плазма, то у генераторі відсутні рухомі елементи, за рахунок чого підвищується надійність генератора. ККД не перевищує 40 %. Генератори до нині не знайшли широкого використання.

Термоелектричний генератор – це пристрій, у якому на основі термоелектричного ефекту Зеєбека теплова енергія зовнішнього джерела безпосередньо перетворюється на електричну. Являє собою певну кількість металевих або напівпровідникових термопар, які можуть бути з'єднані для підвищення напруги послідовно або паралельно (зменшення вихідного опору). Одні кінці термопар нагрівають до температури Т1, а інші охолоджують до температури Т2 (рисунок 7.2). Внаслідок різниці температур  виникає термоелектрична ЕРС. Її величина залежить від матеріалів термопари та різниці температур . Виникнення ЕРС пояснюється тим, що електрони на нагрітому кінці набувають більшу енергію і швидкість, ніж на холодному.

 

    

 

Рисунок 7.2 – Отримання електричної енергії за допомогою термопар

 

Відносний діапазон величин ЕРС термопар складає приблизно 10...70 мкВ/ . Потужність генераторів – сотні кіловат. ККД 10...20 %. Недоліком генераторів такого типу є досить висока вартість.

Термоелектронний генератор – це пристрій, принцип дії якого базується на випущенні нагрітими тілами електронів у результаті їх теплового збудження. Електрони нагрітого катода (емітера) виходять за його межі і досягають анода, створюючи електричний струм. Таким чином відбувається пряме перетворення теплової енергії у електричну. Для усунення просторового заряду, який утворюється біля катода, об'єм колби генератора заповнюють паром цезію. З 1  катода отримують до 20 Вт потужності. ККД генератора знаходиться на рівні 10...20 %.

Хімічні джерела електричної енергії – це пристрої, які виробляють постійний електричний струм прямим перетворенням хімічної енергії у результаті окислювально-від­нов­лю­валь­них реакцій. Окисленням (відновленням) називають віддачу (при­­єднання) електронів атомом, молекулою або іоном. Окислювачі (відновлювачі) – це нейтральний атом, молекула або іон, які приймають (віддають) електрони.

Основу хімічного джерела складають два електроди – один з окислювачем, другий з відновлювачем, – які знаходяться у електричному контакті через електроліт. Електроліт може бути у рідкому чи пастоподібному вигляді, може знаходитися у пористій роздільній мембрані. Електричний струм у зовнішньому ланцюзі протікає внаслідок того, що на від'ємному електроді відновлювач окислюється, і вільні електрони переходять через зовнішній ланцюг до позитивного електроду, де відбувається відновлення окислювача.

Хімічні джерела ділять на гальванічні елементи і акумулятори.

Поширеним типом гальванічного елементу є модифікований елемент Лекланше. Його конструкція утворюється цинковим стаканом (негативний електрод), у якому знаходиться вугільний стержень. Вільний простір стакана містить електропровідний заповнювач, а біля стінок стакана знаходиться електроліт – суміш нашатирю з домішками. Величина ЕРС, яка виникає між електродами, близько 1,5 В. Процеси, що протікають при роботі гальванічних елементів, односторонні, тому працюють вони до тих пір, поки не буде вичерпаний запас хімічної енергії (поки не будуть зруйновані електроди).

В акумуляторах протікають оборотні електрохімічні процеси.

За будовою акумулятори подібні гальванічним елементам. Електролітом в кислотних акумуляторах є розчин сірчаної кислоти, у лужних – їдкого калію чи натрію. Електроди кислотних акумуляторів – свинцеві. Лужні акумулятори у залежності від матеріалів електродів ділять на нікель-кадмієві, нікель-залізні, срібно-кадмієві, срібно-цинкові [1].

Запас хімічної енергії в акумуляторі створюється під час його заряду від зовнішнього джерела електричної енергії, коли хімічні матеріали електродів приводяться до такого стану, що вони можуть взаємодіяти з виділенням електричної анергії. Під час розряду акумулятора відбувається перетворення хімічної енергії на електричну. У якості прикладу наведемо аналітичний запис реакцій, що проходять у срібно-цинковому акумуляторі при розряджанні і заряджанні:

        .

Знаки + та – у квадратних дужках вказують на полярність електродів.

Кількість циклів зарядження-розрядження акумулятора залежить від його типу і скла­дає сотні-тисячі.

Параметрами гальванічних елементів також є: ЕРС, початкова і кінцева напруга, внутрішній опір, електрична ємність або електрична питома ємність, характеристики розрядження та зарядження.

Паливний елемент – це пристрій, який виконує безпосереднє перетворення хімічної енергії у електричну. Принцип дії елемента базується на хімічному окисленні  палива. Паливний  елемент  складається з від'ємного 1 та  позитивного 3 електродів, які знаходяться у електроліті 2 (рисунок 7.3). Для ефективної роботи пристрою електроди повинні мати площу у сотні квадратних метрів. В електродах розміщені пористі трубки, через які пропускають паливо і окислювач. Паливом можуть бути гази водень, метан, пропан або рідини – керосин, бензин, соляр; окислювачем – кисень, повітря; електролітом – кислоти, лужні речовини. Паливний елемент містить також каталізатори: платину, паладій, срібло, нікель.

Водень та кисень (рисунок 7.3) у присутності каталізатора  вступають в хімічну реакцію з електролітом. Побічним продуктом реакції є вода (). В результаті на трубках, через які надходять водень і кисень накопичуються відповідно від'ємний та позитивний заряди, що викликає протікання електричного струму через навантаженні R _Н.

Електроди в реакції участь не приймають, тому вони майже не руйнуються. Температура всередині паливного елементу залежить від типу палива і окислювача і знаходиться в діапазоні 20...1000 . Коефіцієнт корисної дії пристроїв 60...70 %; напруга, яку створює один елемент – біля 1 В; потужність – 0,3...0,6 Вт. Потужність батареї паливних елементів, яку можна розмістити у легковому автомобілі, – 30...50 кВт. Нині ведуться розробки паливних елементів для космічної техніки, побутових радіопристроїв для електромобілів.

Сонячна батарея – це сукупність напівпровідникових фотоелементів з кремнію, арсеніду галію і ін., які виконують  безпосереднє перетворення енергії сонячного випромінювання у електричну енергію. Сумарна потужність сонячного випромінювання біля Землі за межами атмосфери є високою і дорівнює 1370 , тому створення сонячних екологічно чистих батарей є актуальною проблемою.

Елемент сонячної батареї являє собою пластину з монокристала кремнію n -типу на поверхні якої створюється шар кремнію р -типу товщиною 1...2 мкм. Під дією світла в переході появляються надлишкові заряди, які спричиняють появу електричного струму. ЕРС елемента біля 0,4 В. Коефіцієнт корисної дії 15...20 %.

Розроблено сонячні батареї на напругу до десятків вольт і потужність до 10 кВт. Батареї, є джерелами електричної енергії з тривалим терміном служби, мають малу вагу, надійні в роботі. Недоліком є залежність внутрішнього опору і вихідної напруги від температури, чутливість до радіоактивного випромінювання, під дією якого вони руйнуються.

Використовуються для живлення пристроїв космічних апаратів. Знаходять використання для побутових потреб.

Атомна батарея – це пристрій, який забезпечує безпосереднє перетворення енергії радіоактивного випромінювання (розпаду) на електричну енергію. Існує декілька варіантів конструкції атомних батарей. В одній з них [4] радіоактивна речовина нанесена на внутрішню поверхню шарового електрода. Електрони, що випромінюються речовиною, попадають на зовнішній електрод, який набуває від'ємного заряду. Напруга, що виникає на навантажені, може дорівнювати декільком кіловольтам при струмі у десятки мікроампер.

Розроблено батареї з використанням напівпровідникових матеріалів. Радіоактивне опромінювання р- n переходу призводить до появи у ньому надлишкових зарядів і струму у зовнішньому ланцюзі.  

 

 

ГЛОСАРІЙ

 

1 Автотрансформатор – статичний електромагнітний пристрій, який перетворює змінний струм однієї напруги в змінний струм іншої напруги. На відміну від трансформатора між його обмотками існує не тільки магнітний, а і електричний зв'язок – кінець однієї обмотки з'єднаний з початком другої.

2 Акумулятор електричний (лат. accumulator – збирач) – гальванічний елемент багаторазового використання. Складається з двох електродів занурених у електроліт. Внаслідок окисно-відновлювальних реакцій перетворює під час заряджання електричну енергію у хімічну, а при розряді – навпаки.

3 Баластний, гасячий резистор (дросель) – елемент, на якому відбувається падіння змін вхідної напруги в параметричних стабілізаторах постійної (змінної) напруги і компенсаційних стабілізаторах постійної напруги з паралельним увімкненням регулюючого елемента.

4 Випрямляч – електротехнічний пристрій, призначений для перетворення одно- або багатофазної змінної напруги у пульсуючу напругу з потрібними значеннями струму та коефіцієнта пульсацій.

5 Випрямляюча діодна група – пристрій, який перетворює змінний одно- чи багатофазний струм у пульсуючий. Він може виконувати також функції регулятора напруги.

6 Гальванічний елемент – хімічне джерело, що генерує електричний струм у результаті окисно-відновлювальних реакцій. Складається з двох електродів (один містить окислювач, другий – відновлювач), які кон­тактують з електролітом. 

7 Гальванічна розв'язка – взаємна ізоляція певних ланцюгів за постійним струмом при наявності між ними магнітного або електричного зв'язку за змінним струмом. В електротехнічних пристроях для гальванічної розв'язки часто використовують трансформатори.

8 Генератор електричний (від лат. generator – виробник) – електромагнітний пристрій обертової дії, який перетворює механічну енергію обертання на електричну енергію постійного або змінного струму. Складається з нерухомої частини – статора та обертової – ротора.

9 Генератор магнітогідродинамічний – пристрій, який перетворює теплову енергію на електричну. Принцип дії базується на індукуванні ЕРС в рідинно-металевому або газоподібному провіднику, що рухається в магнітному полі.

10 Генератор термоелектронний – пристрій безпосереднього перетворення теплової енергії на електричну. Робота базується на явищі термоемісії електронів катодом, нагрітим до температури 2000...3000 . Електрони попадають на анод і забезпечують електричний струм у зовнішньому колі.

11 Генератор термоелектричний (термоелемент) – пристрій прямого перетворення теплової енергії на електричну за допомогою з'єднаних різнорідних провідників, контакти яких мають різну температуру. Робота базується на ефекті Зеєбека.

12 Гістерезис магнітний (від гр. hysteresis – запізнювання) – запізнювання намагнічування матеріалу від зміни напруженості магнітного поля.

13 Двопівперіодний випрямляч– пристрій, струм через діоди якого протікає на протязі двох півперіодів чи їх частин.

14 Джерела електричного живлення – засоби електроживлення, що виконані у вигляді самостійного блока або входять до складу радіоелектронного пристрою.

15 Джерело безперебійного живлення (UPS) – вторинне джерело живлення, яке певний час забезпечує навантаження струмом після пропадання вхідної напруги.

16 Джерело вторинного живлення – електротехнічний пристрій перетворення електричної енергії, який вмикають між джерелом первинного живлення та навантаженням (споживачем) з метою придання електричній енергії певних якісних показників.

17 Джерело живлення атомне (ядерне) – пристрій, який безпосередньо перетворює енергію радіоактивного розпаду на електричну енергію.

18 Джерело опорної напруги – пристрій, який використовують в стабілізаторах у якості еталонного джерела напруги.

19 Джерело первинного живлення – пристрій, який перетворює механічну, теплову, хімічну, світлову, атомну і ін. енергію на електричну.

20 Діапазон змін вхідної напруги – максимальне і мінімальне значення вхідної напруги, в діапазоні яких гарантуються нормовані параметри джерела живлення.

21 Діод – двоелектродний прилад з односторонньою провідністю.

22 Дросель – електротехнічний пристрій, який являє собою котушку з феромагнітним сердечником і реалізує індуктивність.

23 Зазор осердя – проміжок з немаг­ніт­но­го матеріалу, який в перпендикулярному напрямі перетинає осердя.

24 Згладжуючий фільтр – пристрій, призначений для зменшення амплітуди змінної складової у випрямленій напрузі.

25 Електричне поле – часткова форма прояву електромагнітного поля. Створюється електричними зарядами або змінним магнітним полем і характеризується напруженістю.

26 Електромагнітна сумісність пристроїв електроживлення – можливість сумісного, незалежного, одночасного функціонування пристроїв живлення з іншими пристроями і системами.

27 Ємнісне навантаження –навантаження, яке утворюється ємнісним опором конденсатора.

28 Захист від перенавантаження – схемотехнічні рішення, які забезпечують обмеження вихідної напруги і струму при виході їх за встановлені межі.

29 Зворотний зв'язок – вплив результатів протікання процесу, яким керують, на керуючий орган. Може бути позитивним і негативним. Якщо результат процесу підсилює його дію – то зв'язок позитивний (і навпаки).

30 Ідеальний вентиль – вентиль опір якого у прямому напрямі нульовий, а у зворотному – безмежно великий.

31 Імпульсний стабілізатор – стабілізатор постійної напруги, у якому регулюючий елемент працює в режимі перемикання (ключовому режимі).

32 Інвертор – пристрій, який здійснює перетворення енергії постійного струму в енергію змінного струму.

33 Індуктивне навантаження – навантаження, яке утворюється індуктивним опором.

34 Кількість фаз випрямлення – це добуток кількості фаз р вхідної змінної напруги, яка випрямляється, на кількість півперіодів напруги, на протязі яких працюють вентилі ().

35 Коефіцієнт згладжування пульсацій фільтра – відношення коефіцієнта пульсацій на вході до коефіцієнта пульсацій на виході фільтра.

36 Коефіцієнт корисної дії джерела живлення – відношення потужності навантаження до потужності, яка надходить до джерела живлення.

37 Коефіцієнт передачі фільтра – відношення постійної складової на виході фільтра до постійної складової на його вході.

38 Коефіцієнт пульсацій по к-ій гармоніці – відношення амплітуди к-ої гармоніки до рівня постійної складової. Оцінює вміст окремих гармонічних складових у випрямленій напрузі.

39 Коефіцієнт стабілізації напруги – відношення зміни вхідної напруги, нормованої до напруги на вході (), до відповідного нормованого значення напруги на виході стабілізатора ().

40 Коефіцієнт трансформації – відношення ЕРС (числа витків, напруг при відсутності навантаження) первинної і вторинної обмоток трансформатора.

41 Компенсаційний стабілізатор напруги –  лінійний пристрій, що являє собою замкнуту системи автоматичного регулювання з від’ємним зворотнім зв’язком. Ефект стабілізації досягається внаслідок зміни опору регулюючого елемента.

42 Кут відсічки – визначається добутком частоти на половину часу, на протязі якого вентиль проводить струм в одному періоді ().

43 Магнітна індукція – вектор, який характеризує дію магнітного поля на інші струми. Залежить від напруженості поля і магнітних властивостей середовища.

44 Магнітне поле – одна з форм електромагнітного поля. Створюється рухомими електричними зарядами.

45 Магнітний підсилювач – електротехнічний пристрій, призначений для керування змінними потужними струмами навантаження підмагнічуванням феромагнітного осердя малопотужним постійним струмом.

46 Магнітний потік – потік вектора магнітної індукції через певну поверхню.

47 Магнітопровід – елемент магнітного ланцюга, який має високу магнітну проникність і призначений для локалізації магнітного потоку.

48 Магнітопровід броньовий – магнітопровід однофазного трансформатора, який утворюється трьома стержнями, на середньому з яких розміщені первинна і вторинна обмотки.

49 Магнітопровід стержневий  – магнітопровід однофазного трансформатора, який утворюється двома стержнями, на яких окремо розміщені первинна і вторинна обмотки.

50 МПН (мале падіння напруги, LOW-DROP) стабілізатори – стабілізатори зі спеціально розробленими транзисторами, які мають в активному режимі падіння напруги на переході колектор-емітер десяті частки вольта.

51 Навантаження характеристика – залежність вихідної напруги джерела від струму навантаження. Зі зростанням струму через наявність внутрішнього опору напруга зменшується.

52 Напруга пробою стабілітрона – напруга зворотного напряму, при якій лавиноподібно зростає струм. При чергових включеннях повторюється з високою точністю.

53 Напруженість магнітного поля – фізична векторна величина, яка характеризує вплив середовища на магнітне поле: , де Н, В – напруженість і індукція поля, – магнітна проникність середовища.

54 Нестабільність за вхідною напругою – зміна вихідної напруги пристрою, викликана зміною в обумовлених межах вхідної напруги, при незмінних інших параметрах.

55 Нестабільність за струмом навантаження - зміна вихідної напруги пристрою, викликана зміною в обумовлених межах струму навантаження, при незмінних інших параметрах.

56 Обмотка – певна кількість витків проводу. Можуть знаходитися на феромагнітному осерді.

57 Однопівперіодний випрямляч – пристрій, струм через вентилі якого протікає не більше половини періоду фазної напруги.

58 Однотактний перетворювач напруги зі зворотним включенням діода випрямлення (ОПНЗ) – перетворювач, у якому накопичення енергії при відкритому регулюючому елементі відбувається у силовому трансформаторі.

59 Однотактний перетворювач напруги з прямим включенням діода випрямлення (ОПНП) – перетворювач, у якому накопичення енергії при відкритому регулюючому елементі відбувається у дроселі і конденсаторі.

60 Опір вихідний – відношення зміни вихідної напруги пристрою до зміни струму навантаження.

61 Параметричні стабілізатори напруги – пристрої, принципи роботи яких базуються на використанні елементів з нелінійними вольт-амперними характеристиками, наприклад стабілітронів, дроселів з насиченим осердям.

62 Перетворювач електричної енергії – вторинне джерело живлення, яке, споживаючи постійний струм при одній напрузі, перетворює його у один або декілька постійних вихідних струмів при інших напругах.

63 Перетворювачі AC-DC – перетворювачі змінної напруги у постійну без використання силового трансформатора та випрямляча.

64 П’єзокерамічний трансформатор - трансформатор, який представляє собою пластину з п’єзокераміки з напиленими на неї електродами.

65 Помножувач напруги – пристрій, постійна напруга на виході якого у ціле число разів перевищує вхідну змінну напругу. Принцип дії полягає у тому, що низка конденсаторів заряджається від вхідного джерела через свої вентилі, а вихідна напруга дорівнює сумі напруг на конденсаторах.

66 Потокозчеплення – сумарний магнітний потік, що пронизує послідовно з'єднані витки котушки.

67 Пульсації випрямленої напруги – періодичні зміни напруги випрямляча відносно середнього значення.

68 Резонансний перетворювач – перетворювач, в якого на випрямляч надходить напруга синусоїдальної або близької до неї форми.

69 Сонячна батарея – джерело електричного струму на основі напівпровідникових фотоелементів (Si, GaAs,...), які безпосередньо перетворюють енергію світ­ла на електричну.

70 Стабілізатор напруги (струму) (лат. stabilis – стійкий, постійний) – пристрій, що підтримує з необхідною точністю вказаний параметр навантаження без зміни роду напруги (струму) при зміні дестабілізуючих чинників у встановлених межах.

71 Стабілітрон напівпровідниковий – пристрій для стабілізації постійної напруги. Дія основана на різкому збільшені струму при певній напрузі у результаті електричного пробою електронно-діркового переходу.

72 Стержень – елемент замкнутого або розімкненого магнітопроводу, на якому може розташовується обмотка електричного ланцюга.

73 Температурна компенсація – підтримання у параметричних стабілізаторах незмінності вихідної напруги при змінах температури середовища. Досягається увімкненням послідовно зі стабілітроном елемента термокомпенсації.

74 Температурний коефіцієнт – відношення нормованої зміни напруги до зміни температури, яка викликала збурення. 

75 Температурний робочий діапазон – діапазон температур навколишнього середовища або джерела живлення, в межах якого параметри джерела не виходять за встановлені границі.

76 Тепловий захист – елементи пристрою, які відключають його від вхідного джерела або навантаження у випадку виходу внутрішньої температури за встановлені межі.

77 Термоелектричний ефект – ефект, що обумовлює виникнення різниці потенціалів між вільними кінцями з'єднаних з однієї сторони двох металів або напівпровідників при нагріванні їх з'єднання.

78 Термоелектрогенератор – пристрій, у якому теплова енергія зовнішнього джерела безпосередньо перетворюється в електричну.

79 Трансформатор – статичний електромагнітний апарат, який перетворює змінний струм однієї напруги в змінний струм іншої напруги.

80 Фільтр згладжування – пристрій, який служить для згладжування пульсацій випрямленої напруги. Розрізняють L, C та Г - і П -подібні RC -, і LC -фільтри.

81 Хімічні джерела струму – пристрої, що виробляють електричну енергію внаслідок прямого перетворення хімічної енергії при окисно-відновлювальних реакціях. У залежності від сукупності реагентів та електроліту діляться на гальванічні елементи (елементи одноразової дії) і акумулятори.

82 Частота перемикання – частота на якій працюють інвертори і перетворювачі електричної енергії. Зі збільшення частоти зменшуються масогабаритні показники пристроїв.

83 Частотно-імпульсна модуляція – в електротехнічних пристроях метод керування ключовим елементом імпульсних стабілізаторів, при якому змінною є частота слідування імпульсів керування, а тривалість імпульсів незмінна.

84 Широтно-імпульсна модуляція – в електротехнічних пристроях метод керування ключовим елементом імпульсних стабілізаторів, при якому частота слі­ду­вання імпульсів керування є постійною, а змінюється їх тривалість.

85 Ярмо – частина магнітопроводу, яка замикає магнітний ланцюг.

 

 

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

 

1. Радіотехніка: Енциклопедичний навчальний довідник: Навч. посіб­ник / За ред. Ю.Л.Мазора, Є.А.Мачуського, В.І.Правди. – К.: Вища шк., 1999. – 838 с.

2. И.М.Готлиб. Источники питания. Инверторы, конверторы, линейные и импульсные стабилизаторы. – М.: Постмаркет, 2002. – 544 с.

3. Иванов-Цыганов А.И. Электропреобразовательные устройства РЭС: Учебн. для ВУЗов по специальности "Радиотехника".  – М.: Высш. шк., 1991, – 272 с.

4. Алексеев О.В., Китаев В.Е., Шихин А.Я. Электротехнические устройства: Учебн. для Вузов. – М.: Энергоиздат, 1993. – 336 с.

5. Костиков В.Г. и др. Источники электропитания электронных средств. Схе­мо­техника и конструирование: Учебн. для ВУЗов. – М Радио и связь. 1998. – 343 с.

6. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник/ Г.С.Найвельт, К.Б.Мазель, Ч.И.Хусаинов и др.; Под ред. Г.С.Найвельта. – М.: Радио и связь, 1993. – 576 с.

7. Артамонов Б. И., Бокуняев А. А. Источники электропитания радио­уст­ройств. – М.: Энергоиздат, 1982, – 296 с.

8. Источники вторичного электропитания. В.А. Головацкий, Г.Н. Гулякович, Ю.И.Конев и др.; Под ред. Ю.И.Конева. – М.: Радио и связь, 1990. – 380 с.

9. Вересов Г.П., Смуряков Ю.Л. Стабилизированные источники питания радиоаппаратуры. – М.: Энергия, 1978. – 192 с.

10. Интегральные микросхемы. Микросхемы для линейных источников питания и их применение. – М.: ДОДЕКА, 1998. – 400 с.

11. Полянин К.П. Интегральные стабилизаторы напряжения. – М.: Энергия, 1979. – 192 с.

12. Интегральные микросхемы. Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. – М.: ДОДЕКА, 1997. – 224 с.

13. Высокочастотные транзисторные преобразователи/ Э.М. Ромаш, Ю.И. Драбович, Н.Н. Юрченко, П.Н. Шевченко. – М.: Радио и Связь, 1988. – 288с.

14. Сергеев B.C. Схемотехника функциональных узлов источников вто­ричного электропитания: Справочник. – М.: Радио и связь, 1992. – 224 с.

15. Митрофанов А.В., Щеголев А.И. Импульсные источники вторичного электропитания в бытовой аппаратуре. – М.: Радио и связь, 1985. – 72 с.

 

ЗМІСТ

0 ВСТУП.. 4

1 ОДНОФАЗНІ ТА БАГАТОФАЗНІ ВИПРЯМЛЯЧІ 7

1.1 Функціональна схема пристрою випрямлення. 7

1.2 Діоди випрямлення та їх характеристики. 8

1.2.1 Статична характеристика діода. 8

1.2.2 Інерційність діодів. 10

1.2.3 Енергетичні характеристики діодів. 10

1.2.4 Паралельне та послідовне з'єднання діодів. 11

1.3 Схеми випрямлення та їх класифікація. 12

1.4 Аналіз схем випрямляння при активному навантаженні 14

1.4.1 Однофазний однопівперіодний випрямляч. 14

1.4.2 Однофазний двопівперіодний випрямляч. 15

1.4.3 Багатофазний однопівперіодний випрямляч. 16

1.4.4 Пульсації напруги випрямлячів. 18

1.4.5 Мостовий однофазний випрямляч. 19

1.4.6 Мостовий випрямляч для отримання різнополярних напруг. 20

1.4.7 Багатофазний мостовий випрямляч. 21

1.4.8 Основні характеристики випрямлячів. 22

1.4.9 Характеристика навантаження випрямляча. 22

1.5 Робота випрямляча на навантаження з ємнісною реакцією.. 23

1.6 Робота випрямляча на індуктивне навантаження. 25

1.7 Помножувачі напруги. 27

1.7.1 Необхідність множення напруги. 27

1.7.2 Пристрій подвоєння напруги. 28

1.7.3 Множення напруги у довільне число разів. 29

1.7.4 Несиметричний помножувач напруги першого роду. 29

1.7.5 Несиметричний помножувач напруги другого роду. 31

1.8 Запитання тестового контролю.. 32

2 ЗГЛАДЖУЮЧІ ФІЛЬТРИ.. 34

2.1 Загальні відомості про фільтри. 34

2.2 Ємнісний фільтр. 35

2.3 Індуктивний фільтр. 36

2.4 Г-подібні індуктивно-ємнісний (LC) та активно-ємнісний (RC) фільтри 38

2.5 П-подібний фільтр. 41

2.6 Загальні положення про фільтри. 42

2.7 Транзисторні фільтри. 44

2.8 Запитання тестового контролю.. 46

3 БЕЗПЕРЕРВНІ СТАБІЛІЗАТОРИ ПОСТІЙНОЇ НАПРУГИ ТА СТРУМУ 47

3.1 Класифікація стабілізаторів. 47

3.2 Основні характеристики стабілізаторів. 48

3.3 Використання стабілітронів у стабілізаторах напруги. 49

3.4 Однокаскадний стабілізатор на стабілітроні 51

3.4.1 Схема стабілізатора. 51

3.4.2 Рівняння для вихідної напруги. 52

3.4.3 Вихідний опір стабілізатора. 53

3.4.4 Коефіцієнт стабілізації 53

3.4.5 Вплив нестабільності ЕРС стабілітрона на вихідну напругу ПСН.. 55

3.5 Графічний розрахунок режиму роботи ПСН.. 55

3.6 Стабілізатори напруги на стабілітронах. 57

3.6.1 Параметричний каскадний стабілізатор напруги. 57

3.6.2 Температурна компенсація у ПСН.. 57

3.6.3 Мостова схема ПСН.. 59

3.6.4 Параметричні стабілізатори з активними елементами. 60

3.6.5 Порівняння схем ПСН.. 61

3.6.6 Порядок розрахунку ПСН.. 61

3.7 Компенсаційні стабілізатори постійної напруги з неперервним регулюванням.. 62

3.7.1 Загальні відомості про компенсаційні стабілізатори. 62

3.7.2 Послідовний та паралельний компенсаційні стабілізатори. 62

3.8 Однотранзисторний послідовний стабілізатор. 64

3.9 КСН з підсилювачем у колі зворотного зв'язку. 65

3.10 Складені транзистори в компенсаційних стабілізаторах. 67

3.11 Прямі зв’язки в компенсаційних стабілізаторах. 68

3.12 Елементи захисту у стабілізаторах. 70

3.13 Низьковольтні компенсаційні стабілізатори. 71

3.14 Інтегральні стабілізатори напруги. 72

3.14.1 Причини використання мікросхем у стабілізаторах. 72

3.14.2 Інтегральна мікросхема К142ЕН1. 72

3.14.3 Інтегральні мікросхеми 142ЕН3 – 142ЕН9. 74

3.14.4 Увімкнення ІМС стабілізаторів фіксованої напруги. 75

3.15 Загальні зауваження щодо компенсаційних стабілізаторів. 76

3.16 ІМС безпосереднього перетворення змінної напруги у постійну. 76

3.17 Напрямки розвитку компенсаційних стабілізаторів напруги. 77

3.18 Запитання тестового контролю.. 78

4 Імпульсні стабілізатори постійної напруги. 80

4.1 Принцип роботи імпульсного стабілізатора. 80

4.2 Системи імпульсної стабілізації напруги. 83

4.3 Функціональні схеми імпульсних стабілізаторів постійної напруги. 84

4.3.1 Імпульсний послідовний стабілізатор. 84

4.3.2 Імпульсний інвертуючий стабілізатор. 85

4.3.3 Імпульсний паралельний стабілізатор. 87

4.4 Особливості силових ланцюгів імпульсних стабілізаторів. 89

4.5 Структурна схема ланцюга керування стабілізатора з ШІМ... 91

4.6 Імпульсний стабілізатор з ШІМ... 92

4.7 Релейний імпульсний стабілізатор. 94

4.8 Стабілізатор з ШІМ на ІМС К142ЕП1. 95

4.9 Запитання тестового контролю.. 97

5 ІНВЕРТОРИ ТА ПЕРЕТВОРЮВАЧІ 98

5.1 Терміни, визначення, класифікація. 98

5.2 Двотактні перетворювачі 99

5.2.1 Двотактний перетворювач напруги (ДПН) з середньою точкою.. 99

5.2.2 Мостовий та напівмостовий ДПН.. 102

5.2.3 Аналіз двотактних перетворювачів напруги. 102

5.3 Двотактний перетворювач напруги з самозбудженням.. 103

5.4 Однотактні перетворювачі напруги. 104

5.4.1 Однотактний перетворювач напруги з прямим увімкненням діода випрямлення (ОПНП) 104

5.4.2 Однотактний перетворювач напруги зі зворотним увімкненням діода випрямлення (ОПНЗ) 106

5.5 Порівняльний аналіз двотактних та однотактних перетворювачів. 108

5.6 Резонансні перетворювачі 109

5.6.1 Причини розробки резонансних перетворювачів. 109

5.6.2 Мостовий резонансний перетворювач з послідовним контуром.. 110

5.6.3 Резонансні перетворювачі з односпрямованою передачею енергії 111

5.6.4 Резонансний однотактний перетворювач напруги з прямим увімкненням діода. 112

5.7 Перетворювачі з п’єзотрансформаторами. 113

5.8 Високочастотні перетворювачі модульної структури. 114

5.9 Функціональна схема імпульсного джерела електроживлення. 115

5.10 Безперебійні джерела живлення. 117

5.11 Узагальнення правил побудови джерел вторинного живлення. 118

5.12 Запитання тестового контролю.. 121

6 ТРАНСФОРМАТОРИ І ДРОСЕЛІ 122

6.1 Основні відомості 122

6.2 Гістерезис у магнітних ланцюгах. 125

6.3 Втрати в магнітопроводах. 126

6.4 Дроселі з однорідним феромагнітним осердям.. 127

6.5 Дроселі з неоднорідними магнітопроводами. 130

6.6 Трансформатори. 131

6.6.1 Будова трансформаторів. 131

6.6.2 Робота трансформатора. 133

6.6.3 Проектування трансформатора. 135

6.7 Автотрансформатори. 137

6.8 Магнітні підсилювачі 138

6.9 Параметричні стабілізатори змінної напруги. 140

6.9.1 Дросельний стабілізатор напруги. 140

6.9.2 Параметричний стабілізатор з коливальним контуром.. 141

7 ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНІ ПРИСТРОЇ ТА ДЖЕРЕЛА ПЕРВИННОЇ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ 143

7.1 Електромеханічні пристрої 143

7.2 Первинні джерела електричної енергії 145

ГЛОСАРІЙ.. 150

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ. 156

 

                                   Навчальне видання

 

Електронний навчальний посібник з дисципліни “Електротехнічні пристрої”, рівень підготовки – бакалавр, спеціаліст, магістр, напрямки 6.0907, 7.0907, 8.0907 – “Радіотехніка”, Є.О.Чемес. – Одеса: ОНПУ, 2007. – 145 с.

 

                                                Євген Олександрович Чемес

 

 

                         Електронний набір М.Конюченко

                         Редактор

                         Коректор

 

________________________________________________________

 

Одеський національний політехнічний університет

 270044, Одеса, пр. Шевченка, 1.