Главная » Книги и журналы

1 2 3 4 ... 32

электропитание работ

Частота пульсации / напряжения или тока. Наиболее ва5кное значение имеет самая низкая частота пульсации. Как правило, чем выше частота пульсации, тем легче осуществить сглаживание тока в нагрузке.

В ряде случаев для нормального режима работы питаемого устройства должна сохраняться в течение длительного времени стабильность величин напряжения и тока.

В отличие от пульсации стабил ьность определяется как однозначное изменение напряжения или тока по сравнению с заданным значением за определенный промежуток времени. Поэтому пульсацию напряжения или тока можно рассматривать как частный случай периодической нестабильности.

Из эксплуатационных свойств особое значение имеют пригодность источника питания к работе в заданных температурных условиях, его чувствительность к механическим вибрациям и ударным нагрузкам, к влажности и давлению окружающей среды. Во многих случаях к источникам электропитания предъявлякпся также требования по автоматизации контроля и регулированию напряжения и тока, эффективности системы защиты от повреждений.

Все источники электропитания принято подразделять на п е р -вичные ивторичные. У первичных источников электропитания электрическая энергия является результатом преобразования другого вида энергии. К таким источникам относятся, например, электромашинные генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую, термоэлектрогенераторы, солнечные ба-



тареи, электрохимические источники тока. Вторичные источники тока осуществляют преобразование тока. Вторичный источник тока - выпрямитель - преобразует переменный ток в постоянный. Ко вторичным источникам тока относится и аккумулятор, для которого типичным режимом разрядки на нагрузку является предварительный процесс зарядки его от другого источника тока, т.е. в аккумуляторе осуществляется своеобразное преобразование тока.

Некоторые параметры источников электропитания наиболее распространенных потребителей электрической энергии малой мощности указаны в табл. B-L

Таблица В-1

Потребители электрической

энергии

Радиовещательные приемники с полным питанием от сети;

анодные цепи ламп , . . .

накальные цепи ламп , . . Транзисторные приемники . . . Телевизоры:

анодные цепи ламп . . . .

аноды трубок .......

накальные и - сигнальные

цепи...........

Маломощные усилители:

анодные цепи ламп . . . .

накальные цепи ......

Маломощные радиостанции . .

Транзисторные передатчики . .

Маломощные электродвигатели различного типа.......

Цепи микрофонов и аппаратуры телефонных станций.....

Телеграфные станции различного типа малой мощности . .

Цепи подмагничивания электродинамических громкоговорителей, электромеханических реле и т. п..........

Характеристика потребителей энергии

Род тока

Пределы напря-

в

Наибольший потребляемый ток, а

Допустимый коэффициент пульсации

А' о/

Постоянный Переменный Постоянный

Переменный

Постоянный Переменный

Постоянный

150-450 2-6,3 1,2-12

До 750 > 15 000

2-6,3

750 12,0 20,0 750 24,0

> 60

До 0,2 4,0

0,05

0,2 0,01

0,1 5,0

0,02-0,1

0,05-0,1

0,05-0,1 0,001

0,05-0,1

0,05-0,1 0,05-0,1

до 0,5

0,01-0,0001

0,001

В большинстве случаев приходится считаться с большим разнообразием потребляемых величин тока и напряжений, допустимых коэффициентов пульсации и стабильностью напряжений и тока. Особенно отличаются разнообразием параметров такие потребители энергии, как, например, маломощные электродвигатели, телеграфные и телефонные установки и им подобные устройства.



ГЛАВА ПЕРВАЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВЕНТИЛИ И ИХ СВОЙСТВА

ч

§ М. КЛАССИФИКАЦИЯ И. ПАРАМЕТРЫ ВЕНТИЛЕЙ

Электрическим вентилем называют прибор, про-

водящий электрический ток преимущественно в одном направлении. Различают идеальный и реальный вентили. Первый из них проводит электрический ток лишь в прямом направлении и не оказывает сопротивления прямомутоку /пр.В реальном вентиле имеются прямой иобратный ток / бр, причем сопротивление вентиля прямому току /?пр мало, а обратному - велико и равно /?обр.

Направления токов через вентиль и его основные электрические свойства выражаются вольт-амперной характеристикой / = {Щ, показывающей зависимость тока от приложенного к вентилю напряжения. Вольт-амперная характеристика идеального вентиля показана на! рис. 1-1, а. Прямой ток / р возникает в цепи при малой величине приложенного к вентилю прямого напряжения U, поскольку вентиль не оказывает току сопротивления. В этом случае величина тока / р через вентиль не ограничена. При любой величине обратного напряжения i/обр тока через вентиль не имеется.

В реальном вентиле (рис. 1-1,6) для создания заданной величины прямого тока приходится к вентилю подводить соответствующее прямое напряжение, иногда достаточно большой величины. Обратный ток зависит от приложенного к вентилю обратного напряжения. Обратный ток становится соизмеримым с прямым током, если f/обр по величине близко к пробивному напряжению.

В электронных вентилях (кенотронах) обратный ток мал и часто им пренебрегают. Вольт-амперная характеристика кенотрона имеет вид, показанный на рис. 1-1,6. На рис. 1-1, г показана типовая вольт-амперная характеристика газотрона.

Все электрические вентили можно классифицировать:

по принципу действия - электрические и механические;

по характеру проводимости тока - электронные, ионные и полупроводниковые;



по способу управления током через вентиль - неуправляемые

и управляемые;

по числу электродов

двухэлектродные и многоэлектродные.

Вентили механического действия не применяются в установках электропитания радиоустройств из-за свойственных им недостатков. В них одностороннее протекание тока обычно достигается тем, что цепь тока синхронно прерывается с изменением полярности приложенного к вентилю напряжения. Нагрузка подключается к источнику тока в одни и те же моменты времени с заданной полярностью. В результате через нагрузку протекает ГОК одного направления, т.е. осуществляется выпрямлениепеременного тока в постоянный благодаря синхронному переключению




Pic. 1-1. Вольт-амперные характеристики вентилей.

тока через вентиль. К недостаткам таких вентилей относятся громоздкость конструкции и наличие механически переключаемых электрических контактов, создающих помехи работе радиоаппаратуры.

Вентили электрического действия благодаря своим положительным эксплуатационным свойствам используются почти во всех установках электропитания радиоустройств. К ним предъявляются следующие требования.

1. Вентиль должен обладать наименьшим сопротивлением прямому току и падение напряжения на вентиле &.U - /пр-пр Должно составлять небааьшую часть напряжения, подводимого ко входу выпрямителя. В противном случае к. п. д. вентиля будет мал, как это видно из соотношения

Ро + Рп

где /о и (/о - ток и напряжение после вентиля; и AU,: - соответственно, потеря мощности и падение напряжения на вентиле при протекании по нему прямого тока; Pq = IqUq - мощность выпрямленного тока.

2. Вентиль должен обеспечивать наименьший обратный ток в схеме при заданном значении обратного напряжения, так как



наличие обратного тока приводит к дополнительным потерям и усложняет эксплуатацию выпрямительного устройства.

Это требование по существу определяет качество вентиля и может быть охарактеризовано коэффициентами выпрямления:

Квып.ст -Т~ при С/обр - Ь'пр Авып,ди11- Г~ )

* обр обр

где /пр.доп - допустимая величина прямого тока, при котором вентиль не повреждается; /обр - обратный ток, измеренный при допустимой величине обратного напряжения f/обр.доп при котором не нарушается электрическая прочность вентиля.

3. Вентиль должен обладать высокой электрической прочностью, определяемой величиной обр.доп- Это требование позволяет получить наибольшее выпрямленное напряжение при наименьших габаритах выпрямителя, а низкое допустимое обратное напряжение часто исключает возможности применения данного вентиля в схеме выпрямителя с высоким выпрямленным напряжением.

4. Общий к. п. д. вентиля, включая потери энергии на накал и вспомогательные цепи, обеспечивающие его нормальную работу, должен быть по возможности большим. При этом общий к. п. д. вентиля

Мв. общ -

где Рц.з - мощность, теряемая дополнительно в цепи накала и вспомогательных цепях вентиля.

5. Параметры вентиля должны минимально отличаться от их номинальных значений при заданных пределах изменения температуры, влажности и давления окружающей среды; вентиль должен (йладать длительным сроком службы и взаимозаменяемостью, способностью выдерживать тряску, механические вибрации и ускорения в заданных пределах; его обслуживание должно быть простым.

§ 1-2. ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЕНТИЛИ

Основным типом электронных вентилей является кенотрон, отличающийся от других двухэлектродных электронных ламп конструктивными особенностями и параметрами. В некоторых случаях для выпрямления тока могут быть применены и многоэлектродные электронные лампы, поскольку они тоже обладают свойствами односторонней проводимости тока.

Основными характеристиками диодов и кенотронов являются статические характеристики. По этим характеристикам определяются исходные данные для расчета схем выпрямления. На рис. 1-2, а показано семейство эмиссионных характеристик кенотрона с катодом прямого накала из металла в виде зависимостей /а = Ф (/н) при разных постоянных значениях анодного напряжения 1).



Анодный ток кенотрона определяется соотношением

(1-3)

где Sk

рабочая площадь катода; /

АТе

удельный ток

эмиссии катода, а/см] А - коэффициент пропорциональности; Т - температура катода (° К); 6© - величина, пропорциональная работе выхода электронов, т. е. зависимая от материала катода.




д) ia


Ра доп^ const


Рнс. 1-2. Статические характеристики кенотронов и диодов.

В свою очередь, температура катода определяется соотношением

(1-4)

где К - коэффициент пропорциональности, зависимый от конструкции и тепловых свойств катода; - мощность, расходуемая в цепи нити накала; / - ток накала; /? - сопротивление нити накаливания.

Отсюда следует, что ток эмиссии катода зависит от температуры катода, или, что то же самое, от тока накала / . Очевидно, что эмиссионные характеристики могут быть также построены как за симости

где

напряжение накала.

Связь между величинами тока, напряжения и сопротивления нити накаливания обычно выражают в виде х арактер истики накаливания (рис. 1-2, б). Нелинейный характер зависимости тока накала от приложенного к нити напряжения обусловлен



тем, что с изменением температуры нити накаливания меняется ее сопротивление.

Критерием нормального режима работы кенотронов является рабочая температура катода. У вольфрамового катода рабочая темперагура катода составляет 2400-2600° К.

Показанный на рис. 1-2, а ток / ограничивается режимом пространственного заряда; при повышении анодного напряжения увеличивается скорость движения электронов, уменьшается пространственный заряд и анодный ток возрастает.

На рпс. 1-2, в показано семейство статических анодных характеристик кенотрона с металлическим,- катодом прямого накала. Здесь при малых напряжениях (или токах) накала, когда ток эмиссии катода огранР1чен, анодный ток почти не увеличивается с возрастанием анодного напряжения и возникает ток насыщения /5. При дальнейшем повышении напряжения накала и постоянном значении анодного напряжения увеличивается анодный ток. Чтобы нить накаливания кенотрона не перегорела, нельзя чрезмерно увеличивать напряжение (или ток) накала. Имеется строго определенное значение допустимого анодного тока при эксплуатации кенотрона.

В кенотронах с оксидированными катодами косвенного накала ток насыщения практически не наблюдается, поскольку эмиссионная способность таких катодов велика. Тем не менее, для таких кенотронов также ограничивается максимально допустимое значение анодного тока, ибо при превышении указанного тока эмиссии нарушается целостность верхнего слоя катода.

В области характеристики кенотрона, где отсутствует ток насыщения, анодный ток определяется законом степени трех в т о р ы X, т, е.

h = AUJ\

где Л - коэффициент пропорциональности, зависимый от конструкции кенотрона.

Отсюда следует, что кенотрон как элемент электрической цепи является нелинейным сопротивлением. Величина этого сопротивления связана с режимом работы кенотрона. В кенотронах с катодами прямого накала из чистых металлов величина сопротивления меняется также с изменением напряжения накала.

Анодная характеристика маломощного диода (рис. 1-2, а) показывает наличие анодного тока даже при небольших отррщательных анодных напряжениях. Ток в данном случае объясняется действием быстрых электронов , обладающих большой начальной скоростью у поверхности катода:


v.>vy 2~(;а, (1-5)

где V - скорость, определяемая тормазящим полем анода с отрнца-гельным потенциалом - U; е и т - заряд и масса электрона.



Кривая допустимой мощности рассеяния на аноде Ра.доп (рис. 1-2, д) обычно наносится на статических анодных характеристиках кенотрона и определяет области рабочих ха-

рактеристик. Р

а.доп

конструктивная величина каждого кенотрона

с естественным воздушным охлаждением за счет лучеиспускания как это видно из соотношения, будет

Р

а. доп

(1-6)

где Sa - рабочая поверхность анода; екания, определяемый конструкцией и степенью зачернения поверхности анода {I < 1); k - постоянная Больцмана; Т - рабочая температура анода.

Мощность, рассеиваемая на аноде за счет протекания тока, -

Рц-и^ау вт; Ра -/а£ а, бГП

или

Ра - f> а

(1-7)

где lam и fam - амплитуды анодного тока и напряжения при синусоидальной форме кривой их изменений во времени; fa п Еа - постоянные составляющие анодного тока и напряжения; Ь и Иа - венные значения анодного тока и напряжения.

Если через кенотрон протекает ток импульсной формы, то учитывается среднее значение тока за период его повторения.

Очевидно, что в нормальном режиме эксплуатации кенотронов должны выполняться условия:

Р

а. доп

(1-8)

Часто приходится считаться и с тем, что при замкнутой кйнст-рукции электродов кенотрона почти вся мощность, расходуемая в цепи накала, рассеивается на аноде, и поэтому рассеивать на аноде мощность за счет протекания анодного тока надо значительно меньше, чем допустимо в соответствии с (1-8).

В результате того, что величина рассеиваемой мощности на аноде ограничивается, приходится ограничивать и величину анодного тока при данном падении напряжении на кенотроне. При этом

Р

а. доп

а. макс, доп

Е

(1-9)

Характерные параметры кенотронов 1. Номинальные значения

жения накала

тока и напря-(/jj и (/ ), причем должны быть выдержаны указанные в паспортных данных допустимые отклонения этих величин.

2. Допустимое обратное напряжение (обр.доп) определяемое электрической прочностью кенотрона. При этом должно быть выполнено соотношение

и

обр. доп

и

обр>



где f/обр - амплитуда напряжения на кенотроне при минусе аноде.

3. Допустимые значения мощности рассеяния на аноде и максимальный анодный ток (Радоп и

/а.макс.доп)

4, Внутреннее сопротивление

§ ЬЗ. ИОННЫЕ ВЕНТИЛИ

К ионным вентилям относятся газотроны, тиратроны, ртутные вентили, игнитроны и экситроны.

Маломощные газотроны и тиратроны применяются в устройствах электропитания малой мощности ограниченно. Тиратроны высокого напряжения, ртутные вентили и экситроны используются в мощных установках электропитания с высоким выпрямленным напряжением.

Как правило, во вновь проектируемых устройствах электропитания ионные вентили применяются ограниченно, преимущество отдается полупроводниковым вентилям.

А. Газотроны

Газотроны (рис. 1-3) представляют собой двухэлектродные газоразрядные приборы с катодами прямого или косвенного накала. Протекание тока через газотроны обусловлено дуговым разрядом, В зависимости от того, заполнен ли баллон парами ртути или инертными газами (аргоном, неоном, ксеноном или газовыми смесями), газотроны обозначаются соответственно ГР или ГГ. Кроме того, в обозначении типа газотрона указывается допустимый выпрямленный ток (среднее значение) в числителе дроби и допустимое обратное напряжение - в знаменателе дроби.

Нормальный режим эксплуатации газотронов определяется хорошо развитым процессом ионизации газа, заполняющего междуэлектродное пространство, и дуговым разрядом между анодом и катодом. Вольт-амперная характеристика газотрона показана рис. 1-4, а. Участок о - а характеристики соответствует начальной стадии разряда, когда ток через газотрон обусловлен электронными процессами и отсутствием газового разряда. На этом участке характеристики ток мал и определяется законом степени трех вторых, как и в двухэлектродной электронной лампе. Падение напряжения на газотроне достигает больших значений.

При напряжении зажигания и^ъ точке а характеристики (порог зажигания) происходит ионизация газа и наблюдается его свечение. На участке а - б характеристики интенсивно развивается ионизация газа и уменьшается падение напря-



имения на газотроне, так как по мере ионизации концентрация носителей зарядов (электронов и ионов) в газоразрядной плазме повышается и сопротивление току снижается.

Полное падение напряжения на газотроне представляет сумму трех составляющих: падения напряжения у катода Д^к, в газоразрядной плазме междуэлектродного пространства Д^г.п и непосредственно у анода Afa-

Падение напряжения у катода AU составляет большую часть полного падения напряжения на газотроне. Падение напряжения






Рис. 1-3. Устройство газотронов (а) и их обозначение в схемах (б)

/ -- катод. 2 - анод. 3 - экран катода

у катода обусловлено следующим. Электроны, эмиттированные катодом, вначале имеют небольшую скорость, возрастающую под воздействием поля анода. Когда скорость и кинетическая энергия электронов приобретают достаточную величину, возникает ударная ионизация. Таким образом, Д^Ук определяется в основном потенциалом ионизации и зависит от состояния и свойств газа, состояния поверхности и материала катода.

Одновременно с ударной ионизацией происходит ступенчатая ионизация газа, вызванная наличием метастабильных атомов (находящихся в возбужденном состоянии). Для ионизации таких атомов требуется меньшая кинетическая энергия электронов, и поэтому падение напряжения у катода соизмеримо с напряжением возбуждения атомов.

Одновременно с ионизацией наблюдается и частичная рекомбинация атомов и молекул. Часть рекомбинированных газовых частиц может повторно подвергнуться возбуждению и ионизации, причем



1 2 3 4 ... 32
Яндекс.Метрика