Трансформатордың есебін жеңілдету үшін орынбасу сұлбасын құру керек.
Бұл сұлбада орамалар арасындағы магниттік байланыс электрлік байланыспен айырбасталынады және екіншілік ораманың барлық параметрлері біріншілік ораманың орам санына w1қатысты қайта есептелінеді. Бірақ энергетикалық көрсеткіштер (номиналды қуат, қорытынды магниттік қозғаушы күш, шығындар) өзгеріссіз қалуы керек.
Осылайша нақты трансформатордың орнына келтірілген трансформатор алынады, оның «Т» тәріздес орынбасу сұлбасы (6.9 суретте) бейнеленген.
6.9 сурет – Келтірілген трансформатордың орынбасу сұлбасы Орынбасу сұлбасындағы параметрлер:
.
Мұндағы 𝑈2′, 𝐸2′, 𝐼2′, 𝑟2′, 𝑥2′ - екіншілік ораманың электрлік шамаларының келтірілген мәндері; x12 – магнитөткізгіштің индуктивті кедергісі; r12 – магнитөткізгіштегі шығынды есепке алатын активті кедергі.
Біріншілік және екіншілік орамаларының электрлік күйлерінің теңдеуі:
).
(
, ,
, ,
2 12
1
2 2 2
2 2 2 2
2 2
2 2 2
1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1 1
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
− +
=
+
=
−
−
=
−
−
=
+
= +
−
= +
+
−
=
I I
I
x j r Z I
Z E x
I j r I E U
jx r Z I
Z E x
jI r I E U
99
Орынбасу сұлбасының барлық параметрлері берілген трансформатор үшін тұрақты, Zж ескерілмейді және бос жүріс немесе қысқа тұйықталу тәжірибесімен анықталуы мүмкін.
Кернеудің U2 жүктеме I2тогынан тәуелділігі трансформатордың сыртқы (шықпалық) сипаттамасы деп аталады.
6.9Трансформатордың энергия шығындар және пайдалы әсер коэффициенті
Трансформаторда электр энергиясын түрлендіру кезінде өзекше мен орамалардың қызуына кететін шығындар орын алады. Активті қуаттардыңтеңдестігінің теңдеуі мына түрде жазылады:
p p p P I
U
P1 = 1 1cos1 = 2 + Э1+ C + Э2, (6.10) мұндағы P1 – біріншілік ораманың активті қуаты;
P2 – жүктемедегі активті қуат;
Э1
p – біріншілік орамадағы қуат шығыны (электрлік шығын);
pC – өзекшедегі шығынның қуаты (магниттік шығын);
Э2
p – екіншілік орамадағы электрлік шығынның қуаты.
Активті жүктеме кезіндегі трансформатордың пайдалы әсер коэффициенті (ПӘК):
cos .
cos
к 0 2 2 2 2
2 2
2 2 2 1
1 1 2
Р R I m I
U m
I U m P
p p P P
P C Э
+
= +
−
= −
=
(6.11)
Мұндағы β=I1/ I1ном= I2/ I2ном – жүктемелік коэффициент;
Трансформатордың ПӘК мәні жүктемеге тәуелді. Сонымен қатар, қуат коэффициенті cosφ жоғары болған сайын ПӘК мәні де жоғары болады.
Жүктеме номиналды жүктеменің 50-70% құраған кезде ПӘК мәні ең үлкен мәнге жетеді.
6.10 Трансформатордың бос жүріс және қысқа тұйықталу режимдері
Бос жүріс режимін жүзеге асыру үшін трансформатордың біріншілік орамасын кернеу көзіне қосылады, ал екінші орамасы тұйықтамайды (6.10 сурет).
Бос жүріс кезінде трансформатордың электр желісінен энергия тұтынады, ал қуатты бос жүріс шығыны деп атайды.
100
Трансформатордың орамаларының кедергісі мен бос жүріс тоғы салыстырмалы түрде аз болса, онда шығын қуатын есептемеуге болады.
Шығын қуаты – бұл болат магнитөткізгіште болатын шығын.
Бос жүріс тәжірибесі деп трансформатордың екіншілік орамасы тұйықталмаған және біріншілік орамағаноминалды кернеу берген (U1бж =U1H) кездегі сынақты айтады. Аспаптардың көрсетуі бойынша
бж W
бж U P
I
U1бж, 1 , 2 , мәндерін алады. Бұл мәндер арқылы трансформациялау коэффициентін
U бж
k U
2 бж
= 1 және магнитөткізгіштегі шығын қуаты: PW =P0.
6.10 сурет– Трансформатордың бос жүріс және қысқа тұйықталу тәжірибесінің сұлбасы
Қысқа тұйықталу режимідеп екіншілік ораманың ұштары тұйықталған (Zж =0)кездегі режимді айтады. Қысқа тұйықталу режимінің сұлбасы 11.3-суретте көрсетілген. Қысқа тұйықталу кезінде орамалардағы токтар номиналды мәннен бірнеше ондаған есе асып кетуі мүмкін.
Сондықтан қысқа тұйықталу режимінде трансформаторды сынау кезінде кернеуді бірден U1Kшамаға дейін төмендетеді, сол кезде біріншілік орамадағы ток номиналды мәннен I1K I1H аспауы керек.
Трансформатордың қысқа тұйықталу кернеуі қысқа тұйықталу режимі кезінде I1K =I1H болуын жүзеге асыратын кернеу:
H K
K U
U U
1 1 100
= %. (6.12) Қысқа тұйықталу режимі кезінде қысқа тұйықталудың кернеуін, трансформатордың бірінші орамасындағы шығын қуатын анықтайды. Мына формула бойынша орынбасу сұлбасының параметрлерін анықтауға болады:
2 2 2
1 1
1 , , K K K
K K K H
K
K x z r
I r P I
z =U = = − . (6.13)
Қысқа тұйықталу режиміндегі шығындар тек ораманың қызуыменбайланысты.
101
7. Жартылай өткізгішті аспаптар мен электрондық құрылғылар 7.1 Жартылай өткізгішті диод
Жартылай өткізгішті диод деп бір кемтік-электрондық (p−n) өтпесінен тұратын және екі шықпа ұшы бар аспапты айтады.
Жұмыс істеу тәртібіне және атқаратын міндетіне байланысты диодтарды түзеткіштік диод,стабилитрон, варикап, фотодиод деп бірнеше топтарға бөледі.
Түзеткіш диодты айнымалы токты тұрақты токқа түрлендіру үшін қолданады. Олар айнымалы токтың жиілігіне және пішініне байланысты төменгі жиілікті (0,01 – 100 кГц ), жоғарғы жиілікті (100 – 100000 кГц ) және импульстік деп бөледі. Құрылымына қарай жалпақ және нүктелік диодтар болып бөлінеді. Алдыңғысы үлкен токтарды, ал кейінгісі әлсіз токтарды түзетуге арналған.
Диодтың шартты белгісі (а), құрылымдық сұлбасы (б) және вольт- амперлік сипаттамасы (в) - суретте көрсетілген. Шартты белгіде p-түрлі жартылай өткізгішке қосылған ұшын анод A, ал n-түрліге қосылған жартылай өткізгішке қосылуын катод K деп атайды. Шартты белгідегі бағыт диодтың ток өткізетін бағытымен сәйкес келеді, яғни диод токты анодтан катодка қарай өткізеді.
а) б) в)
7.1 сурет – Диодтың шартты белгісі мен вольтамперлік сипаттамасы Диодтың вольт-амперлік сипаттамасы симметриялы емес. Аз оң кернеулер кезінде диод тура бағытта жұмыс жасайды, тура ток бірден өседі.
Бірақ ол максималды мәннен Iм акс аспауы қажет. Жұмыс кезінде диодтың аса қызуы орын алмауы керек, керісінше жағдайда, диод істен шығады.
Диодқа теріс таңбалы кернеу берілсе, онда ол арқылы жүретін кері ток өте аз болады, яғни диод жабық. Uкері Uкері,м акс кернеулер кезінде кері ток тура токпен шамалас мәнге дейін өседі. Бұл аймақта диодтар жұмыс жасай алмайды, оларды ағысының ұшына алып келетін локалды аса қызу орын
102
алады. Максималды кері кернеу диодтың құрылысымен анықталады және
B 10кВ
10 аралықта болады.
Диодтар жасау үшін германий, кремний, арсенид-галий элементтері кеңінен пайдаланылады. Жартылай өткізгішті диодтардың өлшемдері шамалы, салмағы аз, ПӘК жоғары, қызмет ету мерзімі үлкен, жоғары сенімділікке ие.
Электроникада жүктемеге берілетін кернеуді тұрақтандыру үшін кернеу тұрақтандырғыш (стабилизатор) қолданылады. Ең қарапайым кернеуді тұрақтандырғыш стабилитрон деп аталады.
Диодқа қарағанда стабилитрон вольт-амперлік сипаттаманың тура бөлігінде емес, кері тармақтарында жұмыс жасайды.
Стабилитронға кері кернеу берген кезде,оның белгілі бір мәнінде (Uтұр)
n
p− өтпесінде электрлік тесілу орын алады. Бүл кезде кері ток кең диапазонда өзгерген жағдайда ондағы кернеу өте аз өзгереді.
Вольт-амперлік сипаттаманың бұл бөлігі стабилитрон үшін жұмыстықбөлік болып табылады. Одан өтетін ток рұхсат етілген мәннен асып кетпепеген жағдайда p−n өтпесінің тесілуі аспаптың бұзылуына алып келмейді.
Варикап депсыйымдылығы кері кернеуге тәуелді өзгере алатын диодты айтады.
Фотодиод деп кері тогы p−n өтпесінің жарықталуына байланысты өзгеріп отыратын диодты айтады.
Жарық диоды деп бойымен ток жүрген кезде p−n өтпесінен жарық шығаратын диодты айтады.
7.2Тиристорлар
Үш не одан да көп p−n өтпесінен тұратын және электрондық қосып- ажырату аспапы ретінде қолданылатын жартылай өткізгіштік аспаптар тиристор деп аталатын ерекше топ құрайды. Сыртқы ұштықтардың саны екеу (екі электродты) болғанда тиристорды динистор деп, ал үшеу (үш электродты) болғанда тринистор деп аталады.
Динистордың құрылымы мен шартты белгісі және вольт-амперлік сипаттамасы 7.2-суретте көрсетілген. Шеткі р-облыс анод деп, ал екінші шеткі n-облыс катод деп аталады.
Егер анодқа теріс таңбалы, ал катодқа оң таңбалы кернеу берілсе, онда шеткі p−n өтпесі кері бағытта қосылады да, динисторарқылы аздаған кері ток жүреді (0Г бөлік).
Егер оң кернеу анодқа, теріс кернеу катодқа берілсе, онда 1және 3 өтпелер тура бағытта, ал ортаңғы 2 өтпе кері бағытта қосылады. Бұл жағдайда анод пен катод арасындағы кедергі өте үлкен, сондықтан динистор арқылы аздаған ток Iжаб жүреді. Бұл ток тиристор жабық кезде максималды рұқсат етілген тұрақты тура кернеу (Uтур. жаб.макс) деп аталатын кернеу кезінде өлшенеді.
103
Тура кернеуді одан әрі көбейте берсе, ортаңғы 2 өтпедегі кері кернеу азайып, динистор арқылы жүретін тура ток көбейеді. Ашылу кернеуі ( Uаш) деп аталатын тура кернеудің белгілі бір мәнінде ортаңғы өтпе ашылады, анод пен катод арасындағы кедергі өте азаяды. Динистордың мұндай жағдайы динистордың ашық күйі ретінде қабылданады. Ашық динистордегі кернеудің түсуі 1-2 вольттен аспайды (БВ бөлік) және динистор арқылыжүретін токқа тәуелді емес. Динистордың ашылу кернеуі, әдетте, жүздеген вольтке тең болады.
Динистор арқылы жүретін ток ұстап тұру тогынан Iұс үлкен болған жағдайда ғана ол ашық күйде болады. Динисторды ашық күйден жабық күйге көшіру үшін сыртқы кернеудің мәнін 1 вольтке дейін азайтады немесе оны желіден айырады.
а) б)
7.2 сурет– Динистордың құрылымы мен шартты белгісі (а) және вольт-амперлік сипаттамасы (б)
Тринистор (үш электродты тиристор) динистордан үшінші ұштықтың болуымен өзгешеленеді. Тринистордың құрылымы мен шартты белгісі және вольт-амперлік сипаттамасы суретте көрсетілген.
Басқарушы электродтың болуы арқасында тринисторды Uаш
кернеуінен, тіпті Uтур. жаб.макс кернеуінен де кіші кернеу арқылы ашуға мүмкіндік туады. Бұл үшін басқарушы электрод арқылы Iб басқару тогын жүргізу керек. Бұл ток неғұрлым үлкен болған сайын тринистордың ашылу кернеуінің Uаш мәні азаяды.
Тринисторды ашық күйден жабық күйге көшіру үшін негізгі токты ұстап тұру тогынан да Iұс төмен мәнге дейін азайту керек. Тұрақты ток тізбегінде бұл ашық тринистор арқылы тура токтан үлкен кері ток импульс жүргізумен жүзеге асырылады. Бұл үшін арнаулы коммутациялық құрылғы қолданылады. Сонымен тринистор – басқарылатын диод, ол мына шарттар
104
орындалған кезде ашық күйге көшеді: біріншіден, анодтан катодқа бағытталған кернеудің болуы, екіншіден, басқару тогының импульсы болуы.
Басқару тізбегінің тогы мен кернеуі үлкен емес, ал негізгі ток бірнеше амперденжүздеген амперге жетеді. Сондықтантринистордың қуат бойынша күшейту коэффициенті 104-105 жетеді.
Тринисторлар айнымалы токтың электрқозғалтқыштарын басқару үшін және түзеткіштерде, инверторларда, импульстық сұлбаларда және т.б.
қолданылады.
а) б)
7.3 сурет – Тринистордың құрылымы мен шартты белгісі (а) және вольт-амперлік сипаттамасы (б)
Симметриялы симисторлар. Динисторлар мен тринисторлар жұмыстық негізгі токты бір бағытта өткізеді. Негізгі ток екі бағытта жүру үшін екі тиристорды қарсы-параллель қосу керек. Бұл мәселені шешу үшін p-n-p-n-p типті екі бағыттық жартылай өткізгіштік кілттіқолданады. Бұл аспап симметриялы тиристор немесе симистор деп аталады.Олардың төрт p-n өтпесі бар, бес қабаттан тұратын аспап. Симистордың құрылымы мен шартты белгісі және вольт-амперлік сипаттамасы суретте көрсетілген.
а) б)
7.4 сурет – Симметриялы симистордың құрылымы мен шартты белгісі (а) және вольт-амперлік сипаттамасы (б)
105
Олардың айнымалы ток тізбегінде жұмыс істей алу қасиеті және оны айнымалы ток арқылы басқару мүмкіндігі өте маңызды, оларды техникалық қондырғыларда кеңінен қолдануға жол ашады.
7.3 Транзисторлар
Транзистор – үш шықпа ұштары бар, басқарылатын жартылай өткізгішті құрал. Іс жүзінде транзисторларды кұшейткіш құралдар ретінде пайдаланады. Транзисторларды диодтар сияқты кремний және германийден жасайды. Жұмыс істеу принципі бойынша транзисторларды электр тогымен басқарылатын биполярлық транзисторлар және электр өрісімен басқарылатын өрістік транзисторлар деп бөледі.
Биполярлық транзисторлар екі электрондық-кемтіктік өтпесі бар жартылай өткізгішті құрал. Бұл өтпелер жартылай өткізгішті электрөткізгіштігі әртүрлі аумақтарға бөледі. Транзистордың бір шеткі аймағы –эмиттер (Э), ортаңғы аймағын база (Б), келесі бір шеткі аймағын коллектор (К) деп атайды. Әр аймақтың шықпа ұшы бар, ол сол арқылы тізбекке қосылады. Транзисторларды биполярлық аталу себебі: олардың жұмысы екі түрлі заряд тасымалдағыштармен (негізгі және негізгі емес заряд тасымалдағыштар) қамтамасыз етіледі.
Эмиттер мен коллектордың электрөткізгіштігінің түрінен (мысалы, р- түрлі болса) базаның электрөткізгіштігінің түрі міндетті түрде өзгеше (мысалы, n-түрлі) болуы керек. Биполярлық транзисторларды өткізгіштігі әртүрлі аумақтардың кезектесіп орналасуына байланысты p−n−pтүрлі (а сурет) және n−p−nтүрлі транзисторлар (б сурет) деп бөледі. Бірақ
олардың жұмыс істеу принциптері бірдей. Олардың шартты белгілері (7.5 суретте) көрсетілген.
Эмиттер және коллектор құраған электрондық-кемтіктік өтпені эмиттерлік, ал коллектор мен база құраған өтпені коллекторлық өтпе деп атайды.
.
а) б)
7.5 сурет– p−n−p түрлі (а) және n−p−n түрлі (б) биполярлық транзисторлардың құрылымдары мен шартты белгілері
106
Биполярлық транзисторлардың жұмыс режимдері. Транзистордың p-n өтпелерін сырқы қорек көзіне қосу тәсіліне байланысты ол кесілу, қанығу және белсенділік (активті) режимдерде жұмыс істей алады.
Эмиттерлік және коллекторлық p-n өтпелерді сырқы қорек көзіне кері бағытта ( екі p аумақтарықорек көзінің «минусына», ал n аумағы «плюсіне»
жалғанады) қосылса, онда транзистор кесілу режимінде жұмыс жасайды. Бұл кезде екі p-n өтпесі арқылы эмиттердің өте аз тогы жүреді. Ал базаның тогы осы токтардың қосындысына тең, бірнеше микроампер мен миллиампер шамасында болады.
Эмиттерлік және коллекторлық p-n өтпелерді сырқы қорек көзіне тура бағытта ( екі p аумақтарықорек көзінің «плюсіне», ал n аумағы «минусына»
жалғанады) қосылса, онда транзистор қанығурежимінде жұмыс жасайды. Бұл кезде эмиттерсс мен коллектор токтары кемтіктердің эмиттер мен коллектордан базаға өту қарқынымен анықталады. База тогы осы токтардың қосындысына тең.
Транзисторлардың кесілу және қанығу режимдері импульстік жәнеауыстырып қосу сұлбаларында қолданады.
Сигналды күшейту үшін транзистордың белсенділік режимі қоданылады. Бұл кезде эмиттерлік өтпе тура бағытта, ал коллекторлық өтпе кері бағытта жалғанады.
Эмиттер тізбегіндегі ток арқылы коллектор тізбегіндегі ток басқарылады. Ол үшін эимттер тізбегін ЭҚК (Еэ) мәні аздау қорек көзіне қосылады, ал коллектор тізбегіне ЭҚК (Ек) мәні үлкен қорек көзіне жалғайды.
Эмиттерлік өтпе тура бағытта қосылғандықтан оның тура кедергісі салыстырмалы түрде аз деуге болады. Бірақ эмиттер тібегінде токтың пайда болуы коллекторлық өтпенің кедергісінің өзгерісін тудырады. Нәтижесінде коллектор тізбегінде мәні эмиттер тогына Iэ жуық Iк тогы пайда болады.
Эмиттер тогының Iэ өзгеруі коллектор тогының Iк пропорционал өзгерісін тудырады. Осылайша, салыстырмалы түрде аз кедергісі бар эмиттер тізбегіндегі әлсіз ток арқылы салыстырмалы түрде үлкен кедергісі бар коллектор тізбегіндегі өте қуатты (мәні өте үлкен) ток басқарылады.
Коллектор тізбегіндегі үлкен қуат ол тізбекке қосылған үлкен мәнді ЭҚК (Ек>>Еэ) болуымен түсіндірілінеді. Осылайша транзисторда қуаттың күшеюі жүзеге асады.
Транзистордың негізгі ерекшелігі коллекторлық ток IK базалық токка IБ еселік қатынаста болады. Олардың қатынасын
Б K
I
B= I ток бойынша күшейту коэффициенті деп аталады.
Биполярлық транзисторларды қосу сұлбалары. Транзисторларды қосудың үш түрлі сұлбасы бар:
- базасы ортақ сұлба (7.6, а сурет) – кернеуді және қуатты күшейтуге арналған құрылғыларда қоланылады;
107
- эмиттері ортақ сұлба (7.6, б сурет) – қуатты күшейтуге арналған құрылғыларда қоланылады;
- коллекторы ортақ сұлба (7.6, в сурет) – импульстік және ауыстырып қосу құрылғыларында қоланылады.
а) б) в) 7.6 сурет – Транзисторды қосу сұлбалары
Биполярлық транзисторларды статикалық сипаттамаларын анықтау кезінде оларды тұрақты ток көзіне қосады. Бұл сипаттамаларды әртүрлі транзисторлық сұлбаларды есептеу кезінде қажетті параметрлерді анықтау үшін қолданады.
Кірістік сипаттамаIБ = f(UБЭ) тәуелділігін көрсетеді. Эмиттерлік өтпе тура бағытта қосылғандықтан бұл өтпеге берілген кернеу Uбэ жоғарлаған сайын эмиттер тогы Iэ және соған сәйкес базаның тогы Iб да көбейеді.
Коллекторлық кернеуUKЭ де эмиттер тогы Iэ мен Iб әсер етеді. Теріс кернеу
UKЭ өскен сайын кірістік сипаттамалардың оңға қарай ығысуы байқалады..
Сондықтан UKЭ кернеуді ұлғайтқан сайын база тогы Iб төмендейді (а сурет).
а) б)
7.7 сурет – Транзистордың кірістік (а) және шығыстық (б) сипаттамалары
108
Шығыстық сипаттама деп коллекторлық токтың Iк коллекторлық кернеуге Uкэ тәуелділігін (Iк=f(Uкэ)) айтады, оның графигі (7.7, б – суретте) көрсетілген. Кернеу Uкэ аз болған кезге сәйкес келетін графиктің тігірек бөлігі қанығу режимін сәйкес болады. Кернеу Uкэ көбейген кезде коллекторлық өтпе жабылады да, сипаттама біршама дөңестелінеді. База тогы Iб өскен сайын (Uбэ көбейген сайын) коллекторлық ток та көбейеді.
Униполярлық (өрістік) транзисторлар деп тогын реттеу каналдың өткізгіштігін бағыты ондағы токқа перпендикуляр болатын электр өрісінің көмегімен өзгерту арқылы жүзеге асырылатын жартылай өткізгішті аспап.
Оның негізгі ерекшелігі: каналдағы токты бір таңбалы зарядтар тудырады (p- каналында оң таңбалы, n-каналда теріс таңбалы зарядтар арқылы), каналдағы токтың мәнін кірістік кернеу тудырған электр өрісінің көмегімен реттейді.
7.4 Тұрақтандырғыштар
Кернеудің (токтың) тұрақтандырғыштары деп тұрақсыздандыру факторлары берілген ауқымда өзгерген кезде энергия пайдаланатын құрылғылардағы кернеудің (токты) мәні тұрақты деңгейде болуын автоматты түрде қамтамасыз ететін, қоректендіру көзі мен энергия тұтынушы арасына орналасатын құрылғыны айтады. Негізгі тұрақсыздандыру факторлар қатарына кірістік (қоректендіруші) кернеудің номиналды мәннен ауытқуы, тұтынылатын қуат пен қоршаған ортаның температурасының өзгеруі және т.б. жатады.
Тұрақтандырғыштарды мынадай топтарға жіктеуге болады: кернеу тұрақтандырғыштары (КТ), ток тұрақтандырғыштары (ТТ), параметрлік және компенсациялық тұрақтандырғыштары, үздіксіз және импульстік реттелетін тұрақтандырғыштар.
Параметрлік тұрақтандырғыштары да кернеуді (токты) тұрақтандыру қажетті вольт-амперлік сипаттамасы бар сызықты емес элементті қолдану арқылы жүзеге асырылады. Кернеу тұрақтандырғыштарында сызықты емес элемент жүктемеге параллель, ал ток тұрақтандырғыштарында ол жүктемеге тізбектей жалғанады.
Кернеу тұрақтандырғыштарындасызықты емес элемент ретінде газрарядтық немесе жартылай өткізгіштік стабилитрондар, ал ток тұрақтандырғыштарында бареттерлер, термисторлар, қыздыру шамдары және транзисторлар қолданылады.
Тұрақтандырғыштардың негізгі параметрлері мына шамалар:
а) кірістік кернеу бойынша тұрақтандыру коэффициенті, кернеу тұрақтандырғыштары үшін:
𝑘тұр.𝑢 = ∆𝑈кір
𝑈кір.ном
𝑈шығ.ном
∆𝑈шығ , (7.1) Ток тұрақтандырғыштары үшін:
109
𝑘тұр.𝑖 = ∆𝑈кір
𝑈кір.ном
𝐼шығ.ном
∆𝐼шығ .(7.2)
б) Шығыстық кедергі Rшығ=∆𝑈шығ/∆𝐼шығ.Rшығ неғұрлым аз болған сайын КТ үшін тұрақтандыру сапасы жоғарлайды, ал ТТ үшін, керісінше, азаяды.
в) Температуралық коэффициент, γu =∆𝑈шығ/∆𝑡қ.орт,γi=∆𝐼шығ/∆𝑡қ.орт, г) Пайдалы әсер коэффициентіη=Pшығ/Pкір.
(7.8, а – суретте) жүктемеге параллель жалғанған жартылай өткізгіштік стабилитроннан және балластлық резистордан тұратын қарапайым параметрлік тұрақтандырғыш, ал (7.8, б – суретте) оның вольт-амперлік сипаттамасы көрсетілген.
а) б) 7.8 сурет
Тұрақтандырғыштың кірісіне берілетін кернеу өскен кезде жұмыстық нүкте 1нүктеден 2 нүктеге ауысады. Бұл кезде стабилитронның тогы күрт өседі. Бірақ Uтұр2 кернеуі Uтұр1=Uн кернеуінен өзгешелігі аз болады, практикалық тұрғыдан жүктемедегі кернеу өзгермейді деуге болады.
Параметрлік тұрақтандырғыштардың негізгі артықшылығы – жұмыс істеу сенімділігі жоғары, сұлбасы қарапайым. Кемшілігі – ПӘК төмен, тұрақтандырылған кернеу қоршаған ортаның температурасына тәуелді.
Бұл кемшіліктер компенсациялық тұрақтандырғыштарда болмайды.
Оларда эмиттерлік қайталағыш режимінде жұмыс істейтін транзисторлар немесе операциялық күшейткіштер қолданылады.
7.5 Түзеткіштер
Түзеткіштер деп айнымалы токтың энергиясын (әдетте, синусоидалы токтың энергиясын) тұрақты токтың энергиясына түрлендіретін электрондық құрылғы. Түзеткіштер тұрақты токпен қоректенетін электротехникалық және радиотехникалық құрылғыларда кеңінен қолданылады.
110
Түзеткіштер трансформатордан (ТР), вентилдік топтан ( ВТ) және тегістеуші фильтрден (ТФ) тұрады (7.9 сурет). Трансформатор Тр бірнеше қызмет атқарады: электр желісінің кернеуін Uкір түзетуге арналған кернеуге U1 дейін өзгертеді, жүктемені Ж желіден бөлектейді, айнымалы токтың фазасының санын өзгертеді. Вентилдік топ ВТ айнымалы токты бір бағытқа бағытталған толқымалы токқа түрлендіреді. Тегістегіш фильтр (ТФ) түзетілген кернеудің толқуын жүктеменің жұмыс істеуіне қажет мәнге дейін азайтады.
7.9 сурет
Трансформатор Тр мен тегістегіш фильтр түзету сұлбасына міндетті түрде кіретін элемент ретінде саналмайды.
Түзеткіштердің жұмысының сапасын сипаттайтын негізгі параметрлерге мына шамалар жатады.
а) Түзетілген (шығыстық) кернеудің Uор және токтың Iор орташа мәндері:
𝑈ор = 1
𝑇∫ 𝑢0𝑇 шығ𝑑𝑡; 𝐼ор = 1
𝑇∫ 𝑖0𝑇 шығ𝑑𝑡, (7.3)
мұндағы Т – шығыстық кернеудің (токтың) өзгерісінің периоды.
б) Шығыстық кернеудің (токтың)толқу жиілігі fт: fт=1/Т.
в) Толқу коэффициенті: р=ΔUт / Uор, мұндағы ΔUт=Umax- Umin – толқу кернеуінің амплитудасы.
г) Бірінші гармоника бойынша толқу коэффициенті: р=Uт1шығ / Uор. д) Сыртқы сипаттама Uор=f(Iор).
e) ПӘК
𝜂 = 𝑃пайд
𝑃пайд+𝑃тр+𝑃вт+𝑃тф,(7.4)
Түзеткіштердің жұмысы вентилдердің токты бір бағытта өткізетін қасиетіне негізделген. Вентиль ретінде әдетте жартылай өткізгіш диодтар қолданылады.
Тура токқа кедергісі нөлге тең, ал кері токқа кедергісі өте үлкен вентильді идеал вентиль деп атайды. Ал нақты вентильдердің вольт-амперлік сипаттамасы идеал вентильдің осындай сипаттамасына жақын болады.
Түзеткіштердің вентильдерін мынадай эксплуатациялық параметрлер бойынша таңдайды:
111
- ең үлкен тура жұмыстық ток Iор.max, ол - бір периодты сұлба активті жүктемеге жұмыс істеген кезде вентиль арқылы жүретін токтың рұхсат етілген орташа мәні;
- ең үлкен рұхсат етілген кері кернеу Uкері.max, ол - ұзақ уақыт бойы вентиль шыдайтын кері кернеу;
кернеудің тура түсуі Uтура, ол - активті жүктемеге жұмыс істейтін бір периодты сұлбадағы тура кернеудің орташа мәні;
- кері ток Iкері,, ол - вентильге рұқсат етілген кері кернеу әсер еткен кезде ол арқылы жүретін ток;
- максимал қуат Рmax, ол - вентиль сыртқа шығара алатын максимал рұқсат етілген қуат.
Түзету сұлбалары. Түзеткіштерді мынадай топтарға бөледі: бір периодты, екі периодты, бір фазалы және үш фазалы түзеткіштер.
а суретте бір периодты түзеткіштің сұлбасы және уақыттық диаграммасы көрсетілген. Түзеткіш біріншілік орамасы электр желісіне жалғанған трансформатордан тұрады. Оның екіншілік орамасына тізбектей жартылай өткізгіштік диод (VD) және жүктеме (Rн) жалғанады
Бірінші жартыпериодта ( 0-T/2) U2кернеу оң, диод ашық, жүктеменің кедергісі арқылы ток iн жүреді. Екінші жартыпериод (t=T/2-T) кезінде U2
кернеуі теріс, диод жабық. Жүктеме тогы нөлге тең, өйткені U2 кернеуі толықтай диодқа кері бағытты әсер етеді.
Мұндай сұлбаның артықшылығы - қарапайымдылығы, кемшілігі – түзетілген кернеудің толқу коэффициентінің жоғарлығы және трансформатордың екіншілік орамасының тогында тұрақты құраушының болуы. Кернеудің орташа мәні Uор.= 0,318U2m.
Бұл кемшіліктерді екі периодты (көпірлік) түзеткішті қолдану арқылы азайтуға болады.
Ол транформатордан (TV), көпірлік сұлба бойынша жалғанған төрт диодтан (VD1-VD4) тұрады (б сурет). Көпірдің бір диагоналына трансформатордың орамасы, ал екіншісіне жүктеме кедергісі (Rн) жалғанған.
Диодтардың әрбір жұбы кезекпен жұмыс жасайды. U2 кернеуінің бірінші жартыпериодында VD1, VD3 диодтары ашық,VD2, VD4 диодтары жабық.
Жүктеме тогы VD1, VD3 диодтары және Rн кедергісі арқылы өтіп, 1нүктеден 2 нүктеге қарай жүреді. Екінші жартыпериодта U2кернеуі теріс, VD1, VD3 диодтары жабық,VD2, VD4 диодтары ашық. Жүктеме тогы VD2, VD4 диодтары және Rн кедергісі арқылы өтіп, 1нүктеден 2 нүктеге қарай жүреді. Уақыттық диаграмма (7.10,б-суретте) көрсетілген.
Бұл сұлбада Uормен Iормәндері бір периодты сұлбасы қарағанда екі еседей көп, толқу аз. Бірақ диодтар саны төрт есе көбейді. Кернеудің орташа мәні Uор.= 0,626U2m.
Трансформатордың екінші ораманың ортаңғы нүктесінен шыққан ұштары бар, екі периодты түзеткіштің сұлбасы мен уақыттық диаграммасы (7.10,в – суретте) көрсетілген.
112
Бұл сұлбаның артықшылықтары көпірлік сұлбаның артықшылықтарындай, бірақ диодтар саны оған қарағанда екі есе аз.
Кемшілігі - міндетті түрде трансфоматорды қолдануды қажет ететіндігінде.
Бейтарап нүктесі бар үш фазалы түзеткіштің құрамына орамалары
«жұлдызша» сұлбасы бойынша жалғанған үш фазалы трансформатор, оның екіншілік орамасының әр фазасынажалғанған үш диод және жүктемелік резистор кіреді (7.10, г-сурет). Диодтар кезекпен жұмыс жасайды, әрқайсының жұмыс істеу ұзақтығы периодтың үштен бірі тең болады.
Жүктемелік ток диодтар арқылы жүрген токтардың қосындысына тең және бір бағытта жүреді. Уақыттық диаграммадан көрініп тұрғандай, түзетілген кернеудің толқуы бір фазалық түзеткіштермен салыстырғанда әжептәуір азаяды. Кернеудің орташа мәні Uор.= 0,827U2m.
Бұл сұлбаның артықшылығы – жұмыс істеу сенімділігі жоғары, диодтар саны аз.
Үш фазалы көпірлік түзеткіштің құрамына көпірлік сұлба бойынша жалғанған алты диод кіреді (7.10,д- сурет). Олар екіншілік орамалардың фазаларына жалғанған. VD1, VD3, VD5 диодтарынан тұратын бірінші топтың ортақ нүктесі кедергі үшін оң полюс, екінші топтың (VD2, VD4, VD6) ортақ нүктесі теріс полюс болып саналады. Уақыттың әрбір сәтінде екі диодқа максимал кернеу беріледі. Сондықтан түзетілген кернеудің орташа мәні үлкен (Uор.= 1,655U2m) болады, толқуы бір фазалық түзеткіштермен салыстырғанда ондаған есе аз болады.
7.6 Тегістегіш фильтрлер
Түзетілген кернеудің толқуын азайту, яғни оны тегістеу үшін арнаулы құрылғы – тегістегіш фильтрлер қолданылады. Қоректендіру көздерінің сұлбаларында мұндай фильтрді вентильдік топ пен жүктемені арасында орналастырып, тізбекке қосады. Олар негізінен кедергілері токтың жиілігінетәуелді болатын реактивті элементтерден (индуктивтілік шарғы, конденсаторлар, транзисторлар) тұрады. Сұлбада түзетілген токтың
айнымалы құраушысы үшін кедергісі үлкен болатын элементтерді (ферромагниттік өзекшесі бар индуктивтілік шарғы-дроссель, толқу
жиілігінде резонансқа түсетін параллель LC- контур) жүктемемен тізбектей жалғайды. Ал айнымалы құраушысы үшін кедергісі аз, бірақ тұрақты құраушы үшін кедергісі өте үлкен элементтерді (сыйымдылығы үлкен конденсатор, бірізді резонанстық LC- контур) жүктемеге параллель етіп жалғайды.
Қарапайым фильтр бір конденсатор мен бір дроссельден, ал күрделілері бірнеше реактивті элементтерден тұрады (7.11 сурет). Тегістеу сапасын жақсарту үшін көпбуынды фильтрлер қолданады.