Режимы работы электрических цепей: характеристики и особенности

Каковы основные режимы работы электрических цепей. Какие параметры характеризуют каждый режим. Как различные режимы влияют на работу электрической цепи. В чем особенности номинального, согласованного и аварийных режимов.

Понятие и виды режимов работы электрических цепей

Режим работы электрической цепи — это ее электрическое состояние, характеризующееся определенными значениями токов, напряжений и мощностей в элементах цепи. Выделяют следующие основные режимы работы:

• Номинальный режим
• Согласованный режим
• Режим холостого хода
• Режим короткого замыкания

Каждый режим имеет свои особенности и характеризуется определенными параметрами электрической цепи. Рассмотрим подробнее характеристики и условия возникновения каждого режима.

Номинальный режим работы электрической цепи

Номинальный режим — это расчетный режим работы, при котором параметры цепи соответствуют проектным данным. При этом:

• Токи, напряжения и мощности элементов цепи равны номинальным значениям, указанным в паспортных данных
• Обеспечивается оптимальная и безопасная работа устройств
• Соблюдаются допустимые значения нагрева элементов

Номинальный режим является наиболее благоприятным для длительной работы электрооборудования. При этом режиме обеспечивается максимальный КПД и минимальный износ устройств.

Согласованный режим работы цепи

Согласованный режим возникает при равенстве сопротивления нагрузки внутреннему сопротивлению источника. Особенности этого режима:

• Обеспечивается передача максимальной мощности от источника к нагрузке
• КПД составляет 50%
• Применяется в маломощных цепях, где важна максимальная передача мощности

Согласованный режим используется в радиотехнике, измерительной технике и других областях, где необходимо получить максимальную мощность в нагрузке.

Режим холостого хода

Режим холостого хода возникает при размыкании внешней цепи. Его характеристики:

• Ток в цепи равен нулю
• Напряжение на выводах источника равно ЭДС
• Мощность, потребляемая нагрузкой, равна нулю

Режим холостого хода используется для измерения ЭДС источников тока. При этом режиме отсутствуют потери энергии в цепи.

Режим короткого замыкания

Короткое замыкание возникает при соединении выводов источника проводником с очень малым сопротивлением. Характеристики режима КЗ:

• Ток достигает максимально возможного значения
• Напряжение на нагрузке близко к нулю
• Выделяется большое количество тепла, возможно повреждение оборудования

Режим КЗ является аварийным и требует быстрого отключения цепи для предотвращения повреждений. Для защиты от токов КЗ применяются автоматические выключатели и предохранители.

Параметры, характеризующие режимы работы цепи

Основными параметрами, определяющими режим работы электрической цепи, являются:

• Ток в цепи
• Напряжение на элементах
• Мощность, выделяемая в нагрузке
• Сопротивление нагрузки
• КПД передачи энергии

Зная значения этих параметров, можно определить, в каком режиме работает электрическая цепь в данный момент времени.

Влияние режимов работы на элементы электрической цепи

Различные режимы работы оказывают разное воздействие на элементы электрической цепи:

• Номинальный режим обеспечивает оптимальную работу устройств
• Режим КЗ может привести к повреждению оборудования из-за больших токов
• Холостой ход безопасен для элементов цепи
• Согласованный режим вызывает повышенный нагрев элементов из-за больших токов

Поэтому важно обеспечивать работу электрических цепей в номинальном режиме и не допускать длительной работы в других режимах.

Методы анализа режимов работы электрических цепей

Для анализа режимов работы электрических цепей применяются следующие методы:

• Расчет параметров цепи по законам Кирхгофа
• Построение вольт-амперных характеристик
• Анализ энергетических диаграмм
• Компьютерное моделирование режимов работы

Эти методы позволяют определить параметры цепи в различных режимах и оценить их влияние на работу электрооборудования.

Практическое применение знаний о режимах работы

Понимание режимов работы электрических цепей необходимо для:

• Правильного выбора элементов электрических схем
• Обеспечения оптимальных режимов эксплуатации оборудования
• Разработки систем защиты от аварийных режимов
• Анализа причин неисправностей электротехнических устройств

Знание особенностей различных режимов позволяет грамотно проектировать и эксплуатировать электрические цепи и системы.

Режимы работы электрической цепи

 

Известно, что электрическая цепь – это совокупность определённых устройств, которые обеспечивают постоянное, непрерывное прохождение электрического тока. Работа цепи невозможна, если в ней отсутствуют какие-либо элементы; в обязательном порядке должны присутствовать как источники энергии, так и её проводники, а приёмники, как правило, — это основные устройства, образующие данную цепь.

Если учесть, что в электрической цепи встречаются различные элементы, которые делятся на три основные группы: источники энергии, проводники тока и приёмники, т. е., те элементы, которые питаются от тока и преобразуют энергию в другие её виды, то можно предположить, что существует и различные режимы работы электрических цепей.

Основные режимы работы электрических цепей

Как уже было сказано ранее, любая электрическая цепь может иметь довольно сложную структуру, зависящую от количества элементов в ней и её разветвлённости. Всё это приводит к тому, что цепь может работать в различных режимах.

Выделяют три основных режима работы: нагрузочный (или согласованный), режим короткого замыкания, а также режим холостого хода. Они отличаются друг от друга нагрузкой на электрическую цепь. Также можно выделить номинальный режим работы. В этом режиме работы все устройства в цепи работают при условиях, указанных для них как оптимальные. Эти характеристики прописываются производителем в паспортных данных при изготовлении устройства на заводе.

Нагрузочный, или согласованный режим работы. Если к источнику энергии в электрической цепи подключается какой-либо приёмник, то он обладает неким сопротивлением. Таким приёмником может быть любое устройство, например электрическая лампочка.

Если есть напряжение, то действует закон Ома, таким образом, ЭДС источника получается из суммы напряжений внешнего участка цепи и на внутреннем сопротивлении источника. Падение напряжение во внешней цепи будет равным напряжению на зажимах источника. Оно зависит от нагрузочного тока: чем меньше сопротивление нагрузки, тем больше ток и, соответственно, меньше напряжение на зажимах источника питания цепи.

Другими словами можно сказать, что нагрузочный или согласованный режим работы представляет собой режим, при котором происходит передача нагрузки повышенной мощности от источника. В этом режиме сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению источника, при этом расходуется максимальная мощность.

Однако, такой режим не рекомендуется использовать, так как при длительном превышении номинальных значений устройства могут выйти из строя.

Режим работы холостого хода. Этот режим работы электрической цепи характеризует разомкнутое её состояние – ток отсутствует, и все элементы отключены от источника питания.

В таком состоянии цепи внутреннее падение напряжение равно нулю, а напряжение на зажимах источника питание совпадает с ЭДС источника.

Т. е., можно сказать, что режим холостого хода характеризует электрическую цепь, когда она находится в разомкнутом состоянии, а сопротивление нагрузки отсутствует полностью или отключено. Такое состояние цепи можно использовать для измерения ЭДС источника питания.

Режим короткого замыкания. Этот режим работы считается аварийным, электрическая цепь не может работать нормально. Короткое замыкание возникает при соединении двух различных точек цепи, разница потенциалов которых отличается. Такое состояние не предусмотрено изготовителем устройства и нарушает его нормальную работу.

В этом режиме работы зажимы источника энергии замкнуты проводником («закорочены»), при этом его сопротивление близко к нулю. Часто, короткое замыкание происходит в тех случаях, когда соединяются два провода, которые связывают между собой источник и приёмник в цепи, как правило, их сопротивление незначительно, так что его можно назвать нулевым.

При возникновении режима короткого замыкания, ток в цепи значительно превышает номинальные значения (из-за отсутствия сопротивления). Это может привести в непригодное состояние источник энергии и приёмники в электрической цепи. В некоторых случаях это является результатом неправильных действий со стороны персонала, работающего с электротехническим оборудованием.

1.6. Режимы работы электрических цепей

1.6. Режимы работы электрических цепей.

Как указывалось выше, любая электрическая цепь состоит из источников и нагрузок (приемников). При включении различного количества приемников с изменением их параметров будут изменяться напряжения, токи и мощности в электрической цепи, от значений которых зависит режим работы цепи и ее элементов. Наиболее характерными являются следующие режимы: номинальный, согласованный, холостого хода и короткого замыкания.

 Номинальным называется режим, при котором приемник работает со значениями тока, напряжения и мощности, на которые он рассчитан и которые называются его номинальными (или техническими) данными. Номинальные мощности и токи многих элементов электрических цепей (двигателей, генераторов, резисторов и др.) устанавливаются, исходя из нагревания их до наибольшей допускаемой температуры. Номинальные данные указываются в справочной литературе, технической документации или на самом элементе.

С учетом номинальных напряжений и токов источников и приемников производится выбор проводов и других элементов электрических цепей.

 Согласованным называется режим, при котором мощность, отдаваемая источником или потребляемая приемником, достигает максимального значения. Это возможно при определенном соотношении (согласовании) параметров электрической цепи, откуда и вытекает название данного режима.

 Под режимом холостого хода понимается такой режим, при котором приемник отключен от источника. При этом источник не отдает энергию во внешнюю цепь, а приемник не потребляет ее.

Режимом короткого замыкания называется режим, возникающий при соединении между собой выводов источника, приемника или соединительных проводов, а также иных элементов электрической цепи, между которыми имеется напряжение. При этом сопротивление в месте соединения оказывается практически равным нулю. При коротких замыканиях могут возникать недопустимо большие токи, электрическая дуга, возможно резкое снижение напряжения, поэтому режим короткого замыкания рассматривают, как аварийный.

Энергетические установки работают чаще всего в режиме, при котором токи и мощности не превышают номинальных значений, а напряжения близки к номинальным.

Рассмотрим простейшую неразветвленную цепь (рис. 1.14, а). В этой цепи участок  amb представляет собой простейший пассивный двухполюсник, являющийся приемником, участок  anb — простейший активный двухполюсник, являющийся источником.

Рекомендуемые файлы

Для рассматриваемой цепи по второму закону Кирхгофа можно написать:

                             (1.16)

Формула для определения соотношения между напряжением  U и э.д.с. источника  E, полученная из (1.16),

                                           (1.17)

называется внешней характеристикой источника, которая связывает напряжения на зажимах  источника с величиной тока через источник        (рис. 1.14б).

Очевидно, что напряжение на зажимах источника  U тем больше, чем меньше его внутреннее сопротивление при одном и том же токе через источник.

В идеальном источнике напряжения r₀=0, U=E во всем диапазоне изменения тока (рис. 1.14, б кривая 2).

Если умножить (1.16) на ток I , то получим соотношение между мощностями

                                   (1.18)

Произведение EI представляет собой мощность, вырабатываемую источником. Правая часть (1.18) содержит потери мощности во внутреннем сопротивлении источника  I²r₀, и мощность, потребляемую приемником I²r. Если из вырабатываемой мощности вычесть потери мощности во внутреннем сопротивлении источника, получим мощность UI, отдаваемую источником во внешнюю цепь

                                 (1.19)

Мощность, отдаваемая источником в данной цепи, равна мощности, потребляемой приемником

                                       (1.20)

Вырабатываемая источником мощность определяется произведением:

(1.21)

причем положительные направления  э.д.с. и тока совпадают. Отдаваемая им мощность:

(1.22)

где направления напряжения и тока противоположны, а мощность, потребляемая приемником  определяется произведением:

                               (1.23)

где положительные направления тока и напряжения совпадают. Такие взаимные направления тока и э.д.с., а также тока и напряжения характерны для источников и приемников в любых электрических цепях (рис. 1.15 а,б).

Отношение мощности, отдаваемой источником, к вырабатываемой им мощности  называется                                                                                      

коэффициентом полезного действия (КПД)

источника

Рис  1.15

                                                                  (1.24)

Пользуясь полученными соотношениями, установим, как будут меняться значения тока, напряжения, мощности при изменении сопротивления r, т.е. в различных режимах работы источника. При отключении источника с помощью выключателя В (рис. 1.14а) электрическая цепь будет работать в режиме холостого хода. В этом случае следует считать r равным бесконечности, при этом I=E/(r+ r₀)=0. Вследствие чего оказываются равными нулю падение напряжения Ir₀, потери мощности I²r и мощности EI и UI. Т.к. Ir₀=0, то согласно (1.17)  U=Ux=E. Уменьшение сопротивления r приводит к увеличению тока I, падения напряжения Ir₀, мощности EI. Напряжение U при этом уменьшается. О характере изменения мощности приемника можно судить, анализируя выражение

                       (1.25)

Зависимость

 

Обратите внимание на лекцию «47. Федеральный надзор и контроль в области безопасности».

представлена на рис. 1.16.

Уменьшение сопротивления r , а значит увеличение тока I приводит к возрастанию Рпотр и при r=r₀ Рпотр =Р_{max, что соответствует режиму согласованной нагрузки. В согласованном режиме U=0.5E, Рпотр=0.5, Рвыр, η=0.5. Дальнейшее уменьшение r приводит к уменьшению Рпотр.}

Для номинального режима работы характерно следующее соотношение сопротивлений r >> r₀, что обеспечивает поступление основной части вырабатываемой мощности к приемнику. При этом  к.п.д. принимает значения, близкие к 1 , U_ном=I_номr>>I_номr₀ и согласно (1.17) U близко к E.

В режиме короткого замыкания r=0 и ток короткого замыкания оказывается намного больше номинального тока: I_к=E/r₀>>I_ном

При коротком замыкании U=I_Kr=0, Рпотр=UI_K=0. Мощность Р_выр=EI_K значительно возрастает и преобразуется в теплоту в сопротивлении r₀. Последнее может привести с выходу из строя изоляции и даже к перегоранию проводов.

На внешней характеристике источника рис.1.14, б, которая подчиняется уравнению (1.17) и представляет собой прямую при E=const и ro= const, указаны точки, соответствующие режимам холостого хода, короткого замыкания и номинальному режиму работы источника. Здесь же приведена внешняя характеристика идеального источника э.д.с. (кривая 2 на рис. 1.14, б),для которого r₀=0,U=E=const.

Характеристика электрических сетей

Совокупность объектов и устройств, обеспечивающих постоянный и непрерывный путь для движения электрического тока можно назвать электрической цепью.

Напряжение и сила тока — это неотъемлемые элементы каждой электрической цепи. Такие явления, наряду с прочими магнитными и электрическими явлениями, изучает наука, называемая электротехникой. Еще одной целью этой науки является поиск возможности практических применений, а не только теоретического изучения.

Если учесть, что в электрической цепи имеются разные элементы, то можно сказать, что существует несколько режимов работы цепи. Эти элементы подразделены на три основных вида — это источники энергии, проводники и приёмники, т.е. первые элементы служат для выработки электроэнергии, приёмники преобразуют электроэнергию в другие ее виды, а проводники передают энергию от источников к приёмникам. Все элементы цепи — источники тока, проводники и приёмники — это устройства, без которых невозможно существование электрической цепи. При отсутствии одного из этих элементов работа цепи просто невозможна. В зависимости от того какое строение и какие элементы в цепи содержатся, все электрические цепи бывают линейные и нелинейные. При этом каждую цепь можно изобразить в схеме, что позволяет сделать работу с цепями более удобной.

Три режима работы электрических цепей

Как уже говорилось выше, электрическая цепь несет в себе сложнейшую структуру и имеет в составе множество различных элементов и разветвлённостей. К тому же в цепях действуют определенные законы, а для того, чтобы охарактеризовать цепь используют такие понятия как ток, сопротивление, электродвижущая сила и т.д. Все это способствует тому, что цепь может работать в разных режимах.

Выделяют три режима работы цепи:

• короткого замыкания
• нагрузочный режим (согласованный)
• режим холостого хода.

Основное отличие между этими режимами — это уровень нагрузки на электрическую цепь. Стоит отметить, что электрическая цепь имеет еще один режим работы, называемый номинальным. При таком режиме все элементы цепи работают по оптимальным для них условиям. Эти условия указываются в паспортных данных заводом-изготовителем.

Согласованный (нагрузочный) режим работы

Любой приемник, подключенный к источнику электроэнергии в цепи, обладает определенным сопротивлением. Наглядным примером такого приёмника может быть электрическая лампочка. При наличии напряжения начинает действовать закон Ома. При этом электродвижущая сила источника тока складывается из суммы напряжения на внешних участках цепи и внутреннего сопротивления источника. Когда падает напряжение внешней цепи, это оказывает влияние на изменении напряжения на зажимах источника. А само падение напряжения зависит от сопротивления и силы тока. Иными словами, согласованный (нагрузочный) режим работы электрической цепи — это процесс передачи нагрузки, при котором мощность превышает номинальные показатели. Но использование такого режима нерационально, ведь при длительном превышении установленных заводом значений, приборы могут попросту прийти в негодность.

Режим работы холостого хода

В таком режиме работы электрическая цепь находится в незамкнутом состоянии. Попросту говоря, в цепи отсутствует электрический ток, следовательно, каждый элемент цепи не подключен к источнику тока. При таком положении падение напряжения во внутренней цепи равно нулю, а ЭДС источника равно напряжению на зажимах источника питания. Иными словами, при режиме холостого хода в цепи, не подключенной к электрическому току, отсутствует сопротивление нагрузки.

Режим короткого замыкания

Это тот режим работы, который смело можно назвать аварийным, т.к. обеспечение нормальной работы цепи при таком режиме становится невозможным, ведь ток короткого замыкания показывает высокие значения, которые превышают номинальные в несколько раз. Короткое замыкание появляется, когда происходит соединение двух разных точек электрической цепи, у которых отличается разница потенциалов. При таком положении цепи нарушается ее нормальная работа. При режиме короткого замыкания зажимы в источнике питания замыкаются проводником, сопротивление у которого равняется нулю. Зачастую такой режим возникает в тот момент, когда соединяются два провода, связывающие между собой источник питания и приёмник цепи. Их сопротивление, в основном, ничтожно мало, поэтому его можно приравнять к нулю. Из-за отсутствия сопротивления при режиме короткого замыкания ток превышает номинальные показатели в несколько раз. За счет этого источники питания и приёмники электрической цепи могут прийти в негодность. В ряде случаев это может возникнуть при неправильном обращении с электрическим оборудованием обслуживающего его персонала.

Какими величинами характеризуется режим работы электрической цепи — MOREREMONTA

Электрическая цепь – это совокупность устройств и объектов, образующих путь электрического тока.

Для электрической цепи наиболее характерными являются ре­жимы работы: нагрузочный, холостого хода и короткого замыкания.

Режим работы электрической цепи – это ее электрическое состояние. Режим работы определяется величинами токов, напряжений и мощностей ее отдельных элементов.

Режимы работы электрической цепи:

· Режим короткого замыкания. В режиме короткого замыкания источник питания замкнут накоротко. Режим является аварийным. Ток короткого замыкания КЗ во много раз превышает значение номинального тока.

Rн = 0 I = max

· Режим холостого хода. В режиме холостого хода источник питания отсоединен от нагрузки и работает вхолостую. Сопротивление внешнего участка цепи и ток равен 0.

Rн = ∞

· Режим согласованной нагрузки. Свойства электрической цепи – наибольшая мощность нагрузки развивается источником, когда сопротивление нагрузки ровно внутреннему сопротивлению источника.

Номинальный режим. В номинальном режиме элементы электрической цепи характеризуются номинальными величинами токов , напряжений и мощности , на которые эти элементы рассчитаны заводом – изготовителем для нормальной работы. Номинальные величины обычно указываются в паспорте устройства.

Режим работы, при котором токи, напряжения и мощности элементов электрических цепей соответствуют их номинальным величинам, называется номинальным (нормальным). Отклонения от номинального режима нежелательны.

Рабочий режим. Если в электрической цепи действительные характеристики режима (l, U, P) отличаются от номинальных величин, но отклонения находятся в допустимых пределах, то режим называется рабочим.

Электрическая цепь это совокупность устройств, предназначенных для генерирования, передачи, преобразования и использования электрической энергии, процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электрическом токе, напряжении и ЭДС

2.2 Электрическая цепь (Адрес Блок 4) — это совокупность устройств, предназначенных для генерирования, передачи, преобразования и использования электрической энергии, процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электрическом токе, напряжении и ЭДС

Вернуться к тексту

В состав электрических цепей (2.2)входит также коммутационная и защитная аппаратура. В состав электрических цепей могут включаться электрические приборы для измерения силы тока, напряжения и мощности.

При описании электрических цепей используют следующие понятия: ветвь электрической цепи, узел электрической цепи, контур, двухполюсник, четырехполюсник.

Ветвь электрической цепи— это участок, элементы которого соединены последовательно. Ток во всех элементах один и тот же.

2.3 Ветвь электрической цепи (Адрес Блок 4) — участок, элементы которого соединены последовательно.

Вернуться к тексту

Узел электрической цепи — это точка соединения трех и болееветвей электрической цепи (2.3).

2.4 Узел электрической цепи (Адрес Блок 4) — это точка соединения трех и более ветвей.

Вернуться к тексту

Контур — это любой путь вдоль ветвей электрической цепи, начинающийся и заканчивающийся в одной и той же точке.

2.5 Контур (Адрес Блок 4) — это любой путь вдоль ветвей электрической цепи, начинающийся и заканчивающийся в одной и той же точке.

Двухполюсник — это часть электрической цепи с двумя выделенными выводами.

Четырехполюсник — часть электрической цепи с двумя парами выводов.

Режимы работы электрических цепей

Электрическая цепь в зависимости от значения сопротивления нагрузки R может работать в различных характерных режимах:

Номинальный режим— это расчетный режим, при котором элементы цепи (источники, приемники, линия электропередачи) работают в условиях, соответствующих проектным данным и параметрам.

Изоляция источника, линии электропередачи, приемников рассчитана на определенное напряжение, называемое номинальным. Превышение этого напряжения приводит к пробою изоляции, увеличению токов в цепи и другим аварийным последствиям.

Тепловой режим источников или приемников энергии рассчитан на выделение в них определенного количества тепла, то есть на определенную мощность, а последняя зависит от квадрата тока RI 2 , rI 2 .

Расчетный по тепловому режиму ток называется номинальным.

Номинальное значение мощности для источника электрической энергии — это наибольшая мощность, которую источник при нормальных условиях работы может отдать во внешнюю цепь без опасности пробоя изоляции и превышения допустимой температуры нагрева.

Для приемников электрической энергии типа двигателей — это мощность, которую могут развивать на валу при нормальных условиях работы. Для остальных приемников электрической энергии (нагревательные и осветительные приборы) — это их мощность при номинальном режиме. Номинальные значения напряжений, токов и мощностей указывают в паспортах изделий.

Согласованный режим работы— это режим, в котором работает электрическая цепь (источник и приемник), когда сопротивление нагрузки R равна внутреннему сопротивлению источника r. Этот режим характеризуется передачей от данного источника к приемнику максимально возможной мощности. Однако в согласованном режиме К.П.Д.= 0,5 — низкий и для мощных цепей работа в согласованном режиме экономически невыгодна. Согласованный режим применяется, главным образом, в маломощных цепях, если К.П.Д. не имеет существенного значения, а требуется получить в приемнике возможно большую мощность.

Режим холостого хода и короткого замыкания.Эти режимы являются предельными режимами работы электрической цепи.

В режиме холостого хода внешняя цепь разомкнута и ток равен нулю. Так как ток равен нулю, то падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника так же равно нулю (rI = 0) и напряжение на выводах источника равно ЭДС (= U). Из этих соотношений вытекает метод измеренияЭДС (2.7)источника: при разомкнутой внешней цепи вольтметром, сопротивление которого можно считать бесконечно большим, измеряют напряжение на его выводах.

В режиме короткого замыкания выводы источника соединены между собой, например, сопротивление нагрузки замкнуто проводником с нулевым сопротивлением. Напряжение на приемнике при этом равно нулю.

Сопротивление всей цепи равно внутреннему сопротивлению источника, и ток короткого замыкания в цепи равен:

Он достигает максимально возможного значения для данного источника и может вызывать перегрев источника и даже его повреждение. Для защиты источников электрической энергии и питающих цепей от токов короткого замыкания в маломощных цепях устанавливают плавкие предохранители, в более мощных цепях — отключающие автоматические выключатели, а высоковольтных цепях — специальные высоковольтные выключатели.

Электрическая цепь в зависимости от значения сопротивления нагрузки R может работать в различных характерных режимах:

Номинальный режим — это расчетный режим, при котором элементы цепи (источники, приемники, линия электропередачи) работают в условиях, соответствующих проектным данным и параметрам.

Изоляция источника, линии электропередачи, приемников рассчитана на определенное напряжение, называемое номинальным. Превышение этого напряжения приводит к пробою изоляции, увеличению токов в цепи и другим аварийным последствиям.

Тепловой режим источников или приемников энергии рассчитан на выделение в них определенного количества тепла, то есть на определенную мощность, а последняя зависит от квадрата тока RI 2 , rI 2 .

Расчетный по тепловому режиму ток называется номинальным.

Номинальное значение мощности для источника электрической энергии — это наибольшая мощность, которую источник при нормальных условиях работы может отдать во внешнюю цепь без опасности пробоя изоляции и превышения допустимой температуры нагрева.

Для приемников электрической энергии типа двигателей — это мощность, которую могут развивать на валу при нормальных условиях работы. Для остальных приемников электрической энергии (нагревательные и осветительные приборы) — это их мощность при номинальном режиме. Номинальные значения напряжений, токов и мощностей указывают в паспортах изделий.

Согласованный режим работы — это режим, в котором работает электрическая цепь (источник и приемник), когда сопротивление нагрузки R равна внутреннему сопротивлению источника r. Этот режим характеризуется передачей от данного источника к приемнику максимально возможной мощности. Однако в согласованном режиме К.П.Д. h = 0,5 — низкий и для мощных цепей работа в согласованном режиме экономически невыгодна. Согласованный режим применяется, главным образом, в маломощных цепях, если К.П.Д. не имеет существенного значения, а требуется получить в приемнике возможно большую мощность.

Режим холостого хода и короткого замыкания. Эти режимы являются предельными режимами работы электрической цепи.

В режиме холостого хода внешняя цепь разомкнута и ток равен нулю. Так как ток равен нулю, то падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника так же равно нулю (rI = 0) и напряжение на выводах источника равно ЭДС (e = U). Из этих соотношений вытекает метод измерения ЭДС (2.7) источника: при разомкнутой внешней цепи вольтметром, сопротивление которого можно считать бесконечно большим, измеряют напряжение на его выводах.

В режиме короткого замыкания выводы источника соединены между собой, например, сопротивление нагрузки замкнуто проводником с нулевым сопротивлением. Напряжение на приемнике при этом равно нулю.

Сопротивление всей цепи равно внутреннему сопротивлению источника, и ток короткого замыкания в цепи равен:

Он достигает максимально возможного значения для данного источника и может вызывать перегрев источника и даже его повреждение. Для защиты источников электрической энергии и питающих цепей от токов короткого замыкания в маломощных цепях устанавливают плавкие предохранители, в более мощных цепях — отключающие автоматические выключатели, а высоковольтных цепях — специальные высоковольтные выключатели.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 9489 — | 7457 — или читать все.

Б) Режимы работы электрических цепей — Студопедия

Элементами электрической цепи являются различные электротехнические устройства, которые могут работать в различных режимах.

Режимы работы как отдельных элементов, так и всей электрической цепи характеризуются значениями тока и напряжения.

Поскольку ток и напряжение в общем случае могут принимать любые значения, то режимов может быть бесчисленное множество.

Реальная электрическая цепь может быть представлена в виде активного и пассивного двухполюсников

Рис. 16.2. Включение активного и пассивного двухполюсников

Двухполюсником называют цепь, которая соединяется с внешней относительно нее частью цепи через два вывода а и b – полюса.

Режим работы электрической цепи, приведенной на рисунке, определяется изменениями параметров пассивного двухполюсника, в общем случае величиной сопротивления нагрузки Rн.

При анализе электрической цепи рассматривают следующие режимы работы:

— холостого хода,

— номинальный,

— короткого замыкания

— согласованный.

Работа активного двухполюсника под нагрузкой Rн определяется его вольт-амперной (внешней) характеристикой, уравнение которой для данной цепи запишется в виде

Вольт-амперная характеристика строится по двум точкам 1 и 2, соответствующим режимам холостого хода и короткого замыкания

Рис.16.3. Вольт-амперная характеристика

Режим холостого хода

В этом режиме с помощью ключа SA нагрузка Rн отключается от источника питания (см.рисунок).

В этом случае ток в нагрузке становится равным нулю, и как следует из формулы напряжение на зажимах ab становится равным ЭДС Eэ и называется напряжением холостого хода Uхх

Режим короткого замыкания

В этом режиме ключ SA в схеме электрической цепи замкнут, а сопротивление Rн=0.

В этом случае напряжение U на зажимах аb становится равным нулю, т.к. U = IRн, а уравнение вольт-амперной характеристики можно записать в виде:

Номинальный режим

Номинальный режим электрической цепи обеспечивает технические параметры как отдельных элементов, так и всей цепи, указанные в технической документации, в справочной литературе или на самом элементе.

Для разных электротехнических устройств указывают свои номинальные параметры. Однако три основных параметра указываются практически всегда:

— номинальное напряжение Uном,

— номинальная мощность Рном

— номинальный ток Iном.

Работа активного двухполюсника под нагрузкой в номинальном режиме определяется следующим уравнением, записанном для номинальных параметров

На вольт-амперной характеристике это уравнение определяется точкой 3 с параметрами Uном и Iном.

При этом на нагрузке выделится активная мощность

Расчеты показывают, что значение сопротивления нагрузки, согласованное с сопротивлением источника, при котором в нагрузку будет предаваться максимальная мощность будет равно:

При этом значение максимальной мощности, которая может выделена в нагрузке Rн будет равна

Полезная мощность, выделяющаяся в нагрузке, определяется уравнением

Полная активная мощность, выделяемая активным двухполюсником, равна

Коэффициент полезного действия

при

Для мощных электротехнических устройств такое низкое значение КПД недопустимо. Но в электронных устройствах и схемах, где величина Р измеряется в милливаттах, с низким КПД можно не считаться, поскольку в этом режиме обеспечивается максимальная передача мощности на нагрузку

Режимы работы электрических цепей

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Основные понятия и определения

Электротехника — это область науки и техники, изучающая электрические и магнитные явления и их использование в практических целях.

Электрическим током называется направленное движение электрических зарядов. Электрический ток, направление и величина которого не изменны по времени, называют постоянным током и обозначают прописной буквой I.

Для получения электрического тока необходимо создать замкнутый электрический контур, состоящий из источников и приемников электрической энергии, соединенных между собой с помощью проводников, называемый электрической цепью.

Для облегчения анализа электрическую цепь заменяют схемой замещения.

Схема замещения — это графическое изображение электрической цепи с помощью идеальных элементов, параметрами которых являются параметры замещаемых элементов.

Отдельные устройства, составляющие электрическую цепь, называются элементами электрической цепи, которые можно подразделить на три группы.

Первая группа — элементы, предназначенные для генерирования (выработки) электроэнергии (генераторы, термоэлементы, фотоэлементы, химические элементы).

Вторая группа – приёмники (нагрузка) электрической энергии — элементы, преобразующие электрическую энергию в другие виды энергии (тепловую, световую, механическую и т. д.).

Свойство элемента поглощать энергию из электрической цепи и преобразовывать ее в другие виды энергии характеризует параметр – сопротивление. Различают:

	Активное сопротивление, R, Ом
	Емкостное сопротивление, Xc, Ом
	Индуктивное сопротивление, XL, Ом

Простейшими пассивными элементами схемы замещения являются сопротивление, индуктивность и емкость.

Емкость – свойство элемента накапливать заряды. C – коэффициент пропорциональности между зарядом q и напряжением на элементе U; , [Ф] – фарада.

Индуктивность – свойство, состоящее в возникновении собственного магнитного поля при прохождении через элемент электрического тока.L – коэффициент пропорциональности между потокосцеплением y и током I; [Гн] – генри.

В реальной цепи электрическим сопротивлением обладают не только реостат или резистор, но и проводники, катушки, конденсаторы и т.д. Общим свойством всех устройств, обладающих сопротивлением, является необратимое преобразование электрической энергии в тепловую. Тепловая энергия, выделяемая в сопротивлении, полезно используется или рассеивается в пространстве. В схеме замещения во всех случаях, когда надо учесть необратимое преобразование энергии, включается сопротивление.

Сопротивление проводника определяется по формуле

, (1.1)

где

l — длина проводника;

S — сечение;

ρ- удельное сопротивление.

Третья группа — элементы, предназначенные для передачи электроэнергии от источника питания к электроприёмнику (провода, устройства, обеспечивающие уровень и качество напряжений).

Элементы электрической цепи делятся на пассивные и активные:

· Пассивные — это электроприёмники и провода.

· Активные — это те, которые индуцируют э.д.с. (источники э.д.с.)

Элементы электрической цепи, обладающие электрическим сопротивлением R называются резисторами.

Они характеризуются вольт — амперной характеристикой — зависимости тока в элементе от напряжения на его зажимах (рис.1.1).

Если R=const, то — прямя линия (1),то такой элемент называется линейным. Если же это отношение непостоянно, то приемник будет нелинейным элементом электрической цепи и его вольт-амперная характеристика непрямолинейна (2).

Например — термосопротивления , а также тензодатчики, полупроводниковые элементы и т.д.

Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью.

.

Единица измерения проводимости — сименс (См).

Различают активные и пассивные цепи, участки и элементы цепей. Активными называют электрические цепи, содержащие источники энергии, пассивными — электрические цепи, не содержащие источников энергии.

Графическое изображение электрической цепи, содержащее условные обозначения её элементов, и показывающее их соединения называется –схемой электрической цепи (рис. 1.2)

 

 

Рис.1.2

Для работы электрической цепи необходимо наличие источников энергии. В любом источнике за счет сторонних сил неэлектрического происхождения создается электродвижущая сила. На зажимах источника возникает разность потенциалов или напряжение, под воздействием которого во внешней, присоединенной к источнику части цепи, возникает электрический ток.

Источник ЭДС — это источник, характеризующийся электродвижущей силой и внутренним сопротивлением. Идеальным называется источник ЭДС, внутреннее сопротивление которого равно нулю.

На рис. 1.3 изображен источник ЭДС, к зажимам которого подключено сопротивление R.

R_i — внутреннее сопротивление источника ЭДС.

Стрелка ЭДС направлена от точки низшего потенциала к точке высшего потенциала, стрелка напряжения на зажимах источника U₁₂ направлена в противоположную сторону от точки с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом.

Ток

(1.2)

(1.3)

У идеального источника ЭДС внутреннее сопротивление R_i = 0, U₁₂ = E.

Из формулы (1.3) видно, что напряжение на зажимах реального источника ЭДС уменьшается с увеличением тока. У идеального источника напряжение на зажимах не зависит от тока и равно электродвижущей силе.

Возможен другой путь идеализации источника: представление его в виде источника тока.

Источником тока называется источник энергии, характеризующийся величиной тока и внутренней проводимостью.

Идеальным называется источник тока, внутренняя проводимость которого равна нулю.

Поделим левую и правую части уравнения (1.2) на R_i и получим

, (1.4)

где — ток источника тока;

— внутренняя проводимость.

(1.5)

У идеального источника тока g_i = 0 и J = I.

Рис. 1.4

Ток идеального источника не зависит от сопротивления внешней части цепи. Он остается постоянным независимо от сопротивления нагрузки. Условное изображение источника тока показано на рис. 1.4.

Любой реальный источник ЭДС можно преобразовать в источник тока и наоборот. Источник энергии, внутреннее сопротивление которого мало по сравнению с сопротивлением нагрузки, приближается по своим свойствам к идеальному источнику ЭДС.

Если внутреннее сопротивление источника велико по сравнению с сопротивлением внешней цепи, он приближается по своим свойствам к идеальному источнику тока.

Различают разветвленные и неразветвленные схемы.

Рис. 1. 5

На рис. 1.5 изображена неразветвленная схема.

На рис. 1.6 показана разветвленная схема, содержащая два источника ЭДС и 5 сопротивлений.

Сопротивления соединительных проводов принимают равными нулю.

Разветвленная схема — это сложная комбинация соединений пассивных и активных элементов.

Рис. 1. 6

Участок электрической цепи, по которому проходит один и тот же ток, называется ветвью. Место соединения двух и более ветвей электрической цепи называется узлом. Узел, в котором сходятся две ветви, называется устранимым. Узел является неустранимым, если в нем соединены три и большее число ветвей. Узел в схеме обозначается точкой.

Последовательным называют такое соединение участков цепи, при котором через все участки проходит одинаковый ток. При параллельном соединении все участки цепи присоединяются к одной паре узлов, находятся под одним и тем же напряжением.

Любой замкнутый путь, включающий в себя несколько ветвей, называется контуром.

 

Режимы работы электрических цепей

В зависимости от нагрузки различают следующие режимы работы: номинальный, режим холостого хода, короткого замыкания, согласованный режим.

Рис.1.7

Для схемы, изображенной на рисунке 1.7, по второму закону Кирхгофа: (1.6),

где IR_вн — падение напряжения внутри источника э.д.с.

IR=U — напряжение на зажимах приёмника.

Из (1.6) получаем

(1.7)

Уравнение (2) описывает зависимость напряжения внешней цепи от тока в ней, оно является внешней характеристикой источника э.д.с. Если E=const и R_вн=const, зависимость U=f(I) является линейной (рис. 1.8).

 

 

Рис.1.8

 

1. Режим холостого хода — это режим, при котором ток в цепи I=0, что имеет место при разрыве цепи, на внешней характеристике ток холостого хода обозначен X.

2. Номинальный режимимеет место, когда источник э.д.с. или любой другой элемент цепи работает при значениях тока, напряжения и мощности, указанных в паспорте данного электротехнического устройства. U_ном, I_ном иР_номсоответствуют наиболее выгоднымусловиям работы устройства с точки зрения экономичности, долговечности и т.д. На рис. 11 — это точка Н.

3. Режим короткого замыкания — это режим, когда сопротивление приёмника равно нулю. Из уравнения (1.6) следует, что для любого режима работы цепи . При режимах короткого замыкания R=0 , следовательно, ток и имеет максимальное значение. Значение I_к ограничено значениями R_вн при этом U = RI = 0. На рисунке этот режим обозначен точкой К. Ток короткого замыкания в несколько раз превышает номинальный ток. I_к >>I_ном такой режим работы является аварийным.

4. Согласованный режим—это режим передачи от источника к сопротивлению нагрузки наибольшей мощности. Согласованный режим наступает тогда, когда сопротивление нагрузки становится равным внутреннему сопротивлению источника. При этом в нагрузке выделяется максимальная мощность. Ток равен половине от тока короткого замыкания:

 

; (1.8)

ЭДС уравновешивается двумя равными по значению падениями напряжений.

. На рисунке этот режим обозначен точкой С.

 

Узнать еще:

Электрическая цепь и режимы работы в ней

Электрическая цепь представляет собой совокупность компонентов, через которую протекает постоянный или переменный электрический ток. Ее всегда можно охарактеризовать в терминах электрического напряжения и тока. Процессы протекания тока, а также магнитно-резонансные процессы изучаются в области науки, называемой электротехникой. Кроме строгого теоретического анализа, основной задачей электротехники считается изучение вопросов практического применения результатов исследования этих процессов.

Все элементы электрических цепей условно можно поделить на три группы, а именно: источники питания или сигналов, проводники электричества и потребители энергии (нагрузка). Таким образом, элементы первой группы питают электрическим током, вторая группа включает элементы, преобразующие энергию источника питания в другие виды энергии (тепло, свет, звук), и третью группу представляют выходные элементы, традиционно называемые нагрузкой. Ввиду этого естественно предположить о существовании некоторых режимов функционирования электрических цепей, которые обычно связывают с нагрузкой.

Перечисленные элементы, а именно источники питания (сигналов), цепи преобразования сигналов (токов) и нагрузка, являются необходимыми компонентами.

Электрические цепи по способу преобразования сигналов подразделяют на линейные и нелинейные. В электротехнике применяют методы анализа линейных и нелинейных цепей. Для их анализа используется аппарат решения систем дифференциальных уравнений. Нелинейные дифференциальные уравнения решаются достаточно сложно, поэтому предполагают линеаризацию, и дальше проводят анализ в пределах участков линейной работы.

Любая цепь в интересах анализа имеет схематическое представление, называемое электрической схемой. Электрические схемы бывают принципиальные и эквивалентные. Принципиальная схема используется для детального анализа и монтажа электрической схемы. Эквивалентные схемы, в свою очередь, интересны в задачах анализа и описании сложных преобразовательных процессов для получения приближенных значений расчетных данных. Подраздел электротехники, который занимается теоретическими исследованиями электрических цепей, известен как схемотехника.

Режимы функционирования

Как указывалось ранее, всякая электрическая цепь, независимо от числа задействованных элементов и сложности, может функционировать в трех режимах: холостого хода (сокращенно х.х.), номинальной нагрузки (номинальный), а также в режиме короткого замыкания (сокращенно к.з.). При их описании пользуются понятиями напряжения, электродвижущей силы, силы тока и сопротивления участка цепи.

Режимы отличаются величиной нагрузки анализируемого участка цепи. Характеристики устройства, определяющие номинальный режим работы, получают на заводских испытаниях и прописывают в паспорте на устройство. Они определяются в условиях 75% от величины максимальной нагрузки. Величина нагрузки 0%, при которой изучается работа устройства, имеет называние режима холостого хода (без нагрузки), а режим работы с максимальной нагрузкой, или близкой к 100%, соответствует режиму короткого замыкания.

Номинальный режим работы

При этом электрическая цепь подключена к источнику питания, на выходе цепи которого имеется определенная режимом нагрузка. В качестве нагрузки может быть использован пассивный элемент: нагреватель, динамик, электрическая лампа, рамка с током и др.

Анализ такой цепи подчиняется закона Ома и Кирхгофа. В случае отсутствия реактивности напряжение в нагрузке определяется величинами силы тока и сопротивления участка цепи. Здесь используются такие термины, как падение напряжения и сила тока. В случае простой электрической цепи, где не используются замкнутые контуры, величина напряжения на участке цепи пропорциональна величине электрического тока. Этот закон был открыт Омом. Для замкнутых цепей применяют законы Кирхгофа. Данный режим используется для анализа работы в статическом режиме, т. е. в условиях работы, принятых за нормальные с постоянной нагрузкой.

Холостой ход

В режиме холостого хода проводят анализ функционирования электрической цепи без нагрузки, т. е. тогда, когда нагрузка отключена. В этом случае нет цепи для протекания тока, при описании работы цепи пользуются термином «электродвижущая сила на участке цепи». Это идеализированный режим работы цепи, позволяющий понять возможные условия работы без нагрузки.

Функционирование в режиме короткого замыкания

Данный режим функционирования используется при анализе цепи в критических условиях работы, приводящих к неисправности, а именно – когда сопротивление на выходе резко уменьшается.

Торговый дом Элби
Электрооборудование промышленного назначения вы сможете найти здесь.

Что такое токи синфазного режима?

Что такое синфазные токи?

Написано Drummond Fudge

Электрические цепи можно рассматривать как работающие в двух режимах , первый из которых является предполагаемым рабочим режимом, называемым дифференциальным режимом , а второй — идеально незначительным синфазным . Электрические цепи предназначены для работы путем подключения разности напряжений между двумя или тремя силовыми клеммами, при этом ток, поступающий в цепь от одной или двух клемм, и равный ток, выходящий из оставшихся двух или одной клеммы, эта конструкция учитывает только дифференциальный режим .

На самом деле, мы обнаруживаем, что часть тока, протекающего в цепи через один или два силовых вывода, находит новый путь обратно к источнику напряжения, а это означает, что ток, вытекающий из оставшихся силовых выводов, равен , а не , равному втекающая мощность. В этом случае синфазный ток не равен нулю! Общий ток равен сумме всех токов в одном направлении , например все токи протекают в каждый силовой терминал одновременно.

iCM = iIN

Токовые пути синфазного сигнала являются паразитными по своей природе. Они протекают через металлические проводящие конструкции, окружающие цепь. Естественно, токопроводящую среду для любой данной цепи трудно предсказать, особенно для производителей оборудования, продающих широкому кругу клиентов!

Почему возникают проблемы с синфазными токами?

Синфазные токи обычно представляют собой проблему, потому что они протекают по паразитным, непредусмотренным путям.Эти пути могут включать подшипники промышленного двигателя, арматуру в небоскребе и алюминиевые опоры под солнечными панелями, кабельные лотки в больницах и даже корпуса кораблей с океанскими обтекателями. Токи, протекающие через подшипник двигателя с течением времени, вызывают фрезерование подшипников при электроэрозионной обработке , вызывая потенциально катастрофический отказ. Ток, протекающий через арматуру и опорные конструкции, может стать причиной опасности для персонала. Высокочастотный ток, протекающий через лотки для данных, может серьезно нарушить поток данных по кабелям.Даже разрушение корпусов кораблей военно-морского флота значительно увеличивается из-за протекания тока.

Предпосылки к синфазным схемам

В прошлом, до импульсная силовая электроника имела какое-либо значительное присутствие в энергосистемах, синфазные токи обычно были вызваны неправильно заземленными системами переменного тока 50/60 Гц. Например, источник питания мог иметь заземленную нейтраль, а подключенная нагрузка — нет. Эта компоновка имеет потенциал для создания синфазного напряжения на незаземленной стороне, при этом все силовые клеммы на незаземленной стороне имеют ненулевое напряжение относительно GND.Естественно, решения этих проблем относительно просты и включают в себя тщательное рассмотрение заземления энергосистемы и удаление прямых путей синфазного тока (например, на землю).

Перенесемся в сегодняшний день, когда недорогая импульсная силовая электроника сделала возможными персональные компьютеры, промышленные электродвигатели значительно более эффективными, а широкая интеграция возобновляемых источников энергии возможна. Основа, на которой работает эта импульсная силовая электроника , заключается в «включении» и выключении источника напряжения на очень высокой частоте для синтеза некоторой другой желаемой формы волны напряжения на выходе.Этот метод обеспечивает чрезвычайно точное напряжение постоянного тока от произвольной сети переменного тока 50/60 Гц, переменное напряжение произвольной частоты от постоянного напряжения, а также генерацию сигналов произвольной формы для таких устройств, как аудиоусилители.

В то время как импульсная силовая электроника была огромным подарком для инженеров-энергетиков с точки зрения обеспечения превосходного управления и эффективности для цепей, высокочастотное напряжение и содержание тока, возникающие как побочный продукт высокочастотного переключения, привели к свои собственные проблемы.А именно, высокочастотные токи и напряжения могут «просачиваться» из цепей намного легче, чем обычные токи и напряжения 50/60 Гц, через емкостную связь .

Добавьте к этому уравнение, что импульсные источники питания высокой мощности / высокого напряжения печально известны тем, что генерируют синфазные напряжения, и у нас есть новая проблема синфазного тока, которую прежние простые решения не решают.

Исследование режимов работы и стратегии управления многонаправленного MC для системы на базе батарей

Для повышения производительности автономной системы на базе батарей и для достижения непрерывной передачи энергии было изучено поведение многонаправленного матричного преобразователя (MDMC). проанализированы в разных режимах работы.Систематический метод сопряжения возобновляемого источника, аккумуляторной батареи и нагрузки предлагается для автономной системы питания на основе батареи (SABBPS) для использования MDMC в качестве преобразователя PWM, инвертора или преобразователя PWM и инвертора в различных режимах работы. В этом исследовании метод расширенной прямой широтно-импульсной модуляции (EDDPWM) был применен для управления трактом потока мощности между возобновляемым источником, нагрузкой и батареей. В зависимости от напряжения генератора, входной частоты и нагрузки возможны несколько рабочих состояний и стратегий управления.Поэтому границы и распределение режимов работы обсуждаются и проиллюстрированы для повышения производительности системы. Математическое уравнение EDDPWM в различных режимах работы было выведено для достижения максимального отношения напряжений в каждом режиме. Представленные теоретические концепции и концепции модуляции были проверены при моделировании с использованием MATLAB и экспериментальном тестировании. Более того, THD, пульсации и направление потока мощности были проанализированы для выходного тока, чтобы исследовать поведение системы в каждом рабочем режиме.

1. Введение

Возобновляемые источники, такие как гидро-, солнечная и ветровая энергия, могут сыграть важную роль в обеспечении устойчивой энергией огромного населения мира, не имеющего доступа к чистой энергии. В настоящее время автономная система электроснабжения снабжает местные деревни или отдельных пользователей в удаленных районах, где расширение сети затруднено или неэкономично. В автономных возобновляемых источниках энергии элементы хранения, такие как батарея или суперконденсатор, используются для непрерывной подачи энергии на нагрузки [1].Сложность системы управления заметно возрастает при увеличении количества входных источников, поскольку несколько отдельных преобразователей используются для управления направлением потока мощности между входными и выходными портами системы. Тип и количество силовых электронных преобразователей меняются в зависимости от типа и количества источников энергии и нагрузок.

Преобразователь постоянного тока с несколькими входами был предложен для объединения нескольких типов источников энергии и получения желаемого выходного напряжения постоянного тока [2]. Этот тип преобразователя обычно используется в гибридных электромобилях [3] и возобновляемых источниках энергии для стабилизации напряжения и частоты системы [4].

Несколько схем преобразователя с двумя входами источника и одним выходом были предложены для автономной гибридной системы возобновляемой энергии с целью повышения качества электроэнергии и надежности системы [5, 6]. Преобразователь мощности с двумя источниками ввода с одним выходом был разработан для объединения источников энергии ветра и солнца в одной энергосистеме [5]. Однако будет трудно получить регулируемое выходное напряжение, если один из источников постоянного тока уменьшится, поскольку изменение входного напряжения будет значительным.Таким образом, Chen et al. (2001) предложили высокочастотный трансформатор для системы с двумя источниками и изолированной электрической цепью, чтобы уменьшить эффект изменения напряжения. Эти схемы не имеют пути зарядки для резервного аккумулятора и не могут управлять направлением потока энергии в системе [6].

Многонаправленный преобразователь мощности (MDC) был представлен Mei et al. (2006) для автономной гибридной системы возобновляемой энергии на базе батарей для питания батареи и управления направлением потока энергии в системе.MDC обеспечил путь аккумуляторов для удовлетворения спроса на электроэнергию в дни дефицита энергии солнца и ветра. Однако предложенное управление MDC было очень сложным из-за количества режимов и влияния направления потока мощности в высокочастотном изолированном преобразователе [7]. Позже направленный преобразователь мощности заменяется двунаправленным преобразователем постоянного тока с высокой плотностью мощности для взаимодействия с несколькими компонентами накопителя энергии, такими как батареи и ультраконденсаторы. Предлагаемая система требует многообмоточного трансформатора для условий плавного переключения, что не может оправдать уникальные особенности интегрированного многопортового преобразователя, заключающиеся в малом количестве компонентов и компактной конструкции [8].

Четырехпортовый преобразователь постоянного тока в постоянный с возможностью двунаправленной передачи данных и функцией изолированного выхода был предложен для уменьшения размера. Для всех четырех главных выключателей введена коммутация при нулевом напряжении. Три из четырех портов жестко регулировались путем регулировки их независимых значений рабочего цикла, в то время как четвертый порт был оставлен нерегулируемым для поддержания баланса мощности для системы. Кроме того, введена развязывающая сеть, позволяющая использовать отдельный контроллер для каждого порта питания. Этот четырехпортовый преобразователь подходит для приложений с низким энергопотреблением, где требуется накопление энергии, обеспечивая при этом жесткое регулирование нагрузки [9].Однако основная проблема заключается в том, что входной и выходной порт являются постоянным током, и для этой структуры необходим изолированный трансформатор.

Для достижения максимальной мощности слежения (MPT) за счет управления скоростью ротора при различных скоростях ветра и управления величиной и частотой напряжения нагрузки, была представлена ​​новая многопортовая система, основанная на двух источниках встречного напряжения. преобразователи (VSC) с аккумуляторной системой хранения энергии в их звене постоянного тока. Предлагаемая гибридная система была способна управлять потоком мощности, посредством чего она регулирует величину и частоту напряжения нагрузки [10].Количество преобразователей и пассивных компонентов по-прежнему велико, и они не подходят для встроенного многопортового преобразователя. Более того, размер и стоимость увеличиваются, а эффективность снижается из-за многоступенчатого преобразования через преобразователи и трансформаторы.

Самая желаемая особенность многонаправленного преобразователя может быть реализована за счет использования структуры матричного преобразователя (МК). В MC несколько двунаправленных переключателей используются для подключения источников питания к стороне нагрузки. При правильном методе переключения двунаправленные переключатели в MC могут использоваться как инвертор или выпрямитель.Первый принцип управления МК был предложен Вентурини и Алесиной в 1980 г. и известен как подход «прямой передаточной функции» [11]. Они также увеличили отношение напряжений до 0,866, используя технику инжекции третьей гармоники [12]. В 1983 году Родригес представил новый метод управления, основанный на «фиктивном звене постоянного тока», чтобы упростить прямой метод [13]. Ziogas et al. расширил идею Родригеса о «фиктивном звене постоянного тока», чтобы обеспечить строгое математическое объяснение [14, 15]. Позже Кастнер и Родригес (1985) использовали модуляцию пространственных векторов в управлении переключением матричных преобразователей для увеличения отношения напряжений и уменьшения количества состояний переключения [16, 17].Сообщалось о нескольких методах, которые могли упростить модуляцию [18–21] и решить проблемы коммутации в МК [22, 23]. Хотя метод SVPWM является подходящим методом для преобразователей трехфазной матрицы, сложность реализации заметно возрастает за счет увеличения количества входов или выходов MC, а входной ток не учитывается.

Для синтеза синусоидального входного тока с единичным коэффициентом мощности и желаемым выходным напряжением был предложен новый метод модуляции на основе несущей, основанный на традиционной пространственно-векторной импульсной модуляции (SVPWM), со сложным расчетом [24].Чтобы упростить метод модуляции, в [25] представлены предварительные концепции новой стратегии ШИМ на основе несущей, названной ШИМ с прямым коэффициентом заполнения (DDPWM). Они распространили DDPWM на различные топологии преобразователей матриц и разработали схемы управления преобразователями альтернативных структур в [26]. Эта схема модуляции очень гибкая и интуитивно понятная, и ее можно применять к любой конфигурации матричного преобразователя.

Toosi et al. в 2014 году объединил характеристики нескольких отдельных преобразователей в многонаправленный матричный преобразователь (MDMC) и предложил новый метод модуляции, который может управлять направлением потока мощности между каждым из входных источников питания и выходных нагрузок.Предлагаемый метод модуляции позволяет подавать питание от источника постоянного и переменного тока на нагрузку одновременно с использованием правильной схемы переключения. Они подтвердили, что MDMC с EDDPWM может работать как модульный преобразователь, в котором частота и напряжение каждой выходной фазы не зависят от других выходных фаз [27]. Однако система была протестирована на моделировании и работала в одном режиме.

Из-за большого количества системных параметров (т. Е. Количества входов / выходов, параметров нагрузки и входного фильтра, выходной частоты, частоты переключения, методов модуляции и количества пассивных компонентов) и присущих различий между топологиями преобразователя, таких как Максимальный коэффициент передачи напряжения, трудно сравнить предлагаемый MDMC с другими преобразователями с несколькими источниками, такими как многонаправленный преобразователь мощности [7], двунаправленный преобразователь постоянного тока в постоянный ZVS [8], преобразователь переменного тока в постоянный ток [28], многопортовый с преобразователь из нескольких источников напряжения [10], интегрированный четырехпортовый преобразователь постоянного тока в постоянный [9], преобразователь постоянного тока в постоянный с несколькими входами [2] и преобразователь мощности с двумя входами и одним выходом [5].Основным преимуществом MDMC для системы питания с несколькими входами / выходами по сравнению с другими преобразователями является его способность уменьшить размер системы за счет объединения всех характеристик различных выпрямителей и инверторов в одном компактном кремниевом преобразователе и устранения пассивных компонентов, таких как громоздкий конденсатор и многообмоточный трансформатор. Кроме того, метод EDDPWM может обеспечивать двунаправленный поток мощности, регулировать входной коэффициент мощности и синтезировать синусоидальные формы сигналов входного тока и выходного напряжения.

Соотношение напряжений MDMC изменялось, когда система переключалась из одного рабочего режима в другой. Чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение, команда выходного напряжения должна рассчитываться на основе типа и количества входных источников и выходных нагрузок, подключенных к системе. Соответственно, поведение MDMC было исследовано в различных режимах работы для достижения непрерывной передачи энергии и повышения эффективности за счет уменьшения количества переключателей и расчета максимального отношения напряжений в каждом рабочем режиме.Регулируя временной интервал в методе EDDPWM и анализируя направление потока мощности между входными и выходными портами системы, MDMC может работать как инвертор, преобразователь PWM или как преобразователь PWM, так и инвертор. Кроме того, данное исследование посвящено анализу качества выходного тока и выводит необходимое уравнение метода EDDPWM для каждого режима работы.

2. Принцип расширенного прямого действия PWM

Принцип работы EDDPWM был описан в [27] для MDMC с 15 двунаправленными переключателями.На рисунке 1 показана конфигурация схемы MDMC в автономной аккумуляторной системе (SABBS), когда трехфазный генератор и две батареи подключены к стороне источника MDMC. Символы и и и указывают нагрузку постоянного и переменного тока соответственно.

Согласно рисункам 2 и 3 период переключения делится на два периода времени, и. При этом входные фазы генератора переменного тока подключаются к соответствующей выходной клемме, а во время входных фаз батареи постоянного тока подключаются к соответствующей выходной клемме.Кроме того, временной интервал делится на два периода, и. Кроме того, MX, MD и MN обозначают мгновенные значения максимального, среднего и минимального входных напряжений генератора переменного тока.

Кроме того, POS и NEG обозначают мгновенные значения положительного и отрицательного входного напряжения батареи постоянного тока, соответственно. При этом используется линейное напряжение между MX и MN, которое является максимальным линейным напряжением среди трех линейных входных напряжений генератора в момент выборки.Во время этого используется второе максимальное линейное напряжение, которое составляет от MX до MD для схемы переключения I и от MD до MN для схемы переключения II. Наконец, во время линейного напряжения между POS и NEG используется.

2.1. Схема переключения I

На рисунке 2 показана схема переключения I, где значение коэффициента заполнения фазы () сравнивается с треугольной формой сигнала несущей для генерирования выходного напряжения фазы. Следовательно, выходная фаза изменяется во время схемы переключения I от.Как показано на Рисунке 2, выходная фаза «» подключена к входной фазе «MN» в течение периода переключения последовательности и когда это происходит. И он подключен к фазам «MX», «MX», «MD», «NEG» и «POS» в течение периодов времени,,, и, соответственно. Эти шесть временных подинтервалов могут быть представлены как (1), где — значение коэффициента заполнения фазы, а наклон несущей определяется как и. Учтите, что колебания входного напряжения незначительны в периоды переключения. Таким образом, интегрирование выходного напряжения может быть выражено в. На основе (1) и (2) среднее выходное напряжение может быть выражено в терминах и, как представлено в. Следовательно, для текущего цикла переключения значение скважности может быть где — команда фазного выходного напряжения, равная.

2.2. Шаблон переключения II

Процедура управления уравнением для шаблона переключения II такая же, как и в предыдущем шаблоне переключения. На рисунке 3 показан случай схемы переключения II, в которой значение коэффициента заполнения фазы () сравнивается с треугольной формой сигнала несущей для генерации выходного напряжения фазы. Следовательно, выходная фаза изменяется во время схемы переключения II с.

Точно так же интеграция выходного напряжения и среднего выходного напряжения представлена ​​в. Допустим, что значение коэффициента заполнения можно записать как Когда состояние переключения для выходной фазы «» равно POS, NEG, MX, MD или MN. , выходная фаза «» подключена к входному фазному напряжению POS, NEG, MX, MD или MN соответственно.Фактически, используя логические устройства, такие как FPGA, можно легко реализовать схему для генерации сигнала PWM.

Можно синтезировать входной ток и управлять коэффициентом мощности в EDDPWM, регулируя величину и, когда и связаны с максимальным и минимальным током, как показано:

3. Режимы работы системы

В зависимости от типа и количество выходов и входов, подключенных к системе, рабочие состояния системы SABBPS можно разделить на пять возможных режимов, которые перечислены в таблице 1.Источники энергии обеспечивают питание нагрузки или батареи, когда преобразователь подключен к нагрузке переменного тока и когда аккумуляторная батарея потребляет или подает энергию. В таблице 1 возобновляемый источник, обеспечивающий питание батареи, или нагрузка переменного тока обозначены буквами «O» или «X». Для блока аккумуляторов «▼» обозначает разрядку, а «▲» — заряд. Кроме того, нагрузка переменного тока, подключенная к MDMC, обозначается буквами «O» или «X».

9013 9013 9013 9013 9013 O Параметры Режим работы SABBS 1 2 3 4 5 O O X O Нагрузка переменного тока O O X O O ▼ ▼

O = подключен, X = отключен, ▲ = зарядка и ▼ = разрядка.

Источники питания МДМК меняются для разных режимов работы. В режиме работы 1 мощность передается от генератора переменного тока к выходной нагрузке переменного тока. Таким образом, аккумуляторная батарея отсоединяется от системы, и MDMC действует как преобразователь трехфазного переменного тока в однофазный. В режиме работы 2 мощность передается от генератора переменного тока к батарее и выходной нагрузке переменного тока; таким образом, MDMC подает питание на нагрузку переменного тока и заряжает аккумуляторную батарею через схему контроллера зарядки; MDMC действует как инвертор и преобразователь PWM.В рабочем режиме 3 нагрузка переменного тока отключена от системы; турбина с регулируемой частотой вращения экспортирует энергию в аккумуляторную батарею только через двунаправленные переключатели MDMC (просто заряжает аккумуляторную батарею). Таким образом, MDMC работает как преобразователь ШИМ. Следуя описанному выше аналитическому подходу, можно обучить и другим режимам работы.

На рисунке 4 показан упрощенный эскиз автономной аккумуляторной системы в пяти различных режимах работы, где «G», «BB» и «L» представляют трехфазный генератор, аккумуляторную батарею и нагрузку переменного тока. , соответственно.

3.1. Зарядка аккумулятора

Несколько методов, таких как оценка SOC на основе напряжения на клеммах и внутреннего сопротивления [29], импеданса элемента и изменения импеданса элементов / аккумуляторов [30, 31], механизм коррекции ошибок на основе фильтра Калмана для обоих состояний Исследователи сообщили о проблемах наблюдения и прогнозирования [32, 33], оценке SOC на основе искусственных нейронных сетей [34] и принципах нечеткой логики [35] для прогнозирования SOC. Согласно [36], метод измерения напряжения холостого хода является оперативным и дешевым, а также позволяет легко определять SOC в системе, основанной на батареях.Методика измерения напряжения холостого хода для оценки SOC контролирует напряжение и ток на клеммах в состоянии разряда, чтобы определить напряжение батареи под нагрузкой.

MDMC с методом EDDPWM, представленный [27], может постоянно считывать напряжение на стороне постоянного тока и контролировать величину тока, подаваемого на нагрузку постоянного тока, для определения SOC и зарядки аккумулятора. Следовательно, выходные фазы, указанные на рисунке 1, можно использовать для зарядки аккумулятора или питания нагрузки постоянного тока. Однако в систему следует добавить схему управления дополнительной зарядкой, чтобы повысить безопасность и сократить время зарядки системы.

4. Эквивалентная схема преобразователя

Метод управления EDDPWM может быть применен к MDMC в виде модульной структуры для каждой фазы, где каждая выходная фаза имеет независимый опорный сигнал управления. Этот опорный управляющий сигнал может отличаться по частоте, форме волны и амплитуде [27]. MDMC работает в режимах работы 1, 2 и 3, когда напряжение между фазой и нейтралью генератора переменного тока больше, чем напряжение батареи, и работает в режимах работы 4 и 5, когда напряжение между фазой и нейтралью больше.

Что касается конечных времен переключения полупроводников и задержек распространения на практике, переключатели не могут быть включены и выключены мгновенно в MDMC. Кроме того, из-за отсутствия естественного свободного хода в этой структуре надежная коммутация тока между переключателями в MDMC слишком сложна. Поэтому в этом исследовании метод коммутации тока или четырехступенчатой ​​коммутации, представленный в [37, 38], был улучшен на основе структуры MDMC для безопасной коммутации между исходящим и входящим коммутатором.Кроме того, в MDMC любая проблема с подачей тока на нагрузку может возникать из-за превышения напряжения на выходной фазе. Кроме того, со стороны входа могут возникать перенапряжения, вызванные нарушениями в линии. Следовательно, схема фиксации, представленная в [39], была модифицирована на основе структуры MDMC, чтобы избежать перенапряжений, исходящих от сети и от нагрузки к системе.

4.1. Режим работы 1

В этом режиме MDMC действует как преобразователь матрицы трехфазного тока в однофазный. Мощность передается через три двунаправленных переключателя, которые подключены к входным фазам, и выходной фазе.Согласно схемам переключения I и II, когда вход MDMC подключен к генератору переменного тока, а аккумулятор отключен от системы. На рисунке 5 показана схемная конфигурация MDMC в режиме работы 1 с подключением нейтрали.

Согласно методу переключения EDDPWM, выходными клеммами можно отдельно управлять, следуя их опорным сигналам. Таким образом, EDDPWM можно использовать как модульную конфигурацию на каждой выходной фазе. Продолжительность включения фазы в рабочем режиме 1 может быть представлена ​​как (8).Из-за наличия нейтрального соединения в этом режиме максимальное отношение напряжений ограничено. представляет собой отношение напряжения входного напряжения клеммы к выходному напряжению клеммы. Рабочий цикл в рабочем режиме 1 для схемы переключения I и схемы переключения II может быть вычислен таким же образом (4) и (6) в этом рабочем режиме. Продолжительность включения может быть представлена ​​следующим образом для схем переключения I и II, соответственно: Команда выходного напряжения преобразователя может быть представлена ​​следующим образом: где — линейное среднеквадратичное значение, а — желаемая выходная частота для соответствующей фазы. .

4.2. Режим работы 2

В этом режиме MDMC действует как преобразователь трехфазной матрицы в однофазную [40] (через переключатели, и) и два преобразователя трехфазной частоты в однофазную ШИМ (через переключатели,, и для выходной фазы и, и для фазы). Мощность передается через девять двунаправленных переключателей, которые подключены к входным фазам, и выходным фазам, и. Как описано в режиме работы 1, когда вход MDMC подключен к генератору переменного тока, а аккумулятор отключен от системы.На рисунке 6 показана схемная конфигурация MDMC в режиме работы 2 с тремя выходными клеммами.

Три двунаправленных переключателя используются для каждой выходной фазы, чтобы применить шаблоны переключения I и II. Входные фазы POS и NEG всегда отключены, в то время как MX, MD и MN выбираются путем мгновенного сравнения входных фаз переменного тока. Когда состояние переключения для выходной фазы «» равно MX, MD или MN, выходная фаза «» подключается к входной фазе, где напряжение равно MX, MD или MN, соответственно.Формула коэффициента заполнения такая же, как и для прямого режима ШИМ, представленная в [25].

Коэффициент заполнения фаз и обозначается как и, и может быть получен таким же образом для определения фазы, позволяя и быть равными командам и фазового напряжения и, соответственно. Продолжительность включения для фаз и может быть представлена ​​как Команда напряжения для фазы такая же, как (10), а команда напряжения для фаз и может быть выражена следующим образом:

4.3. Режим работы 3

В этом режиме MDMC действует как двойной преобразователь трехфазного ШИМ в однофазный.Мощность передается через шесть двунаправленных переключателей, которые подключены к входным фазам, и выходным фазам и. Временной интервал для переключения переменного тока равен периоду переключения (), вход MDMC подключен к генератору переменного тока, а аккумулятор отключен от системы. На рисунке 7 показана конфигурация схемы MDMC в режиме работы 3, когда двунаправленные переключатели, подключенные к фазе, выключены.

Продолжительность включения по фазам и может быть рассчитана так же, как (11).Команда напряжения также такая же, как (12) для фаз и. Напряжение постоянного тока можно использовать для нагрузки постоянного тока или зарядки аккумулятора через соответствующую цепь зарядки.

4.4. Режим работы 4

В этом режиме MDMC действует как одиночный преобразователь ШИМ. Мощность передается через два двунаправленных переключателя, которые подключены к входной фазе постоянного тока и выходной фазе. Временной интервал переключения переменного тока становится равным нулю (), вход MDMC подключен к батарее, а генератор переменного тока отключается от системы.На рисунке 8 показана схемная конфигурация MDMC в режиме работы 4, когда двунаправленные переключатели и подключены к фазе.

Подставив (4) и (6), скважность для рабочего режима 4 в схемах переключения I и II может быть выражена следующим образом: при значении Для этого рабочего режима отношение напряжений может быть увеличено до вход подключен к источникам постоянного тока.

4.5. Режим работы 5

В традиционной аккумуляторной системе, когда мощность генератора меньше, чем требуется нагрузка, генератор отключается от системы, и батарея питает систему.Согласно методу EDDPWM, генератор и аккумулятор могут питать нагрузку одновременно. Следовательно, в этом режиме работы MDMC действует как преобразователь пяти фаз в однофазный. Мощность передается через пять двунаправленных переключателей, которые подключены к входным фазам переменного и постоянного тока,,, и выходной фазе. Продолжительность включения фазы указана в (4) и (6) для схем переключения I и II, соответственно. Команду напряжения для фазы можно выразить следующим образом: Рисунок 9 демонстрирует конфигурацию схемы MDMC в рабочем режиме 5, когда двунаправленные переключатели,,, и подключены к фазе.Для этого режима работы коэффициент напряжения может быть увеличен до 0,6, поскольку вход подключен к источникам переменного и постоянного тока.

В этом режиме максимальное отношение напряжений может изменяться в пределах, как выражено в (14): где указывает изменение величины между среднеквадратичным значением между фазой и нейтралью входных источников питания переменного и постоянного тока, а и указывает среднеквадратичное значение генератора. входное напряжение и источник питания постоянного тока соответственно.

5. Результаты и обсуждение

5.1. Результат моделирования

Моделирование метода EDDPWM для MDMC выполняется с помощью программного обеспечения MATLAB.Соотношение напряжений было изменено в каждом рабочем режиме, чтобы исследовать стабильность системы. Предполагается, что период переключения составляет 200 мкм с во всех режимах работы. Параметры моделирования, приведенные в таблице 2, одинаковы для всех режимов работы.

9013 9013 9013 9013 9013 901 Входной фильтр конденсатор фильтра Параметр Значение нагрузка Ом, мГн 60 μ F Входное напряжение (фаза-нейтраль) 56 В Напряжение батареи (фаза-нейтраль) ± 48 В Входная частота 60 Гц Выходная частота 50 Гц

Входное напряжение между фазой и нейтралью () в режимах работы 1, 2 и 3 больше чем напряжение аккумулятора (), как показано в Таблице 2.Напряжение переменного тока меньше, чем в режимах работы 4 и 5, и равно 35 В.

На рисунке 10 показаны формы сигналов выходного переменного напряжения и тока предлагаемого MDMC в рабочем режиме 1 соответственно. В этом режиме коэффициент напряжения () был увеличен с 0,3 до 0,5 за раз (с). Результат моделирования показывает, что MDMC может достичь максимального отношения напряжений () в рабочем режиме 1 без каких-либо искажений в формах выходного напряжения или выходного тока.

(a) Выходное переменное напряжение
(b) Выходной переменный ток
(a) Выходное переменное напряжение
(b) Выходной переменный ток

Рисунки 11 (a) и 11 (b) иллюстрируют линейное выходное напряжение постоянного тока и выходное линейное напряжение и переменное напряжение.На рисунке 11 (c) показаны смоделированные отклики MDMC в режиме работы 2, когда соотношение напряжений изменяется на стороне переменного и постоянного тока на и s, соответственно. Согласно рисунку 11 (c), ток в и остается постоянным, независимо от изменения, которое увеличивается на 0,4 о.е. Кроме того, когда соотношение напряжений для фазы постоянного тока уменьшается с 0,5 до 0,3, ток на стороне переменного тока остается постоянным на уровне s. Результат моделирования подтверждает, что предложенный EDDPWM способен отслеживать изменение опорного управляющего сигнала для каждой фазы без нарушения сигнала на других выходных клеммах.

На рисунке 12 показаны формы сигналов постоянного напряжения и тока на выходе предлагаемого MDMC в рабочем режиме 3 соответственно. В этом режиме отношение напряжений () было уменьшено с 0,5 до 0,3 за раз (с). Результат моделирования показывает, что MDMC может отслеживать управляющий сигнал с точки зрения формы волны, частоты и амплитуды независимо от типа и количества выходов, подключенных к системе.

(a) Выходное напряжение постоянного тока
(b) Выходной ток постоянного тока
(a) Выходное напряжение постоянного тока
(b) Выходной ток постоянного тока

На рисунке 13 показано напряжение нагрузки переменного тока между фазой и нейтралью и формы сигналов тока в рабочем режиме 3 соответственно.Согласно рисунку 13 соотношение напряжений может достигать 0,7 в рабочем режиме 4, когда источник питания переменного тока отключен от системы. Результат моделирования показывает, что выходное напряжение хорошо синтезировано с максимальным коэффициентом напряжений 0,7.

(a) Выходное переменное напряжение
(b) Выходной переменный ток
(a) Выходное переменное напряжение
(b) Выходной переменный ток

Между тем, максимальное отношение напряжений равно 0,5 для работы режимы 1, 2 и 3, когда линейное напряжение генератора переменного тока больше, чем напряжение батареи.

В традиционной системе на основе аккумуляторных батарей, когда напряжение генератора меньше напряжения аккумуляторной батареи, источник питания переменного тока будет отключен от системы, и потребляемая мощность будет обеспечиваться аккумуляторной батареей. Используя EDDPWM для MDMC, можно вводить мощность от источника переменного и постоянного тока и достигать максимального отношения напряжений, которое выражено в (12).

На рисунке 14 показаны формы сигналов выходного переменного напряжения и тока предлагаемого MDMC в рабочем режиме 5 соответственно. В этом режиме коэффициент напряжения () был увеличен с 0.От 4 до 0,63 за раз.

(a) Выходное напряжение переменного тока
(b) Выходной переменный ток
(a) Выходное переменное напряжение
(b) Выходной переменный ток

Из рисунка 14 ясно видно, что система является возможность отслеживать изменение выходного опорного напряжения терминала. Более того, результаты моделирования показали, что недовыбор / перерегулирование и установившаяся ошибка для выходных токов допустимы во всех режимах работы.

5.2. Результат эксперимента

Для проверки возможности применения нового метода EDDPWM для предлагаемого MDMC была создана экспериментальная установка и реализован контроллер EDDPWM с использованием комплекта разработчика Xilinx Virtex-6 FPGA DSP. На рисунке 15 показана экспериментальная установка, построенная в лаборатории.

Для проверки стабильности системы опорное напряжение изменяется на сторонах переменного и постоянного тока при постоянных нагрузках. В таблице 3 приведены экспериментальные параметры предлагаемой системы при изменении опорного напряжения.Изменение выходного напряжения не видно на форме волны напряжения, поскольку в этом методе модуляции частота переключения высока. При постоянной нагрузке форма волны тока увеличивается или уменьшается в соответствии с внезапным изменением изменения опорного напряжения. На рисунке 16 показаны отклики MDMC, когда опорное напряжение изменяется на стороне переменного и постоянного тока на s и s, соответственно, в рабочем режиме 2. Согласно рисунку 16 (a) выходной ток остается постоянным на s независимо от изменения в что приводит к снижению напряжения на 0.4 о.е., где ступенчатое изменение сигнала Flag указывает на мгновенное изменение опорного напряжения. Кроме того, когда опорное напряжение постоянного тока уменьшается на 0,4 о.е., как показано на рисунке 16 (b), ток на стороне переменного тока остается постоянным на уровне s.

Период переключения Параметр Значение нагрузка Ом, мГн входное напряжение переменного тока входное напряжение переменного тока В Входное напряжение постоянного тока ± 24 В Входная частота 60 Гц Выходная частота 50 Гц Частота переключения 5 кГц 200 μ с

(a) Когда опорный ток уменьшается на 0.4 о.е. в фазе
(b) Когда опорный ток уменьшается на 0,4 о.е. в фазе
(a) Когда опорный ток уменьшается на 0,4 о.е. в фазе
(b) Когда опорный ток уменьшается на 0,4 о.е. в фазе

Из рисунка 16 ясно видно, что система способна отслеживать изменение опорного напряжения в каждой фазе отдельно. Экспериментальный результат подтверждает, что опорный управляющий сигнал каждой выходной клеммы не зависит от других выходных клемм с точки зрения частоты, формы сигнала и амплитуды.Более того, экспериментальные результаты показали, что недостижение / перерегулирование и ошибка динамического состояния для сигналов тока приемлемы для SABBS.

5.3. Общие гармонические искажения

Хотя национального стандарта, определяющего пределы общих гармонических искажений для систем, не существует, существуют рекомендуемые значения для приемлемых гармонических искажений. IEEE-519 предоставляет рекомендуемые значения гармоник для силовых электронных систем. Допустимый THD входного тока преобразователя мощности обычно ограничивается от 10 до 30% в зависимости от пределов полного сопротивления сети [41, 42].

В соответствии со стандартами IEEE-519 максимальный THD в токе сети не может превышать 5% для THD и 3% для любой отдельной гармоники. Важно отметить, что рекомендации и значения, приведенные в этом стандарте, носят исключительно добровольный характер. Однако поддержание низких значений THD в системе дополнительно обеспечит правильную работу оборудования и более длительный срок его службы.

В таблице 4 сравниваются пульсации постоянного выходного тока и THD переменного выходного тока моделирования и экспериментальных результатов для MDMC в различных режимах работы.Результаты показали, что THD различается в каждом рабочем режиме, поскольку количество переключателей, тип ввода / вывода, а также входное напряжение и частота менялись в каждом рабочем режиме. Кроме того, неидеальные характеристики компонента, общая задержка распространения в системе, собственный шум и искажение входного источника питания, а также конечное время переключения на практике могут быть причиной разрыва THD между результатами эксперимента и моделирования. Кроме того, и генератор, и источник питания постоянного тока в экспериментальной установке имеют некоторый шум и искажения, которые напрямую влияют на производительность системы и качество выходного сигнала.

Параметр Рабочий режим 1 Рабочий режим 2 Рабочий режим 3 Рабочий режим 4 Рабочий режим 5 7,22% 7,29% — 5,7% 3,59% Моделирование пульсаций постоянного тока — 4,1% 3.10% 8,7%.THD в рабочем режиме 5 меньше, чем в других рабочих режимах, поскольку для питания нагрузки используются 5 двунаправленных переключателей. Кроме того, в рабочем режиме 5 напряжение переменного тока меньше напряжения постоянного тока, а входной ток был синтезирован путем настройки двух переменных, и. Следовательно, искажение входного тока компенсируется правильным переключением между двумя входными источниками питания. 6. Заключение В этой статье представлен систематический подход к MDMC, основанный на направлении потока мощности между входными и выходными портами, для повышения производительности автономной системы на основе батареи и достижения непрерывной передачи энергии.Согласно предложенной стратегии потока мощности, подключенные входные и выходные клеммы с соответствующими двунаправленными переключателями были определены для обеспечения потребности в мощности с минимальным количеством переключателей. Максимально возможное соотношение напряжений было рассчитано для каждого рабочего режима. Результат подтверждает, что MDMC может работать как инвертор, преобразователь PWM или преобразователь PWM и инвертор путем настройки временного подынтервала в методе EDDPWM. Кроме того, предлагаемый EDDPWM может изменять функцию MDMC с инвертора на выпрямитель, выпрямителя на инвертор, выпрямителя и инвертора на инвертор или выпрямителя в зависимости от режимов работы системы. В частности, это исследование показало, что максимальное соотношение напряжений достижимо для каждого рабочего режима, когда недовыбор / выброс и установившаяся ошибка для выходных токов допустимы во всех рабочих режимах. Кроме того, качество выходных токов было проанализировано с точки зрения THD и пульсаций. На основании литературы и результатов настоящего исследования, поскольку предлагаемый преобразователь переключается с инвертора на выпрямитель в другом режиме работы, фильтр активной мощности может улучшить качество формы выходного сигнала и уменьшить шум во входном токе. Кроме того, метод управления модуляцией может быть применен к MDMC в виде модульной структуры для каждой фазы, где каждая выходная фаза имеет независимый опорный сигнал управления. Таким образом, предлагаемую структуру MDMC можно использовать для программируемого источника питания и распространить на гибридную систему с большим количеством входных и выходных фаз. Конфликт интересов Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи. 555 Режимы работы таймера 555 Режимы работы таймера Модель 555 имеет три основных режима работы: моностабильный, нестабильный и бистабильный. Каждый режим представляет собой отдельный тип схемы с определенным выходом. Астабильный режим Нестабильный контур не имеет стабильного состояния — отсюда и название «нестабильный». Выходной сигнал постоянно переключает состояние между высоким и низким без какого-либо вмешательства со стороны пользователя, что называется «прямоугольной» волной.Этот тип цепи может использоваться для создания прерывистого движения механизма путем включения и выключения двигателя через равные промежутки времени. Его также можно использовать для мигания ламп и светодиодов, а также в качестве тактового импульса для других цифровых микросхем и схем. Моностабильный режим Моностабильная схема вырабатывает один импульс заданной длины в ответ на триггерный вход, такой как кнопка. Выход схемы остается в низком состоянии до тех пор, пока не появится триггерный вход, отсюда и название «моностабильный», что означает «одно стабильное состояние».Этот тип схемы идеально подходит для использования в системе «нажми и работай» для модели, представленной на выставках. Посетитель может нажать кнопку, чтобы запустить механизм модели, и механизм автоматически выключится через установленное время. Бистабильный режим (или триггер Шмитта) Бистабильный режим или то, что иногда называют триггером Шмитта, имеет два стабильных состояния: высокое и низкое. Низкий уровень на входе триггера переводит выход схемы в высокое состояние.Если на входе сброса низкий уровень, выход схемы переходит в состояние низкого уровня. Этот тип схемы идеально подходит для использования в автоматизированной модельной железнодорожной системе, где поезд должен двигаться вперед и назад по одному и тому же отрезку пути. Кнопка (или геркон с магнитом на нижней стороне поезда) должна быть размещена на каждом конце пути, чтобы при ударе поезда поезд либо запускал, либо сбрасывал бистабильное устройство. Выход 555 будет управлять реле DPDT, которое будет подключено как реверсивный переключатель, чтобы изменить направление тока на путь, тем самым меняя направление поезда. Предыдущая страница: Внутри 555 Основные электрические схемы-компоненты, типы Что такое электрическая цепь? Электрическая цепь — это замкнутый путь для передачи электрического тока через среду электрических и магнитных полей. Поток электронов через петлю составляет электрический ток. Электроны входят в цепь через «Источник», которым может быть батарея или генератор. Источник обеспечивает электроны энергией, создавая электрическое поле, которое обеспечивает электродвижущую силу. Электроны покидают цепь через нагрузку на землю, тем самым завершая замкнутый путь. Нагрузкой или выходом может быть любое простое бытовое устройство, такое как телевизор, лампа, холодильник, или сложная нагрузка, например, на гидроэлектростанции. Простая электрическая цепь состоит из источника (например, батареи), проводов в качестве проводящей среды и нагрузки (например, лампочки). Батарея обеспечивает необходимую энергию для потока электронов к лампочке. Основные элементы схемы Как упоминалось выше во введении, схема представляет собой соединение элементов. Эти элементы подразделяются на активные и пассивные в зависимости от их способности генерировать энергию. Активные элементы схемы Активные элементы — это элементы, которые могут генерировать энергию. Примеры включают батареи, генераторы, операционные усилители и диоды. Обратите внимание, что в электрической цепи элементы источника являются наиболее важными активными элементами. Источники энергии, будь то источник напряжения или тока, бывает двух типов — независимые и зависимые источники. Примером независимого источника является батарея, которая обеспечивает постоянное напряжение в цепи, независимо от тока, протекающего через клеммы. Примером зависимого источника является транзистор, который обеспечивает ток в цепи в зависимости от приложенного к нему напряжения. Другой пример — операционный усилитель, который выдает напряжение в зависимости от дифференциального входного напряжения, приложенного к его клеммам. Пассивные элементы схемы Пассивные элементы можно определить как элементы, которые могут управлять потоком электронов через них. Они либо увеличивают, либо уменьшают напряжение. Вот несколько примеров пассивных элементов. Резистор : резистор препятствует прохождению тока через него. Для линейной цепи применим закон Ома, который гласит, что напряжение на резисторе прямо пропорционально току, протекающему через него, а пропорциональная константа — это сопротивление. Индуктор : Индуктор накапливает энергию в форме электромагнитного поля. Напряжение на катушке индуктивности пропорционально скорости изменения тока, протекающего через нее. Конденсатор : Конденсатор накапливает энергию в виде электростатического поля. Напряжение на конденсаторе пропорционально заряду. Типы электрических цепей Цепи постоянного тока В цепях постоянного тока применяемое возбуждение является постоянным источником.В зависимости от типа соединения активных и пассивных компонентов с источником цепь можно разделить на последовательные и параллельные цепи. Цепи серии Когда несколько пассивных элементов соединены последовательно с источником энергии, такая цепь называется последовательной цепью. В последовательной цепи через каждый элемент протекает одинаковое количество тока, и напряжение делится. В последовательной цепи, поскольку элементы соединены в линию, если среди них есть неисправный элемент, полная цепь действует как разомкнутая цепь. Для резистора, подключенного в цепи постоянного тока, напряжение на его выводах прямо пропорционально току, проходящему через него, таким образом, сохраняется линейная зависимость между напряжением и током. Для резисторов, соединенных последовательно, общее сопротивление равно сумме всех значений сопротивлений. Для конденсаторов, соединенных последовательно, общая емкость равна сумме обратных величин всех значений емкости. Для катушек, соединенных последовательно, общая индуктивность равна сумме всех значений индуктивности. Параллельные схемы В параллельной схеме один вывод всех элементов подключен к одному выводу источника, а другой вывод всех элементов подключен к другому выводу источника. В параллельных цепях напряжение в параллельных элементах остается неизменным, а ток изменяется. Если среди параллельных элементов есть неисправный элемент, это не повлияет на схему. Для резисторов, соединенных параллельно, полное сопротивление равно сумме обратных величин всех значений сопротивлений. Для конденсаторов, соединенных последовательно, общая емкость равна сумме всех значений емкости. Для катушек, соединенных последовательно, общая индуктивность равна сумме всех обратных значений индуктивности. Цепи переменного тока Цепи переменного тока — это те цепи, чьим элементом возбуждения является источник переменного тока. В отличие от источника постоянного тока, который является постоянным, источник переменного тока имеет переменные ток и напряжение через равные промежутки времени. Как правило, для приложений с большой мощностью используются цепи переменного тока. Простая схема переменного тока с использованием сопротивления Для переменного тока, проходящего через резистор, соотношение тока и напряжения зависит от фазы и частоты источника питания. Приложенное напряжение будет постоянно меняться со временем, и закон Ома можно использовать для расчета тока, проходящего через резистор в любой момент времени. Другими словами, если в момент времени t секунд значение напряжения равно v вольт, ток будет: i = v / R , где значение R всегда постоянно. Приведенное выше уравнение показывает, что полярность тока зависит от полярности напряжения. Кроме того, как ток, так и напряжение достигают своей максимальной и нулевой точек одновременно. Таким образом, для резистора напряжение синфазно с приложенным током. Рассмотрим приведенную ниже принципиальную схему Когда переключатель замкнут, ток проходит через резистор и определяется уравнением ниже i = Im cos (ωt + Φ) Напряжение, В = IR = RIm cos (ωt + Φ) Для резистора значения напряжения и тока будут расти и падать одновременно.Следовательно, разность фаз между напряжением и током равна нулю. Цепь переменного тока с использованием чистой индуктивности Катушка из тонкой проволоки, намотанная на цилиндрический сердечник, известна как индуктор. Сердечник может быть воздушным сердечником (многослойным полым) или железным сердечником. Когда через индуктор протекает переменный ток, магнитное поле также изменяется. Это изменение магнитного поля приводит к индуцированному напряжению на катушке индуктивности. Согласно закону Ленца, индуцированное напряжение таково, что оно противодействует протеканию через него тока. Во время первого полупериода напряжения источника индуктор накапливает энергию в виде магнитного поля, а в следующей половине он выделяет энергию. Индуцированная ЭДС определяется следующим образом: e = Ldi / dt Здесь L — самоиндукция. Теперь, приложенное входное напряжение переменного тока определяется как v (t) = Vm Sinωt Ток через катушку индуктивности равен: I (t) = Im Sinωt Таким образом, напряжение на катушке индуктивности будет e = L di / dt = wLI_m cos⁡wt = wLI_m sin⁡ (wt + 90) Таким образом, для катушки индуктивности напряжение опережает ток на 90 градусов. Теперь сопротивление катушки индуктивности называется реактивным сопротивлением и определяется по формуле Таким образом, импеданс или сопротивление пропорционально скорости изменения тока катушки индуктивности. Цепь переменного тока с конденсатором При постоянном питании постоянного тока пластины конденсатора заряжаются до приложенного напряжения, временно накапливают этот заряд и затем начинают разряжаться. Когда конденсатор полностью заряжен, он блокирует прохождение тока по мере насыщения пластин. Когда на конденсатор подается напряжение переменного тока, скорость заряда и разряда зависит от частоты источника питания.Напряжение на конденсаторе отстает от протекающего через него тока на 90 градусов. Ток через конденсатор определяется как e = Ldi / dt Емкостное реактивное сопротивление определяется как: e = Ld / idt Таким образом, полное сопротивление или реактивное сопротивление источника переменного тока обратно пропорционально частоте источника питания. . Что такое короткое замыкание и обрыв? Короткое замыкание Соединение с низким или незначительным сопротивлением между двумя проводниками в электрической цепи называется коротким замыканием.Короткое замыкание приведет к выделению большего количества тепла и, в конечном итоге, к искрам, пламени или дыму. Короткое замыкание может быть вызвано неплотными контактами, неисправной изоляцией, резким пережевыванием проводов вредителями и старыми приборами. Один из лучших и часто используемых методов предотвращения повреждений в результате короткого замыкания — это использование предохранителя или автоматического выключателя. Обрыв цепи Обрыв цепи вызван обрывом в электрической цепи. Когда какой-либо элемент в цепи остается неподключенным, создается разомкнутая цепь.В то время как напряжение на разомкнутой цепи имеет некоторое конечное значение, ток равен нулю. Защита цепи Преднамеренная установка слабого звена в электрической цепи называется защитой цепи. Целью этой установки является предотвращение повреждений из-за короткого замыкания, превышения температуры и других повреждений. Устройство защиты цепи может быть предохранителем, автоматическим выключателем, тиристором или переключателем. Общие сведения о режимах работы двигателя постоянного тока и методах регулирования скорости Обычно эти двигатели используются в оборудовании, требующем некоторой формы управления вращением или движением.Двигатели постоянного тока являются важными компонентами многих проектов в области электротехники. Хорошее понимание работы двигателя постоянного тока и регулирования скорости двигателя позволяет инженерам разрабатывать приложения, которые обеспечивают более эффективное управление движением. В этой статье мы подробно рассмотрим доступные типы двигателей постоянного тока, их режим работы и способы управления скоростью. Что такое двигатели постоянного тока? Как и двигатели переменного тока, двигатели постоянного тока также преобразуют электрическую энергию в механическую.Их работа обратна генератору постоянного тока, который вырабатывает электрический ток. В отличие от двигателей переменного тока, двигатели постоянного тока работают от постоянного тока — несинусоидальной, однонаправленной мощности. Базовая конструкция Хотя двигатели постоянного тока имеют различную конструкцию, все они содержат следующие основные части: Ротор (часть машины, которая вращается; также известная как «якорь») Статор (обмотки возбуждения, или «неподвижная» часть двигателя) Коммутатор (может быть щеточным или бесщеточным, в зависимости от типа двигателя) Полевые магниты (создают магнитное поле, которое вращает ось, соединенную с ротором) На практике двигатели постоянного тока работают на основе взаимодействия между магнитными полями, создаваемыми вращающимся якорем, и магнитными полями статора или неподвижного компонента. Бессенсорный контроллер бесщеточного двигателя постоянного тока. Изображение любезно предоставлено Kenzi Mudge. Принцип работы Двигатели постоянного тока работают по принципу электромагнетизма Фарадея, который гласит, что проводник с током испытывает силу, когда помещается в магнитное поле. Согласно «правилу левой руки для электродвигателей» Флеминга, этот проводник всегда движется в направлении, перпендикулярном току и магнитному полю. Математически мы можем выразить эту силу как F = BIL (где F — сила, B — магнитное поле, I — ток, а L — длина проводника). Типы двигателей постоянного тока Двигатели постоянного тока делятся на разные категории в зависимости от конструкции. Наиболее распространенные типы включают щеточный или бесщеточный, постоянный магнит, последовательный и параллельный. Щеточные и бесщеточные двигатели В щеточном двигателе постоянного тока используется пара графитовых или угольных щеток, которые служат для отвода или отвода тока от якоря.Эти щетки обычно хранятся в непосредственной близости от коммутатора. Другие полезные функции щеток в двигателях постоянного тока включают обеспечение безискровой работы, управление направлением тока во время вращения и поддержание чистоты коллектора. Бесщеточные двигатели постоянного тока не содержат угольных или графитовых щеток. Обычно они содержат один или несколько постоянных магнитов, которые вращаются вокруг фиксированного якоря. Вместо щеток в бесщеточных двигателях постоянного тока используются электронные схемы для управления направлением вращения и скоростью. Двигатели с постоянным магнитом Двигатели с постоянными магнитами состоят из ротора, окруженного двумя противоположными постоянными магнитами. Магниты создают поток магнитного поля при прохождении постоянного тока, который заставляет ротор вращаться по часовой стрелке или против часовой стрелки, в зависимости от полярности. Основным преимуществом этого типа двигателя является то, что он может работать на синхронной скорости с постоянной частотой, что позволяет оптимально регулировать скорость. Двигатели постоянного тока с серийной обмоткой В двигателях серии последовательно соединены обмотки статора (обычно из медных стержней) и обмотки возбуждения (медные катушки).Следовательно, ток якоря и токи возбуждения равны. Сильный ток протекает непосредственно от источника питания в обмотки возбуждения, которые толще и меньше, чем в параллельных двигателях. Толщина обмоток возбуждения увеличивает грузоподъемность двигателя, а также создает мощные магнитные поля, которые придают серийным двигателям постоянного тока очень высокий крутящий момент. Параллельные двигатели постоянного тока Шунтирующий двигатель постоянного тока имеет якорь и обмотки возбуждения, соединенные параллельно. Благодаря параллельному соединению обе обмотки получают одинаковое напряжение питания, но возбуждаются отдельно.Шунтирующие двигатели обычно имеют больше витков на обмотках, чем последовательные двигатели, что создает мощные магнитные поля во время работы. Параллельные двигатели могут иметь отличную регулировку скорости даже при переменных нагрузках. Однако им обычно не хватает высокого пускового момента серийных двигателей. Электродвигатель и цепь управления скоростью, установленная в мини-дрели. Изображение предоставлено Дилшаном Р. Джаякоди Контроль скорости двигателя постоянного тока Существует три основных способа регулирования скорости в последовательных двигателях постоянного тока: регулирование потока, регулирование напряжения и регулирование сопротивления якоря. 1. Метод контроля потока В методе управления магнитным потоком реостат (разновидность переменного резистора) подключается последовательно с обмотками возбуждения. Назначение этого компонента — увеличить последовательное сопротивление в обмотках, что снизит магнитный поток и, как следствие, увеличит скорость двигателя. 2. Метод регулирования напряжения Метод переменного регулирования обычно используется в шунтирующих двигателях постоянного тока.Опять же, есть два способа управления регулированием напряжения: Подключение шунтирующего поля к фиксированному напряжению возбуждения при питании якоря разными напряжениями (также известный как управление несколькими напряжениями) Изменение напряжения, подаваемого на якорь (также известный как метод Уорда Леонарда) 3. Метод контроля сопротивления якоря Контроль сопротивления якоря основан на том принципе, что скорость двигателя прямо пропорциональна обратной ЭДС.Таким образом, если напряжение питания и сопротивление якоря поддерживаются на постоянном уровне, скорость двигателя будет прямо пропорциональна току якоря. Различные типы электрических переключателей и типы переключателей света Магнитный переключатель с корпусом MLP. Изображение предоставлено: MagneLink, Inc. Электрические переключатели — это электромеханические устройства, которые используются в электрических цепях для управления мощностью, обнаружения выхода систем за пределы их рабочих диапазонов, передачи сигналов контроллерам о местонахождении элементов машин и деталей, обеспечения средств ручного управления функциями машины и процесса, управления освещением. , и так далее.Электрические переключатели бывают разных стилей и приводятся в действие рукой, ногой или при обнаружении давления, уровня или предметов. Переключатели могут быть простыми двухпозиционными или иметь несколько положений, которые, например, могут управлять скоростью многоскоростного вентилятора. Операторы переключателей могут быть разных форм и размеров, например переключатели или кнопки, и могут быть выполнены в различных цветах. Типы электрических переключателей Есть много разных типов электрических переключателей.Функция переключателя определяется количеством полюсов и ходом переключателя. «Полюса» — это отдельные цепи, которыми управляет переключатель (например, у «3-полюсного» переключателя три цепи управляются одним и тем же ходом). «Броски» — это уникальные положения или настройки переключателя (например, «двойной переключатель» может работать в двух разных положениях, таких как включение / выключение, высокий / низкий уровень и т. Д.). Объединение количества полюсов и ходов дает краткое описание функции переключателя, поэтому функция, например, «однополюсного, двухходового» переключателя неявна.Типы переключателей обычно сокращаются для краткости, поэтому однополюсный двухпозиционный переключатель будет называться переключателем «SPDT». Самый простой тип переключателя — это однополюсное одноходовое устройство (SPST), которое функционирует как двухпозиционный переключатель. Двухполюсные двухпозиционные переключатели (DPDT) обычно используются в качестве внутренних цепей изменения полярности. Переключатели до четырех полюсов и трех переключателей являются обычным явлением, а некоторые имеют перерывы. Педальные переключатели Педальные переключатели — это электромеханические устройства, используемые для управления мощностью в электрической цепи с помощью давления ногой.Они часто используются на станках, где оператору нужны руки для стабилизации заготовки. Основные характеристики включают количество педалей, функцию переключения, номинальное напряжение и номинальный ток. Педальные переключатели находят применение во многих прессах, где ручное управление не может использоваться для запуска цикла. Они также обычно используются в больничном оборудовании и офисной технике. Реле уровня Реле уровня — это электромеханические устройства, используемые для определения уровня жидкостей, порошков или твердых тел.Они устанавливаются в резервуары, бункеры или бункеры и могут обеспечивать вывод в систему управления. В некоторых случаях они могут использоваться для непосредственного приведения в действие устройства, например реле уровня, используемого в бытовых отстойниках. Основные характеристики включают измеряемую среду, тип выхода, тип переключателя, номинальные значения напряжения и тока, а также материалы, из которых изготовлен корпус, шток и поплавок. Реле уровня широко используются в перерабатывающей промышленности для контроля уровня в резервуаре и бункере. Они также используются в повседневных приложениях. Типы переключателей: Концевой выключатель на панели управления. Изображение предоставлено: история инженера / Shutterstock.com Концевые выключатели Концевые выключатели — это электромеханические устройства, предназначенные для механического определения движения и положения и подачи выходных сигналов на контроллер. Они доступны в виде выключателей без покрытия или в прочных корпусах, предназначенных для работы в жестких условиях производственного цеха. Основные характеристики включают тип привода, номинальное напряжение и ток. Множество типов приводов от стержней до нитевидных кристаллов гарантирует, что любой тип машины, компонента или деталей может быть обнаружен концевым выключателем.Концевые выключатели используются во многих обычных бытовых машинах, таких как стиральные машины. В своей прочной форме они используются во многих типах производственных объектов, таких как сталелитейные и бумажные заводы. Магнитные переключатели Магнитные переключатели , также известные как герконы, представляют собой тип электрических переключателей, в которых механизм замыкания переключателя приводится в действие при наличии или отсутствии магнитного поля. В типичной конструкции контакты переключателя обычно разомкнуты, когда магнитное поле не находится в непосредственной близости от переключателя, но затем контакты замыкаются для замыкания цепи, когда применяется магнитное поле или когда переключатель находится в непосредственной близости от магнитного поля. поле от постоянного магнита или катушки реле под напряжением.Одним из применений магнитных переключателей является обнаружение открытия и закрытия дверей и окон как часть системы безопасности. Мембранные переключатели Мембранные переключатели — это электромеханические устройства на печатной плате, которые обеспечивают тактильное управление процессами и машинами без необходимости использования отдельных нажимных переключателей. Они часто разрабатываются специально для конкретного процесса. Основные характеристики включают тип схемы в сборе, тип привода и тип клеммы. Количество клавиш, графика, подсветка и дисплеи также могут быть важными характеристиками.Мембранные переключатели широко используются в коммерческих продуктах, где объединение всех функций управления в одном устройстве может снизить затраты по сравнению с использованием дискретных переключателей. Реле давления Реле давления — это электромеханические устройства, используемые для измерения давления жидкости и подачи выходных сигналов на контроллер. В качестве чувствительного элемента они часто используют диафрагму. Основные характеристики включают тип давления, измеряемую среду, материал мембраны, соединение давления, минимальное и максимальное рабочее давление и максимальный ток переключения.Реле давления используются для поддержания давления в установленных пределах в системах смазки, где повышенное или пониженное давление может привести к повреждению машины. Переключатели с вытяжной цепью Выключатели Pull Chain — это электромеханические устройства, которые управляются вручную и используются для включения и выключения цепи или переключения цепи при увеличении уровней мощности. Чаще всего они применяются в освещении, где они используются для переключения ламп. Тросовые переключатели используются в качестве устройств аварийной остановки. Основные характеристики включают функцию переключения, номинальные значения напряжения и тока, а также различные функции, характерные для приложений аварийного останова, такие как обнаружение обрыва кабеля. Однопозиционный переключатель можно использовать для ручного управления верхним освещением и вентиляторами. В качестве тросовых выключателей они используются для устройств аварийной остановки, например, по длине ходового валка. Их иногда называют натяжками за веревку или за трос. Кнопочные переключатели Кнопочные переключатели , также называемые кнопочными переключателями, представляют собой электромеханические устройства с ручным управлением, используемые для переключателей и коммутационных схем.Это наиболее распространенная разновидность переключателей, используемых на промышленных панелях управления. Основные технические характеристики включают одно- или двухходовое переключение, тип контакта, тип монтажа, тип привода и диаметр выреза в панели. Вырез 30 мм — это обычный промышленный размер. Кнопочные переключатели составляют основную часть ручных переключателей, используемых в промышленных системах управления. Они доступны в различных формах и стилях, чтобы охватить практически любые сценарии ручного управления. В зависимости от ожидаемых условий окружающей среды, кнопочные переключатели могут быть оснащены защитными уплотнительными манжетами, которые предназначены для предотвращения проникновения посторонних веществ и частиц, таких как песок, грязь, пыль или даже жидкости, которые могут вызвать проблемы с надежностью переключателя. механизмы. Типы переключателей света: кулисные переключатели. Изображение предоставлено: Nowwy Jirawat / Shutterstock.com Кулисные переключатели Кулисные переключатели — это электромеханические устройства с ручным управлением, используемые для переключения цепей. Положение оператора переключателя, поднятое или опущенное, дает быструю визуальную индикацию включенного или выключенного состояния цепи. Основные технические характеристики включают функцию переключения на одно или два хода, тип монтажа, тип привода и размеры выреза в панели. Кулисные переключатели используются для ручного переключения во многих промышленных системах управления, а также для управления потребительскими товарами и офисной техникой. Поворотные переключатели Поворотные переключатели — это электромеханические устройства с ручным управлением, используемые для переключения цепей и выбора функций. Электрический поворотный переключатель может быть двухпозиционным, двухпозиционным или иметь несколько дискретных упоров. Основные характеристики включают количество полюсов, количество позиций, тип конструкции, тип монтажа и диаметр выреза в панели для переключателей, устанавливаемых на панели. Поворотные переключатели используются для обеспечения визуально проверяемых средств положения переключателя, позволяя операторам с первого взгляда определять, находится ли цепь под напряжением или нет.Их также называют лопастными переключателями. Ползунковые переключатели Ползунковые переключатели — это электромеханические устройства с ручным управлением, используемые для переключения цепей. Оператор переключателя выполнен в виде ползунка, который перемещается из положения в положение для управления состоянием цепи. Основные характеристики включают одно- или двухходовое переключение, тип монтажа и размеры выреза в панели. Ползунковые переключатели используются в электрическом и электронном оборудовании, где диапазон переключения может быть ограничен, и при этом важна экономия.Они обычно используются для кнопок включения-выключения или просто как общий переключатель управления. Дисковые переключатели Дисковые переключатели , также называемые дисковыми переключателями, представляют собой электромеханические устройства с ручным управлением, используемые для управления электрическими цепями с помощью вращающегося колеса. Они отображают числовое значение, соответствующее положению переключателя. Принцип работы и основные характеристики дискового переключателя включают количество положений, тип монтажа, тип привода, тип кодированного выхода и размеры выреза в панели.Дисковые переключатели широко используются в авиационной промышленности для управления полетом, контрольно-измерительной аппаратуры и контроллеров. Они также используются в испытательном и измерительном оборудовании и компьютерных устройствах. Тумблеры Тумблерные переключатели — это электромеханические устройства с ручным управлением, используемые для переключения цепей. Работа тумблера приводится в действие рычагом, который сдвигается по небольшой дуге. Перемещение рычага вперед и назад открывает и замыкает электрическую цепь, а положение рычага дает быструю визуализацию состояния цепи.Основные характеристики включают одно- или двухходовое переключение, конфигурацию с 1, 2 или 3 осями, а в некоторых случаях — конфигурацию с переключением во всех направлениях или джойстиком, а также тип привода. Тумблерный переключатель широко используется в электронных панелях и контрольно-измерительных приборах, где требуется более широкий диапазон функций переключения, например, в распределительных щитах. Настенные переключатели Настенные переключатели — это электромеханические устройства с ручным управлением, которые чаще всего используются в жилых и коммерческих зданиях для управления освещением.Они также используются для управления потолочными вентиляторами и электрическими розетками. Основные характеристики включают комбинированную функцию устройства, тип привода и дополнительные функции переключателя, такие как регулирование яркости, регулирование скорости вентилятора или переключение на основе таймера. Настенные выключатели специально разработаны для работы от сетевого напряжения и помещаются в стандартные электрические коробки. Они являются стандартными предметами в жилом и коммерческом строительстве. Различные стили декораторов или дизайнеров могут отличить эти переключатели от промышленных переключателей, для которых эстетика не так важна. Электрический переключатель — Области применения и отрасли Электрические переключатели используются во множестве приложений во всех отраслях, таких как аэрокосмическая, автомобильная, химическая, коммуникационная, морская, медицинская, военная, нефтехимическая и транспортная, а также в коммерческом и жилом секторах. Повсеместная технология, переключатели можно найти как часть пользовательского интерфейса почти для каждого электрического и механического продукта. Вот некоторые типичные места, где можно найти переключатели: Контроль доступа / выхода Самолет Амперметры Приборы Тормозные системы Конвейеры Краны Двери Электропневматика Аварийный останов Эскалаторы HVAC Гидравлика Зажигание / стартер Инструменты Станки Двигатели Пневматика Сосуды под давлением Управление процессами Защитная блокировка Скрубберы Сепараторы Контроль скорости Приямки Танки Трансформаторы Клапаны Вольтметры Как правило, конкретное приложение помогает определить, какой переключатель лучше всего подходит для работы.Поскольку форм-фактор коммутатора очень важен, выбор не может быть сделан до тех пор, пока не будет определена цель. Типы выключателей света — соображения Полюса, броски и форм-фактор Поскольку для разных приложений требуются переключатели разных типов — как по форм-фактору, так и по количеству полюсов и ходов — важно знать, для чего нужен коммутатор, до принятия решения о покупке. Например, для простых типов переключателей света может потребоваться только один полюс и один ход, но он может принимать разные формы: тяговая цепь, кнопка, кулисный переключатель, поворотный, скользящий, тумблерный и знакомый настенный переключатель — все это обычное дело.Другим примером может быть реле уровня, используемое для определения того, приближается ли резервуар к своей вместимости; Этот тип переключателя имеет только один основной форм-фактор, но может иметь разные комбинации полюсов и ходов. Выбор переключателя должен производиться с учетом функций и целей всей системы. Кроме того, имейте в виду, что разные форм-факторы будут иметь разные физические характеристики — электрический поворотный переключатель будет иметь максимальную номинальную мощность, о которой вы должны знать, но реле уровня не будет, а реле давления будет иметь номинальное давление, которое стена переключаться не буду. Цены и качество Цена на коммутатор и качество сборки могут сильно отличаться. Самые простые и дешевые коммутаторы могут стоить всего несколько долларов, в то время как сложные системы могут стоить сотни за штуку. О качестве сложно судить, но сертификация по отраслевому стандарту гарантирует, что данный коммутатор соответствует определенным минимальным требованиям, установленным уважаемым агентством или правительством. Нет важных различий между большинством новых, бывших в употреблении, восстановленных и восстановленных переключателей.Новые переключатели будут дороже, но на них должна быть гарантия; бывшие в употреблении переключатели будут дешевле, но могут не иметь гарантии или иметь более низкую надежность. Этот компромисс должен быть тщательно взвешен, особенно для критически важных компонентов и приложений. Имейте в виду, что эта категория относится к электрическим переключателям, а не к сетевым коммутаторам. Электрические переключатели Важные атрибуты Есть много качеств, влияющих на выбор переключателя, некоторые из которых уже обсуждались.Здесь дается описание многих важных характеристик. Эти атрибуты включают в себя как конструкцию переключателя, так и электрические характеристики. Конструкция коммутатора Конструкция выключателя имеет первостепенное значение. От того, из чего он сделан и как он собран, будет зависеть, подходит ли коммутатор для конкретного применения. Конфигурация схемы Конфигурация схемы относится к количеству полюсов, ходов и разрывов переключателя.Переключатели обычно имеют от одного до четырех полюсов и от одного до трех ходов; у некоторых есть одиночные или двойные перерывы. Покрытие контактов и клемм Изготовленные из золота, никеля или серебра, материалы покрытия контактов и выводов могут повлиять на быстродействие, надежность и стоимость коммутатора. Покрытие клемм также может быть выполнено из олова или припоя. Рейтинг P и рейтинг защиты NEMA Степень защиты от проникновения (IP) и рейтинг корпуса Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA) являются официальными рекомендациями, показывающими, в каких условиях может выдерживать корпус коммутатора.Более строгие оценки больше подходят для менее щадящих областей работы. Тип крепления Монтаж коммутатора определяет, как его можно прикрепить к системе. Для обеспечения надлежащей подгонки и работы необходимо выбрать подходящий совместимый монтаж. Электрические характеристики В качестве электромеханических устройств важны электрические характеристики переключателя. Электрические характеристики переключателя определяют его способность надежно работать в приложенных электрических условиях. Тип контакта В переключающих переключателях используются контакты двух типов: не замыкающие («размыкание перед замыканием» или BBM) и закорачивающие («замыкающее перед размыканием» или MBB). Переключающие переключатели без короткого замыкания прерывают одну переключающую цепь перед активацией другой; короткое замыкание переключающих переключателей на очень короткое время активирует обе цепи. Это может повлиять на работу схемы, поэтому выбор правильной схемы очень важен. Текущий рейтинг Номинальный ток обычно измеряется в миллиамперах (мА) или амперах (Амперах).Превышение этого рейтинга может вызвать серьезные отказы и представлять опасность. Диэлектрическая прочность Каждый переключатель имеет поляризованные изоляционные материалы, называемые диэлектриками. Электрическая прочность диэлектрика, измеряемая в вольтах (В), представляет собой наибольшее электрическое поле, которое оно может выдержать до того, как его изоляционная способность ухудшится. Срок службы Этот атрибут обычно отражает количество операций переключения, на которые рассчитано устройство, то есть количество циклов, в течение которых переключатель рассчитан на работу в условиях окончания срока службы из-за механической усталости.Более высокий ресурс означает, что коммутатор рассчитан на большее количество рабочих циклов, прежде чем потребуется его замена. Номинальная мощность Обычно измеряется в вольтах (ВА) или ваттах (Вт). Номинальная мощность — это максимальная мощность устройства, с которой можно работать во время работы. Превышение этого номинала может вызвать чрезмерное нагревание внутри устройства, что может привести к выходу из строя переключателя, а также создать угрозу безопасности. Номинальное напряжение Измеренное в вольтах (В) номинальное напряжение — это максимальный уровень напряжения, с которым коммутатор может безопасно работать.Превышение этого номинала может вызвать дуговой разряд в переключателях, что приведет к короткому замыканию, отказу переключателя и потенциальным опасностям. Электрические переключатели — сопутствующие товары Датчики уровня и Уровнемеры часто действуют как датчики и исполнительные механизмы для реле уровня. Сетевые коммутаторы связывают компьютеры, принтеры и другие устройства в сети или различных частях сети и не подпадают под эту категорию. Коммутаторы в сборе представляют собой серию переключателей целых механизмов, управляемых включенным переключателем. Преобразователи преобразуют одну форму энергии в другую, часто используемую в качестве исполнительного механизма в реле давления. RF-переключатели и S olid State Switches основаны на использовании полупроводниковых устройств, таких как диоды, для блокировки прохождения электрического тока или радиочастотных сигналов. Типы переключателей — дополнительные ресурсы Ниже приведены некоторые дополнительные ресурсы и полезные ссылки, касающиеся электрических переключателей. Общие Прочие электротехнические изделия Прочие «виды» статей Больше от компании Electric & Power Generation Какие два типа электрических цепей? Цепи, используемые в практических приложениях, часто состоят из более чем двух соединенных компонентов. Сложные схемы передают высокое напряжение электричества по нескольким проводам или компонентам.Два основных способа соединения более двух компонентов схемы являются основой практически всех электронных продуктов. Последовательная цепь Последовательная цепь имеет только один путь для передачи электричества из одной точки в другую. Количество электричества в цепи одинаково для любого компонента в цепи. Когда электричество проходит через последовательный контур, его скорость (скорость) никогда не будет колебаться. Общее сопротивление последовательной цепи равно сумме отдельных сопротивлений.Чем больше резисторов в последовательной цепи, тем труднее электронам течь. Параллельная цепь Параллельная цепь имеет несколько путей для передачи электричества из одной точки в другую. Согласно веб-сайту All About Circuits, «все компоненты подключены между одним и тем же набором электрически общих точек». Часто резисторы и источники подключаются между двумя наборами электрически общих точек. В параллельной цепи электричество может течь в нескольких направлениях по горизонтали и вертикали.Компоненты параллельной цепи будут иметь одинаковое напряжение на концах и будут иметь одинаковую полярность. Последовательно-параллельная цепь Свойства как последовательных, так и параллельных цепей можно объединить, чтобы сформировать специализированную последовательно-параллельную цепь, в которой провода или компоненты сконфигурированы таким образом, что есть только два контура, через которые может течь электричество. Подобно последовательным цепям, у электричества есть путь, по которому оно должно придерживаться. Как и в параллельных цепях, в схеме все еще есть два набора электрически общих точек. Применение к человеческому телу Человеческое тело демонстрирует системы, аналогичные последовательному сопротивлению и параллельному сопротивлению. Примером последовательного сопротивления служит расположение кровеносных сосудов в данном органе. Похожие записи 21.11.2024 0 Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании 19.11.2024 0 Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка 19.11.2024 0 Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт