Материал: Источники питания РЭА
конец положительно, а холодный конец – отрицательно. Термо-ЭДС полупроводниковой термопары значительно больше термо-ЭДС металлической пары.
Термоэлектронные преобразователи представляют собой вакуумные или газовые приборы с твердыми нагреваемыми катодами. Преобразование тепловой энергии в электрическую осуществляется за счет использования термоэлектронной эмиссии нагретых тел. Эмитированные катодом электроны движутся к аноду под действием разности температур. Для обеспечения этой разности температур необходимо охлаждение анода. В зависимости от температуры нагрева катода термоэлектронные преобразователи делятся на низкотемпературные (1200 – 1600° С) и среднетемпературные (1900 – 2000° С). У среднетемпературных преобразователей КПД достигает 20%, что более чем в 2 раза превышает КПД термобатарей.
Фотоэлектрические преобразователи осуществляют преобразование тепловой и световой энергии солнечных лучей в электрическую. Солнечные батареи представляют собой ряд фотоэлементов, соединенных между собой определенным образом. Фотоэлектрические преобразователи используются в качестве источника электрической энергии для питания маломощной радиоаппаратуры, а также для питания радиотехнической и телеметрической аппаратуры на спутниках Земли и на автоматических межпланетных станциях.
Солнечные батареи просты, имеют очень большой срок службы и работают в большом диапазоне изменения температур.
Топливные элементы осуществляют непосредственное преобразование энергии химических реакций в электрическую энергию. Действие таких элементов основано на электрическом окислении вещества (топлива), которое подобно реакции горения топлива. Однако в отличие от горения в этих элементах окисление топлива и восстановление кислорода происходит на разных электродах. Поэтому энергия выделяется в нагрузке без промежуточного преобразования в энергию иного вида, что обеспечивает высокий КПД преобразователя. В топливных элементах химическая реакция протекает при взаимодействии активных веществ, которые в твердом, жидком или газообразном состоянии непрерывно поступают к электродам.
Биохимические источники тока можно рассматривать как разновидность топливных элементов, так как в них протекают подобные окисли- тельно-восстановительные процессы. Отличие биохимических элементов от топливных состоит в том, что активные вещества (или одно из них) создаются с помощью бактерий или ферментов из различных углеводов и углеродов.
Атомные элементы применяются для питания маломощных устройств. Конструкция таких ИП различна в зависимости от принципа их действия.
В элементах, использующих β - излучение, на внутреннем электроде размещается радиоактивный изотоп стронция 90. Вторым электродом является металлическая оболочка. Между электродами находится твердый диэлектрик или вакуум. Под действием β -лучей на электродах создаются заряды. Напряжение в таких элементах может достигать нескольких киловольт, а внутреннее сопротивление очень велико (порядка 1013Ом). Разрядный ток не превышает одного миллиампера. Достоинством таких элементов является очень большой срок службы.
Вэлементах, использующих контактную разность потенциалов, применяются электроды в виде пластинок из различных материалов. Одна из пластин покрыта двуокисью свинца, другая изготовлена из алюминия. Между электродами находится смесь инертного газа и радиоактивного трития. Под действием излучения происходит образование ионных пар. Напряжение между электродами определяется контактной разностью потенциалов. Под действием этого напряжения положительно и отрицательно заряженные ионы перемещаются к электродам.
Вэлементах с облучаемыми полупроводниками радиоактивное вещество наносится на поверхность полупроводника (кремния). Излучаемые электроны, имеющие большую скорость, выбивают из атомов полупроводника большое количество электронов. В результате односторонней проводимости между полупроводником и коллектором, приваренным к нему, возникает ЭДС величиной нескольких десятых долей вольта. Внутреннее сопротивление таких элементов 100 – 1000 Ом, КПД может достигать нескольких процентов. Недостатком является малый срок службы вследствие разрушения полупроводника под действием радиации.
Электромашинные генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую. Они делятся на генераторы постоянного и переменного тока. Машины переменного тока могут быть как однофазными, так и многофазными. Наиболее широкое применение нашли трехфазные синхронные и асинхронные генераторы, действие которых основано на использовании вращающегося магнитного поля. В синхронных машинах процесс преобразования энергии происходит при синхронной частоте, то есть когда
частота вращения ротора равна частоте вращения магнитного поля. В асинхронных машинах процесс преобразования энергии происходит при асинхронной частоте, то есть когда частота вращения ротора отличается от частоты вращения магнитного поля.
Источники вторичного электропитания. Они представляют собой функциональные узлы РЭА или законченные устройства, использующие энергию, получаемую от системы электроснабжения или источника первичного электропитания и предназначенные для организации вторичного электропитания радиоаппаратуры.
Классификация источников вторичного электропитания. Источники вторичного электропитания можно классифицировать по следующим параметрам:
1. По типу питающей цепи:
1.1 ИП, использующие электрическую энергию, получаемую от однофазной сети переменного тока;
1.2 ИП, использующие электрическую энергию, получаемую от трехфазной сети переменного тока;
1.3 ИП, использующие электрическую энергию автономного источника постоянного тока.
2.По напряжению на нагрузке:
2.1 ИП низкого (до 100 В) напряжения;
2.2ИП среднего (от 100 до 1000 В) напряжения;
2.3ИП высокого (свыше 1000 В) напряжения.
3.По мощности нагрузки:
3.1 ИП малой мощности (до 100 Вт);
3.2ИП средней мощности (от100 до 1000 Вт);
3.3ИП большой мощности (свыше 1000 Вт).
4.По роду тока нагрузки:
4.1 ИП с выходом на переменном токе;
4.2ИП с выходом на постоянном токе;
4.3ИП с выходом на переменном и постоянном токе.
5.По числу выходов:
5.1 одноканальные ИП, имеющие один выход постоянного или переменного тока;
5.2 многоканальные ИП, имеющие два или более выходных напряжений.
6. По стабильности напряжения на нагрузке:
6.1 стабилизированные ИП;
6.2 нестабилизированные ИП.
Стабилизированные источники питания имеют в своем составе, по крайней мере, один стабилизатор напряжения (тока) и могут быть разделены:
а) по характеру стабилизации напряжения:
-ИП с непрерывным регулированием;
-ИП с импульсным регулированием. б) по характеру обратной связи:
-параметрические;
-компенсационные;
-комбинированные;
в) по точности стабилизации выходного напряжения:
-ИП с низкой стабильностью выходного напряжения (сум-
марная нестабильность выходного напряжения более
2 – 5%);
-ИП со средней стабильностью выходного напряжения (суммарная нестабильность не более 0,5 – 2%);
-ИП с высокой нестабильностью выходного напряжения (суммарная нестабильность до 0,1 – 0,5%);
-Прецизионные ИП (суммарная нестабильность менее 0,1%). Примечание: к вторичным источникам питания (вторичным элемен-
там) принято относить также аккумуляторы, хотя деление ХИТ на первичные и вторичные условно (аккумуляторы могут использоваться и для однократного разряда).
Параметры сети питания электроэнергией. Основные электриче-
ские параметры сети электропитания следующие:
1. Номинальное значение питающего напряжения U.
2. Относительная нестабильность питающего напряжения, характеризующая возможные пределы изменения его значения относительно номинального – верхний предел
δ Uпв = |
Uп.макс − Uп.ном |
100% |
||
|
|
|||
и нижний предел |
Uп.ном |
|||
Uп.ном − Uп.мин |
|
|
||
δ Uпн = |
100%, |
|||
|
||||
|
Uп.ном |
|||
где Uпмакс и Uпмин – максимальное и минимальное значение напряжения питающей сети.
3.Внутреннее сопротивление первичного источника питания электроэнергией и питающей сети.
4.Уровень пульсаций питающего напряжения на выходе источника вторичного электропитания (для сети постоянного тока), который характеризует амплитуду (или эффективное значение) переменной составляющей напряжения, приложенного к ИП. Уровень пульсаций может также определяться отношением значения амплитуды (или эффективного значения) переменной составляющей питающего напряжения к его номинальному значению.
5.Частота, возможные искажения формы кривой питающего напряжения и возможная несимметрия по фазам питающей сети.
Параметры источников вторичного электропитания.
1.Номинальные выходные напряжения и токи.
2.Нестабильность выходных напряжений в процессе эксплуатации.
3.Максимальная, минимальная и номинальная мощность по каждой из выходных цепей ИП. Для источников питания с выходом на переменном токе задаются максимальное, минимальное и номинальное значения
полной мощности (в вольт-амперах) S = U / Z (где U – действующее значение напряжения на нагрузке, Z- модуль полного сопротивления
нагрузки) и соответствующие значения коэффициентов мощности нагрузки cos ϕ =R/Z, где R-активное сопротивление нагрузки.
4.Номинальное значение тока, потребляемого ИП от сети электропитания или первичного источника питания электроэнергией. Для ИП, работающего в режиме изменяющейся нагрузки, задаются номинальное, максимальное и минимальное значения мощности, потребляемой от первичного ИП.
5.Для ИП, питающихся от сети (или источника) переменного тока,
коэффициент мощности cosϕ = P / S ,где P - активная составляющая полной мощности, потребляемой ИП от первичной сети. Для нагрузок по-
стоянного тока cos ϕ = 1, так как P |
|
= S . |
|
||
6. Коэффициент полезного действия в номинальном режиме |
|||||
|
|
∑n |
Pнi.ном |
|
|
η= 100 |
|
i= |
1 |
, |
|
P |
|||||
|
|
|
|||
|
|
|
п.ном |
|
|
где n – число выходов (выходных цепей) ИП.
Рнi.ном – номинальная мощность, передаваемая в нагрузку по i-му выходу,
Рп.ном – номинальная потребляемая мощность
7. Внутреннее сопротивление ИП, равное численному значению отношения изменения выходного напряжения ∆ Uвых к вызвавшему его изменению тока нагрузки (выходного тока) ∆ Iвых (рис. 1.1.)
8. Уровень пульсаций выходного напряжения Uп и/или коэффициент пульсаций Кп (рис. 1.2.)
Uвых |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
||
|
||||||||||
Uвых.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∆ Uвых |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∆ Iвых |
|
|
Iвых |
||
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1.1. Нагрузочная характеристика ИП 1 – характеристика идеального источника питания;
2 – характеристика реального источника питания.