Привет студент

Электрическим реактором (дросселем) называется статическое электромагнитное устройство, предназначенное для использования его индуктивности в электрической цепи. Дроссели находят широкое применение в источниках электропитания, являясь неотъемлемой частью практически любого устройства преобразования энергии. Чаще всего дроссель представляет собой магнитопровод той или иной конфигурации, на котором размещается обмотка, включаемая в электрическую цепь последовательно с нагрузкой. Основными параметрами любого реактора являются, прежде всего, индуктивность L и номинальное значение тока I_ном его обмотки. Реакторы подразделяются на линейные, ограниченно-линейные и нелинейные. Линейный реактор должен иметь практически постоянную индуктивность, не зависящую от значения тока, протекающего по его обмотке. Из выражений и следует, что в линейном реакторе магнитное сопротивление для магнитного потока должно оставаться неизменным для любого тока, который может возникнуть в цепи, где установлен такой реактор. Магнитопроводы линейных реакторов могут выполняться из магнитодизлектриков, относительная магнитная проницаемость которых остается неизменной при напряженностях магнитного поля в несколько тысяч А/м. Магнито-диэлектрики имеют небольшую относительную магнитную проницаемость (от 60 до 250) и выпускаются виде в колец (тороидальные магнитопроводы) с внешним диаметром от 5 до 44 мм. Ввиду относительно небольших удельных потерь эти магнитопроводы применяются при частотах до 200 кГц. Для линейных реакторов могут применяться также разомкнутые магнитопроводы, выполненные из феррита или электротехнической стали. Так, серийно выпускаемые малогабаритные высокочастотные дроссели типа ДМ представляют собой ферритовый магнитопровод, выполненный в виде стержня цилиндрической формы, на котором размещается обмотка. Дроссели типа ДМ выпускаются на токи до 3 А и имеют индуктивность до 1 мкГн. В отдельных случаях линейные дроссели могут выполняться по конструктивным соображениям без магнитопровода. Например, дроссели высокочастотных вольтодобавочных конверторов на токи в десятки ампер представляют собой соленоиды, выполненные из медной или алюминиевой ленты.

Конструкция основных частей оперения — стабилизатора и киля — обычно подобна. Одинаковы по конструкции также рули высоты и рули направления. На крупных самолетах стабилизаторы выполняются, как правило, разъемными. Киль может быть изготовлен за одно целое с фюзеляжем или в виде отдельной части. Каркас оперения современных самолетов, как правило, выполняется металлическим. Обшивка киля и стабилизатора обычно жесткая (дюралюминиевая). Рули самолетов малых дозвуковых скоростей обшиваются полотном, что уменьшает их вес и упрощает конструкцию. На самолетах больших скоростей обшивка рулей так же, как и каркас, металлическая.

Киль и стабилизатор. На небольших самолетах киль и стабилизатор делают чаще всего двухлонжеронными. На тяжелых самолетах киль и стабилизатор обычно моноблочной конструкции с работающей обшивкой (рис. 59).

Термин «комбинированные» подчеркивает особенности построения ключей из нескольких приборов с целью улучшения характеристик переключателей тока. Примером комбинированного ключа (КК) может служить рассмотренный выше составной транзистор. Техническая реализация КК может базироваться на схемных решениях или интегральных технологиях. Рассмотрим ряд примеров КК, используемых в технике электропитания.

Каскодный ключ. Как было отмечено выше, биполярные транзисторы подвержены вторичному пробою в режимах переключения. Опасность вторичного пробоя мощного высоковольтного биполярного транзистора возникает при его выключении в том случае, когда при некоторых токах нагрузки прибор оказывается в режиме перенасыщения. Признаками вторичного пробоя являются резкий спад напряжения коллектор-эмиттер, что обусловлено изменением полярности напряжения база-коллекторного перехода, или появление генерации высокочастотных колебаний в кривой напряжения база-эмиттер. Риск вторичного пробоя при выключении транзисторов может быть уменьшен при применении каскодных схем.

Высоковольтный транзистор VT1 по цепи управления получает постоянный ток I_у, достаточный для перемещения его рабочей точки в область насыщения. Низковольтный быстродействующий транзистор VT2 управляется импульсным напряжением, отпираясь на время действия импульсов и запираясь в паузе.

Системы управления самолетом разделяются на основные и вспомогательные. К основным принято относить системы управления рулем высоты, рулем направления и элеронами (рулями крепа). Вспомогательное управление — управление двигателями, триммерами рулей, средствами механизации крыла, шасси, тормозами и т. д.

Любая из основных систем управления состоит из командных рычагов управления и проводки, связывающей эти рычаги с рулями. Рычаги управления отклоняются ногами и руками пилота. При помощи штурвальной колонки или ручки управления, перемещаемой усилием руки, пилот управляет рулем высоты и элеронами. Управление рулем направления осуществляется при помощи ножных педалей.

Конструкция управления предусматривает, чтобы отклонение командных рычагов, а следовательно, и изменение положения самолета в пространстве соответствовало естественным рефлексам человека.

Например, движение вперед правой ноги, действующей на педаль, вызывает отклонение руля направления и самолета вправо, перемещение штурвальной колонки вперед от себя вызывает снижение самолета и увеличение скорости полета и т. д.

В отличие от биполярных, полевые транзисторы (ПТ) основаны на дрейфе основных носителей тока в канале под действием разности потенциалов между истоковым и стоковым зажимами. Ток канала можно модулировать, изменяя напряжение затвора относительно истока. В зависимости от конструкции затвора ПТ делятся на два класса: с затвором в виде р-n-перехода (ПТ с управляющим переходом) и с изолированным затвором. Последние относительно затвора представляют собой структуру: металл-диэлектрик-полупроводник и поэтому называются либо МДП (MOS в английской транскрипции) транзисторами, либо МОП-транзисторами (МОП — аббревиатура от «металл-окисел-полупроводник»). Для этих приборов также широко применяется название MOSFET (Metal-Oxid-Semiconductor-Field-Effect Transistor), подчеркивающее, что управление каналом осуществляется электрическим полем. Оба класса ПТ широко распространены в силовой электронике и имеют «свои» предпочтительные области применения. МДП-транзисторы в свою очередь подразделяются на транзисторы со встроенным каналом и с индуцированным каналом. В первых ПТ проводящий токовый канал создан технологически («встроен»), и он, как и в ПТ с управляющим переходом, существует при нулевом напряжении на затворе, поэтому эти МДП транзисторы называют транзисторами обедненного типа. В МДП с индуцированным каналом токовый канал появляется только при подачи напряжения на затвор, поэтому эти приборы также называют транзисторами обогащенного типа. МДП обогащенного типа могут быть, как и любые другие ПТ, с каналом n-типа и с каналом p-типа, которые чаще всего создаются методом диффузии. Функционально эти два типа МДП-транзисторов являются аналогами n-р-n- и р-n-р-биполярных транзисторов соответственно. В современных устройствах электропитания наибольшее применение в качестве мощных токовых, ключей находят МДП-транзисторы с индуцированным n-каналом (DNMOS в английской транскрипции). В этих приборах для создания токового канала между стоком и истоком на затвор необходимо подать положительное напряжение относительно истока, большее некоторого порогового, т. е. приборы являются нормально закрытыми. Далее обсуждаются именно эти приборы.

Биполярные транзисторы (БТ) выпускаются двух типов: n-р-n и р-n-р. Первый (n-р-n) тип преобладает в силовой электронике и поэтому дальнейшее обсуждение транзисторов будет ориентировано на этот тип БТ.

Биполярные транзисторы получили широкое распространение в качестве регуляторов напряжения или тока. Транзисторы могут работать в линейном или ключевом режиме. В линейном режиме рабочая точка транзистора находится в активной области и под действием тока базы относительно медленно перемещается по нагрузочной линии. В режиме переключения рабочая точка «быстро» переходит из области отсечки (состояние низкой проводимости) в область насыщения (состояние высокой проводимости). Скорость и траектория перемещения зависят от параметров цепи нагрузки, частотных свойств транзисторов, значения и формы базового тока. Рассмотрим работу транзистора с активной нагрузкой.

На интервале времени [0, t₁] неуправляемый ток I_ко = I_кбо создает на базовом резисторе R_б отпирающее напряжение, приоткрывающее транзистор (рабочая точка О находится на границе области отсечки), поэтому для полного запирания транзистора необходимо задать отрицательный ток базы i_б = —I_кбо. При этом рабочая точка переместится на границу области отсечки, в точку Б.

К тиристорам относится класс полупроводниковых приборов, имеющих три или более р-n-переходов и обладающих бистабильной ВАХ. Наибольшее применение в устройствах электропитания находят трехэлектродные приборы с тремя р — n переходами. Такие приборы в литературе называют либо триодными тиристорами, либо просто тиристорами. В условиях нормальной работы тиристора в схемах электропитания при подаче на анод прямого напряжения (анод имеет положительный потенциал относительно катода) тиристор должен оставаться в закрытом состоянии до тех пор, пока на его управляющий электрод не будет подан импульс напряжения необходимой мощности (с полярностью плюс на управляющем электроде относительно катода). Время перевода из закрытого состояния в открытое (необходимое время действия отпирающего импульса), определяемое инерционными свойствами прибора, для большинства тиристоров измеряется единицами-десятками микросекунд. После перевода прибора в открытое состояние он, как и обычный диод, становится неуправляемым. Обратный переход тиристора в закрытое состояние начинается только после сброса практически до нуля его анодного тока. Время этого обратного перехода (восстановления запирающих свойств) тиристора превышает время включения в несколько раз, что практически исключает возможность применения тиристоров в качестве переключающих приборов в современных высокочастотных устройствах преобразования энергии.

Полупроводниковый диод является простейшим и наиболее распространенным типом переключающих приборов силовой электроники. В настоящее время применяются в основном полупроводниковые диоды с р-n-переходом и диоды с барьером Шоттки или барьером Мотта. Последние выгодно отличаются от полупроводниковых диодов с р-n-переходом прежде всего отсутствием накопления и рассасывания носителей заряда в базе диода, что и определяет их хорошие частотные свойства (меньшую инерционность процессов их переключения).

Статические свойства идеализированного р-n-перехода описываются уравнением Шокли

где Is — ток насыщения (тепловой ток), к которому стремится величина I при отрицательном значении напряжения на р-n-переходе; U —напряжение на диоде; U_T = KT/q —тепловой потенциал; К = 1,38 • 10^-23 Дж/°С — постоянная Больцмана; Т — температура; q — 1,6 • 10^-19 Кл — заряд электрона.

В современных устройствах электропитания полупроводниковые приборы чаще всего используются как «переключатели тока». Термин «переключатель тока» обозначает прибор с резко изменяющейся величиной проводимости под воздействием приложенных рабочих или управляющих напряжений. По международной терминологии эта группа приборов относится к классу вентилей (Semiconductor Valves) и, в свою очередь, делится на подгруппы, различающиеся рядом признаков (физические принципы токопроводности, степень управляемости приборов, особенности управления, быстродействие и др. ).

В неуправляемых ключах основным фактором, определяющим проводимость или состояние (включено/выключено), является полярность рабочего напряжения. В униполярных управляемых приборах (транзисторных ключах) проводимость определяется полярностью сигнала тока или напряжения, воздействующего на управляющий электрод.

Технические возможности ключей и эффективность их применения в тех или иных условиях определяется рядом параметров.

Термоэлектрические генераторы

В простейшем виде термоэлектрический генератор (ТЭГ) представляет собой батарею термопар, у которых одни концы спаев нагреваются, а другие охлаждаются. Благодаря разности температур кондов спаев термопар создается термо-ЭДС и во внешней цепи протекает ток.

Термоэлементы рассчитаны на работу при разности температур в 300 °С, при этом каждый элемент генерирует напряжение около 0,12...0,14 В. Число элементов в батарее определяется требуемой величиной выходного напряжения. Практика имеет опыт получения ТЭГ с напряжением до 120 В, токами до 500 А и суммарным КПД около 5 %. По виду вольт-амперной характеристики ТЭГ близок к источнику тока, при этом наибольшая мощность отдается при согласованной нагрузке (R_BH =R_H).

Автономные источники (АИП) с ТЭГ содержат термоэлектрический блок, систему хранения и подачи топлива.

Основой АИП является унифицированный ТЭГ, непосредственно преобразующий тепло, получаемое при сжигании углеводородного, газового или жидкого топлива в электрическую энергию.

Блок электропитания представляет собой теплоизолированный контейнер для размещения ТЭГ, аппаратуры поддержания качества электроэнергии и автоматического управления элементами буферных аккумуляторных батарей емкостью до 190 А-ч, агрегата редуцирования давления газа при использовании в качестве топлива газа или системы подачи и дозирования жидкого топлива (керосина, осветительного или авиационного топлива).