Главная  Электроустройства и узлы радиосистем на постоянном токе 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 [ 50 ] 51


зеркало Диаметром 9 м, обеспечивающее при благоприятных условиях освещения получение в его фокусе температуры 2800° С, нагревает рабочее тело турбины. Турбина вращает электрогенератор, отдающий в нагрузку мощность 3 кВт. Весит такая установка около 300 кг.

Применение в такой установке цилиндрического зеркала той же площади позволяет получить температуру в фокусе лишь 560° С и худшие показатели работы турбины. Более удобно в этом случае применять полупроводниковые термогенераторы.

В качестве накопителя запаса энергии, необходимой для круглосуточной работы солнечной электростанции, применяют электрические и тепловые аккумуляторы. Хорошим тепловым аккумулятором является гидрид лития, имеющий скрытую теплоту плавления 890 калорий на грамм. Весьма перспективно применение солнечных электростанций в южных районах с большим количеством солнечных дней в году.

Для питания радиоустройств космических аппаратов широко применяют непосредственные преобразователи энергии солнечного излучения в электрическую энергию, называемые солнечными батареями. Наибольшее применение получили кремниевые солнечные батареи, так как спектральная характеристика поглощения кремния хорошо согласуется со спектральной характеристикой солнечного излучения.

На поверхность пластины, представляющей собой монокристалл кремния я-типа, вносится присадка, сообщающая кремнию электропроводность /7-типа. На глубине около 2,5 мкм формируется ;7-л-пере-ход (рис. 14.10). Поглощение солнечного света сопровождается появлением избыточных носителей заряда как электронов, так и дырок. Потенциальный барьер, возникающий в /7-/г-переходе, приводит к разделению избыточных,зарядов. В области р сосредоточатся избыточные дырки, а в области п - избыточные электроны.

Таким образом, при поглощении солнечного света в освещаемом слое р-типа накопится положительный избыточный заряд, а в слое /г-типа - отрицательный. Стекание этих зарядов через внешнюю нагрузку и обеспечивает в ней ток.

Концентрация избыточных носителей заряда, а следовательно, и создаваемая солнечной батареей э. д. с. зависят от мощности поглощаемого света и тока, отдаваемого ею в нагрузку. Эта зависимость придает внешней характеристике элемента батареи своеобразный вид (рис. 14.11).

При относительно небольших мощностях светового потока, падающего на поверхность элемента, как э. д. с. холостого хода (/.х, так и ток короткого замыкания /.з растут с увеличением мощности. При

14.10. Конструкция элементов солнечной батареи:

/ - верхний токоотвод; 2 - слой р-крем-ння; 3 - р-га-переход; 4 - пластина п-кремния; 5 - нижний токоотвод -

достижении напряжением холостого хода величины 0,5-0,55 В его дальнейший рост прекращается, увеличение световой мощности приводит к возрастанию тока короткого замыкания.

Наибольшую мощность с элемента заберет та нагрузка, вольт-амперная характеристика которой (прямая линия на рис. 14.11) пройдет вблизи излома внешней характеристики элемента. Набрав соответ-


СВетобые

----Темнодая

Рис. 14.11..Внешняя характеристика элемента солнечной батареи


0,2 . 0,и 0,6 и,В

Рис. 14.12. Изменения внешней характеристики от температуры

ствующее число параллельно и-последовательно включенных элементов батареи, можно добиться, что заданная нагрузка станет близка к оптимальной для этой батареи. Однако условие согласования нагрузки и генератора будет выполняться лишь при определенной освещенности и определенной температуре.

Влияние температуры на -внешнюю характеристику элемента солнечной батареи приводит (рис. 14.12) к изменению как напряжения холостого хода, так и тока корот-

кого замыкания.. Поэтому каждой =:=е^==, температуре элемента должна соответствовать своя оптимальная нагрузка.

Из-за этих особенностей солнечных батарей при изменяющихся условиях эксплуатации не удается передавать в . заданную нагрузку

всю электрическую энергию, которую может она выработать. В среднем используется около 60% энергии.

Выпускаемые нашей промышленностью элементы кремниевых солнечных батарей при излучении с плотностью 1 кВт/м^ создают ток короткого замыкания с плотностью 20-25 мА/см, а напряжение холостого хода 0,5-0,55 В. На оптимальной для температуры 25° С нагрузке этот элемент создает напряжение 0,35-0,4 В, отдает в нее с одного квадратного сантиметра ток 15-20 мА.


Рис. 14.13. Схема конструкции солнечной батареи



Элементы солнечных батарей выпускаются круглой, прямоугольной н шестиугольной формы (рис. 14.13). Для съема тока по контуру элемента наносится металлическая пленка и полоски на освещаемой поверхности, а нижняя неосвещаемая поверхность металлизируется полностью. Прямоугольная и шестигранные пластины обеспечивают простое объединение их в батарею.

Коэффициент полезного действия солнечных батарей невысок, составляет 5-8%. Связано это с тем, что не вся-поверхность батареи является светочувствительной. Заметную часть поверхности батареи занимают токоотводящие и крепежные соединения. Кроме того, не вся энергия солнечного света поглощается, а поглощенная энергия не вся создает пары электрон - дырка.

От поверхности солнечной батареи, дал<е при покрытии ее умень-. шающими отражение специальными пленками, отражается 8-15% энергии. Длинноволновая часть солнечного излучения, на долю которого приходится около 20% энергии, при поглощении только разогревает батарею, а не освобождает носители заряда. Помимо этих чисто оптических потерь, в солнечной батарее часть тока теряется в результате рекомбинации носителей заряда в кристалле и на его иоверхности, а часть напряжения - на преодоление сопротивлений кристалла и токоотводящих пленок. Таким образом, всего 20-23% падающей на светочувствительную поверхность энергии света создают пары электрон - дырка, а с учетом остальных потерь к. п. д. солнечной батареи становится меньшим 10%. Однако и при таком к. п. д. использование солнечных батарей сулит большие выгоды.

Эффективность солнечных батарей повышается при комбинировании ее с зеркалом. Однако сильный разогрев батареи мешает полностью реализовать выгоды от такой комбинации.

Серьезным недостатком солнечных батарей является их чувствительность к радиации. При облучении солнечной батареи потоком проникающей радиации резко сокращается время жизни носителей заряда, что приводит к уме^1ьшению еевыходного тока.

Удельные характеристики моиг.ности комбинированной системы питания солнечная батарея - никель-кадмиевый аккумулятор колеблются 1,1 - 2,2 Вт/кг. Это значительно хуже, чем обеспечивают химические источники тока. Однако большой срок службы такой системы заставляет предпочитать ее во многих.случаях.

ЛИТЕРАТУРА

Б б о п о л ь с к и й и. и. и др. Проектирование источников электропитания радиоустройств, - М.: Энергия, 1967.

2. Источники электропитания на полупроводниковых .приборах / Под ред Д о д и к а С. Д. и Г а ль п е р и н а Е. И. - М.: Советское радио, 1969.

3. К и т а е в В. Е, Электротехнические устройства радиосистем, - М,: Энергия, 1971,

4. М а 3 е л ь К, Б, Теория и расчет выпрямителя, работающего на емкость с учетом индуктивности рассеяния трансформатора. - М,: Госэнергоиздат, 1957

5. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам / Под ред. Горюнова Н. Н, - М,: Энергия, 1972,

6. В е кс л е р Г. С. Электропитание спецаппаратуры, - Киев:, Вищашкола 1975,

7. Р о м а н о в В. В., X а ш е в Ю. М. Химические источники тока. - М Советское радио, 1968.

8. ТерентьевБ. П, Электропитание радиоустройств, - М.: Связьиздат,

1 УтО,

9. КитаевВ. Е Бокуняев А, А. Проектирование источников электропитания устройств связи. - М,: Связь, 1972.

10. Р о м а ш Э, М, Транзисторные преобразователи в устройствах питания радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Энергия, 1975,

11, М а м о н к и н И. Г. Усилительные устройства. - М.: Связь, 1977.



ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие.................................. . 3

Введение........;............................. 4

Глава I. Трансформаторы и^дроссели...................... 5

§ 1.1. Основные сведения........................... 5

§ 1.2. Потери в сердечнике......................... И

§ 1.3. Векторная диаграмма и схема замещения катушки с ферромагнитным сердечником........................... 14

§ 1.4. Расчет катушек с неоднородным сердечником........... 17

§ 1.5. Трансформаторы........................... 17

§ 1.6. Расчет трансформатора....................... . 24

Глава П. Магнитные усилители..........................-26

§ 2.1. Общие сведения. Принцип действия................ 26

§ 2.2. Основные показатели идеального магнитного усилителя в режиме

свободного намагничивания..................... 28

§ 2.3. Обратная связь в магнитных усилителях............. 36

§ 2.4. Двухтактные схемы магнитных усилителей............ 38

Глава III. Электрические машины постоянного тока.............. 39

§ 3,1. Устройство машин постоянного тока...........j . . . . 39

§ 3.2. . Характеристики генераторов постоянного тока.......... 46

§ 3.3. Основные характеристики двигателей постоянного тока..... 48

§ 3.4. Основные области применения машин постоянного тока..... 48

Глава IV. Электрические машины переменного тока.............. 49

§ 4.1. Устройство машин переменного тока................ 49

§ 4.2. Основные характеристики трехфазной асинхронной машины ... 55

§ 4.3. Однофазный асинхронный двигатель................ 59

§ 4.4. Асинхронные исполнительные двигатели и тахогенераторы .... 60

§ 4.5. Сельсины............................... 67

Глава V. Основные характеристики источников питания радиоустройств и

схемы их построения.......................... 69

§ 5.1. Схемы построения источников питания радиоустройств ....... 69

§ 5.2. Характеристики источника питания и его отдельных каскадов 74

Глава VI. Выпрямители и фильтры........................ 79

§ 6.1. Схема электрического выпрямителя и его показатели....... 79

§ 6.2. Выпрямитель гармонического напряжения при нагрузке, начинающейся с индуктивности..................... 85

§ 6.3. Выпрямитель гармонического напряжения при нагрузке, начинающейся с емкости......................... 94

§ 6.4. Определение токов в обмотках трансформатора выпрямительных

схем. Вынужденное подмагничивание................102

§ 6.5. Схемы выпрямителей.........................106

§ б.б. Однофазные схемы выпрямителей...................107

§6.7. Двухфазные схемы выпрямителей..................112

§ 6.8. Трехфазные схемы выпрямителей..................И5

§ §

Глава

§ § § § §

§

§

§

§

Глава

§ §

Глава

§ § § § § §

Глава

§ § § § § § § § §

Глава

§ §

§

§ § §

Глава

§ § §

6.9. Неуправляемые полупроводниковые выпрямительные диоды (вентили) .................................. 121

6.10. Сглаживающие фильтры...................... . 122

6.11. Переходные процессы в фильтрах.................. 126

6.12. Выбор характера нагрузки двухфазного выпрямителя...... 129

6.13. Примеры расчета выпрямителей..............\ . . . . 131

VII. Регулируемый выпрямитель. Выпрямители напряжения прямоугольной формы........................... 134

7.1. Основная схема тиристорного регулируемого выпрямителя ... 134

7.2. Схема выпрямителя с обратным диодом.............. 140

7.3. Мостовые схемы с тиристорами............-....... 142

7.4. Схема регулируемого выпрямителя с вольтдобавкой........ 143

7.5. Включение тиристоров в цепь выпрямленного тока и в первичную обмотку трансформатора ....................... 146

7.6. Выпрямитель переменного напряжения прямоугольной формы

с нагрузкой, начинающейся с индуктивности ........... 147

7.7. Выпрямитель переменного напряжения прямоугольной формы

с нагрузкой, начинающейся с емкости............. . . . 152

7.8. Коммутационные процессы в выпрямителях напряжения прямоугольной формы............................ 155

7.9. Пример расчета..................... ....... 165

VHI. Основные схемы построения стабилизаторов постоянного напряжения......................... . ....... 166

8.1. Принципы работы линейных стабилизаторов............ 166

8.2. Принципы работы импульсных стабилизаторов.......... 172

IX. Стабилизаторы на стабилитронах . , , . ;............. 175

9.1. Полупроводниковые стабилитроны................. 175

9.2. Эквивалентная схема стабилитрона ................. 177

9.3. Показатели схемы стабилизации на стабилитроне ........ 180

9.4. Графический расчет режима стабилитрона............. 182

9.5. Схемы стабилизации-на стабилитронах............... 184

9.6. Достижимый коэффициент нестабильности схем на стабилитронах 187

X. Линейные стабилизаторы с обратной связью...........; 188

10.1. Определение режимов работы транзисторов............ 188

10.2. Эквивалентные схемы транзисторов................. 191

10.3. Расчет дифференциальных показателей линейных стабилизаторов 198

10.4. Схемы силовых цепей линейных стабилизаторов........... 206

10.5. Схемы усилителей и цепей сравнения линейных стабилизаторов 208

10.6. Переходные процессы в схемах стабилизаторов.......... 213

10.7. Транзисторные фильтры........................ 216

10.8. Стабилизаторы тока с усилителями................. 218

10.9. Пример расчета линейного стабилизатора......... , . 220

XI. Стабилизаторы, работающие в ключевом режиме.......... 221

11.1. Работа транзистора в ключевом режиме .............. 221

11.2. Силовая цепь импульсного стабилизатора с последовательным включением дросселя......................... 227

11.3. Силовая цепь импульсного стабилизатора с параллельным включением дросселя............................ 232

11.4. Особенности силовой цепи импульсных стабилизаторов...... 234

11.5. Схема и показатели двухпозиционного стабилизатора напряжения 237

11.6. Схемы цепей управления и показатели стабилизаторов с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ)................... 238

XII. Стабилизаторы переменного напряжения.............. 241

12.1. Основные особенности стабилизаторов............... 241

12.2. Простейшие стабилизаторы ............ 244

12.3. Стабилизаторы с обратной связью............ 246



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 [ 50 ] 51

© ООО "Карат-Авто", 2001 – 2018
Разработчик – Евгений Андрианов