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2-5(a)设υ为正半周时,A端电位高于B端(即A端为正,B端为负),2二极管V和V导通,V和V截止,电流i自A端流过V、R、V到B端,132411L3它是自上而下流过R。如图2-5(b)所示,当υ为负半周时,B端电压高于A端L2(即B端为正,A端为负),二极管V和V导通,V和V截止,电流i自B24132端流过V,也是自上而下的通过R,经V到A端。这样,在υ整个周期内,2L42都有方向不变的电流通过R,且i和i叠加形成I流电路属于全波整流类型,称L12为桥式单相全波整流电路。:..图2-5桥式整流电路工作过程(a)u为正半周时的电流方向(b)u为负半周时的电流方向22顺便指出:在很多场合****惯上把变压器中心抽头式全波整流电路简称为全波整流电路:而把桥式单相全波整流电路简称为桥式整流电路,实质上它们是结构形式不同但都属于全波整流的电路。1、负载上和整流二极管上的电压和电流由以上的讨论可知,桥式全波整流电路和变压器中心抽头式全波蒸馏电路在负载R上得到的都是全波脉动直流L电,波形是一样的,所以负载上电压和电流计算公式是一样的,即V==,每个二极管在电源电压变化一周内只有半个周期导通,因此,每个二极管的平均电流值是负载电流的一半,即I=。即2V=,所使用的整流二极管:..因而获得广泛的应用。整流元件的组合件称为整流队,常见的有半桥2CQ型整流堆和全桥QL型整流堆,它们的内部电路及外形,使用一个全桥整流堆或连接两个半桥整流堆,就可以代替四只整流二极管与电源变压器相连,组成桥式整流电路,既方便又可靠。选用时仍应注意它们的额定工作电流值和允许的最高反向电压值要符合整流电路的要求。(1)变压器的用途变压器是将某一数值的交流电压变换为统一频率另一数值的交流电压的电气设备,在工程上有着广泛地应用。在电力输送方面,为了减小输电损失,采用升压变压器将发电机发出的电压升高到35kV以上,在用电目的地又通过降压变压器将高压降为供用户使用的低电压。在整个输配电过程中变压器是关键设备。在电子仪器中,采用电源变压器将220V电压变为合适的低电压给电路供电,起到了电压配合和隔离作用;在电路中采用耦合变压器来进行信号的传递等。在其他方面,有实验用调压器;有用于交流测量的电压和电流互感器;有用于电焊、电炉及整流用的专用变压器等。电子变压器在电源中的作用:电子变压器和半导体开关器件,半导体整流器件,电容器一起,称为电源装置中的4大主要元器件。根据在电源装置中的作用,电子变压器可以分为:1、电压和功率变换作用的电源变压器,功率变压器,整流变压器,逆变变压器,开关变压器,脉冲功率变压器;2、起传递宽带、声频、中周功率和信号作用的宽带变压器,声频变压器,中周变压器;3、起传递脉冲、驱动和触发信号作用的脉冲变压器,驱动变压器,触发变压器;4、起原边和副边绝缘隔离作用的隔离变压器,起屏蔽作用的屏蔽变压器;5、起单相变三相或三相变单相作用的相数变换变压器,起改变输出相位作:..(移相器);6、起改变输出频率作用的倍频或分频变压器;7、起改变输出阻抗与负载阻抗相匹配作用的匹配变压器;8、起稳定输出电压或电流作用的稳压变压器(包括恒压变压器)或稳流变压器,起调节输出电压作用的调压变压器;9、起交流和直流滤波作用的滤波电感器;10、起抑制电磁干扰作用的电磁干扰滤波电感器,起抑制噪声作用的噪声滤波电感器;11、起吸收浪涌电流作用的吸收电感器,起减缓电流变化速率的缓冲电感器;12、起储能作用的储能电感器,起帮助半导体开关换向作用的换向电感器;13、起开关作用的磁性开关电感器和变压器;14、起调节电感作用的可控电感器和饱和电感器;15、起变换电压、电流或脉冲检测信号的电压互感器、电流互感器、脉冲互感器、直流互感器、零磁通互感器、弱电互感器、零序电流互感器、霍尔电流电压检测器。(2)变压器的基本结构变压器虽然种类很多,用途各不相同,但其基本结构都是由铁心和套装在铁心上的绕组组成。为了减小涡流及磁滞损耗,变压器的铁心是用表面涂有绝缘层、-。根据铁心的结构不同,分为心式和壳式两种,绕组绕在两侧的铁心柱上,多用于容量较大的变压器中。它的高压、低压绕组都绕在中间的铁心柱上,常用于小容量的变压器中。绕组构成变压器的电路部分,一般小容量变压器的绕组是用高强度漆包线绕制,大容量变压器可用扁铜线或扁铝线绕制。()单相变压器的工作原理图2-6为单相变压器原理图。通常把与电源相连接的绕组称为一次绕组,与负载相连接的绕组称为二次绕组。为讨论方便,一般规定:凡与一次绕组有关的各量都在其下角标以“1,而与二次绕组有关的各量都在下角标以“2”,例如,一次、二次电压、电流分别用U、U、I、I表示,匝数分别用N、N表示。121212+:..Z1-+-+-2-6变压器工作原理(4)变压原理当变压器的一次绕组接入交流电压u时,在一次绕组中便有交流电流流过,1并产生交流磁通。该磁通的绝大部分通过铁心同时穿过一次、二次绕组,称为主磁通;在一次绕组产生的交流磁通中,还有很少一部分通过周围空气闭合,称为漏磁通。通常漏磁通很少,为讨论问题方便而把它忽略不计。当主磁通同时穿过一次、二次绕组时,就在两个绕组中分别产生与电源频率相同的感应电动势e和e。设一次、二次绕组匝数分别为N、N,则由法拉第1212电磁感应定律可知,一次、二次绕组上感应电动势的数学表达式为e=-N(d/dt)11e=-N(dφ/dt)22设φ=φsin代入上式计算得mwte=—Nφcos1w1mwt=2πfN1φsin(wt-900)m=Esin(wt-90)1m式中,E=2πfNΦm是一次绕组感应电动势的最大值,其有效值为1m1E=(1/)fNΦ=(2-1)11m1m同理,二次绕组感应电动势的有效值为E=(2-2)22m当忽略一次、二次绕组的直流电阻和漏电磁通时,有U=E,U=E,将式(2-1)1122和式(2-2)取比值U/U=E/E=N/N=K(2-3)121212式中,K—变压器的变化,即变压器一次、二次绕组的匝数之比。上式表明,变压器一次、二次侧的电压之比等于匝数之比。当K>1时,U>U,为降压变压器;当K<1时,U<U,为升压变压器。1212由于U1=E1=,因此在使用变压器时必须注意:U过高,f过低,1:..N过大,使变压器中用来产生磁通的励磁电流大大增加而烧坏1m变压器。1、变压原理由以上分析可知,变压器从电网上吸收能量并通过电磁感应,以另一个电压等级把电能输送给负载。在这个过程中,变压器只起到能量的传递作用。根据能量守恒定率,在忽略了损耗的情况下,变压器输入、输出的视在功率相等,即UI=UI1122I/I=U/U=1/K(2-5)1221式(2-5)表明,变压器在改变电压的同时,电流也随之成反比例地变化,且一次、二次电流之比等于匝数之反比,即变压器具有变流功能。变换阻抗原理变压器除能变压和变流,还能变换阻抗,这在电信工程中有着广泛的应用。阻抗变换原理如图2-7所示,图中Z为负载阻抗,其端电压为U,流过的电L2流为I,变压器变比为K,则2Z=U/IL22变压器一次绕组中的电压和电流分别为U=KU,I=I/K1212从变压器输入端看进去,等效的输入阻抗Z′为图2-7阻抗变换原理LZ′=U/I=K2(U/I)=K2ZL1122L式(2-6)表明,负载阻抗Z反映到一次侧的等效输入阻抗Z,其值为Z的KLLL2倍,因此,只需改变变压器的匝数比,就可把负载阻抗变换为所需的数值。变压器的同名端及绕组的正确连接:..2-8多绕组变压器当变压器有多个一次绕组或二次绕组,在使用时又需要将一次绕组或二次绕组串联或并联时,就需要知道变压器的同名端(同极性端)。如果连接错误,不但得不到所需的电压值,严重时还会将变压器烧坏。变压器的同名端变压器的同名端是这样定义的;当给变压器的一次绕组(或二次各绕组)通以电流时,它们在磁路中产生的磁通方向如果相同,则称各绕组电流的流入端为同名端,用“.”表示,如图2-8所示。其中,A、B为变压器的一次绕组,当电流从1和3端流进时,两绕组产生的磁通方向相同,即1和3端为两绕组的同名端。同理,2、4端也是同名端。C、D为变压器的二次绕组,当电流从5和7端流进时,两绕组产生的磁通方向相同,即5和7端为二次绕组的同名端。变压器的正确连接当绕组变压器需要进行绕组的串联或并联时,,一变压器的一次侧有两个绕组,每个绕组的工作额定电压为110V,如将变压器接入220V交流电源,则绕组需串联连接,正确的连接方法,如图2-9(a)所示。如将变压器接入110V交流电源,则绕组需并联连接,正确的连接方法,如图2-9(b)所示。如果同名端接错,则两个绕组产生的磁通方向相反,相互抵消,使穿过俩绕组的磁通为零,两绕组产生的自感器电动势则为零,绕组中的电流将变得很大,将导致两绕组烧毁。:..)两个绕组相并联图2-9变压器绕组的正确连接变压器的二次绕组在链接时,如果将两个二次绕组的异名端6、7两端相连,由5、8两端输出电压,则输出电压为CD两个绕组的输出电压之和;如将两绕组的同名端57两端响亮,由8两端输出电压,则输出电压为CD两绕组的输出电压之差。即变压器的二次绕组可以通过不同的组合方式得到不同的电压值。变压器在电子电路中应用时,有时需要考虑绕组的同名端,以判别电路是正:..反馈还是负反馈。(5)单相变压器的运行特对于负载而言,变压器相当于一个电源,要求其供电电压相对稳定;而对于电网而言,变压器起电能传递作用,要求在传递过程中本身损耗校,效率高。因此,一般用来表示变压器运行特性的指标有两个:一是变压器的电压变化率,二是变压器的效率。一、变压器的外特性及电压变化率当电源电压和负载的功率因数为定值时,变压器二次侧的端电压U2与二次侧的电流I2之间的关系称为变压器的外特性,即U=f(I),如图2-10所示。22图2-10变压器的外特性从图2-10中可以看出,变压器的外特性与负载的大小和性质有关。随着负载的增大,对于纯电阻性负载,端电压下降较少;对于感性负载,端电压下降较大;对于溶性负载,则端电压有所上升。变压器二次侧输出电压随负载而变化的程度用电压变化率δ来表示。所谓电压变化率,是指负载的功率因数一定,依次侧加额定电压,二次侧空载和负载时的电压之差的相对值,即δ=(U-U)/UΧ100%20220式中,U——二次侧空载时的电压;20U——二次侧负载时的电压2δ——电压变化率电压变化率表示了变压器运行时输出电压的稳定性,是变压器的主要性能指标之一。电力变压器在额定运行时,一般要求δ<5%二、变压器的损耗与效率变压器从电源得到的有功率P不会全部转为输出功率P,因传输过程中有12:..能量损耗。变压器存在两种损耗:一种是电流流过一次二次绕组上的电阻时产生的损耗,称为铜损耗ΔP;另一种是交变磁通在铁心中所产生的磁滞损耗和涡Cu流损耗,合称为铁损耗ΔP。这些损耗均变为热量使变压器的温度升高。根据Fe能量守恒定律有P=P+ΔP+ΔP12CuFe变压器的效率为η=P/PΧ100%=P/(P+ΔP+ΔP)Χ100%2122CuFe随低损耗材料的使用和变压器结构设计的日趋合理,电力变压器的效率逐渐提高,目前可达95%以上。(6)其他用途变压器及变压器的应用1自耦变压器普通变压器一般指双绕组变压器,其一次二次绕组在电路上是互相分开的。而自耦变压器是一种单绕组变压器,其中一次绕组的部分线圈兼作二次绕组。因此,自耦变压器的一次二次绕组之间不仅有磁的耦合,在电路上还互相连通,如图2-11所示。图2-11自耦变压器与普通变压器一样,当一次绕组接上交流电压U后,铁心中产生交流磁通,1在N和N上的感应电动势分别为12E===E/E=N/N=U/U=I/I12121221可见,适当选择匝数N就可以在二次侧电路中获得所需要电压U。若将二次22:..绕组接通电源,则自耦变压器可作为升压变压器使用。自耦变压器的优点是:结构简单,节省铜线,效率比普通变压器高。其缺点是:由于高低压绕组在电路上是相通的对使用者构成潜在的危险,~2。自耦调压器常在实验室中使用。注意在使用前必须把手柄转到零位,使输出电压为零,以后再慢慢顺时针转动手柄使输出电压逐步上升。按照电器安全操作规程,自耦变压器不能作为安全变压器使用,因为线路万一按错将可能发生触电事故,因此规定:安全变压器一定要采用一次绕组和二次绕组互相分开的双绕组变压器。2变压器的正确使用变压器在工作中如果使用不当,往往会造成变压器的损坏。正确使用变压器的依据是工作时尽量使变压器工作在额定状态,由其不能时间过载。变压器的主要额定值有:1、一次额定电压U1N是指在设计时根据变压器的绝缘强度和容许发热而规定在一次绕组上应加的电压值,在三相变压器中是指线电压。2、二次侧额定电压U2N是指当变压器空载而一次绕组的电压为额定值时的二次绕组两端的电压值,在三相变压器中也是指线电压。3、一次侧额定电流I1N是指在设计时根据变压器的容许发热而规定在一次绕组中长期容许通过的最大电流值,在三相变压器中是指线电流值。4、二次侧额定电流I2N是指在设计时根据变压器的容许发热而规定在二次绕组中长期容许通过的最大电流值,在三相变压器中是指线电流值。5、容量SN变压器的容量用视在功率表示,单相变压器的容量为二次侧的额定电压与额定电流的乘积,,即S=UI/1000N2N2N:..三相变压器的容量S=.3滤波器的工作原理分析(1)滤波器的功能滤波器的功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过,而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制,它实质上是一个选频电路。滤波器中,把信号能够通过的频率范围,称为通频带或通带;反之,信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带;通带和阻带之间的分界频率称为截止