Москатов Е.А. Источники питания (2011) (1096749), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Некоторые нагрузки источников питания могут потреблять не постоянный, а переменный ток. В этом случае дополнительно важно знать частоту переменного тока и скважность. Схважностпью в общем случае называют отношение периода повторения последовательности импульсов к сумме длительностей всех импульсов в течение периода. Величину, обратную скважности, называют коэффициентом заполнения импульсов. Рассмотрим формулу для нахождения скважности для случая, если длительности всех импульсов в течение периода одинаковы: ~ = Тн / (1и пи), где 1, — скважность; Ти — величина периода, с; 1и — длительность одного импульса, с; пи — число импульсов в течение периода. Если в течение периода имеется лишь один импульс, то формула приобретает следующий вид: ~ =Ти/1и.
При этом, если имеем один прямоугольный импульс, н он занимает ровно половину периода, то скважность равна 2, и такую импульсную последовательность называют меандром. Ток через нагрузку течет в течение строго половины периода. Если число импульсов в течение периода более одного, то импульсная последовательность меандром быть не может. В двухтактных импульсных источниках питания с ШИМ или ЧИМ и полумостовыми, мостовыми или рцз1т-рцй преобразователями имеем последовательность прямоугольных импульсов с паузой на нуле, называемой "деад 1ппе". При этом в течение периода имеем два разнополярных импульса.
Формула скважности имеет вид: ~ =Ти/(1н 2). Если пауза на нуле отсутствует, то через ключевые транзисторы протекает сквозной ток, а скважность равна 1. При этом ток через нагрузку в течение длительности периода протекает постоянно. Скважность меньше 1 быть не может. Синусоидапьная форма напряжения или форма типа меандра недопустимы при ШИ или ЧИ регулировании в высокочастотных полумостовых, мостовых или ризйрцй преобразователях, работающих в нерезонансном режиме.
В течение периода к первичной обмотке импульсного трансформатора должны быть приложены два разнополярных импульса прямоугольной формы. О затронутых в этой теме источниках питания будет сказано позже. 16 Общее представление об источниках питания 1.4. Знакомство с первичными источниками питания 1.4.1. Электрохимические гальванические элементы и батареи Гальванический элемент — это неподзаряжаемый химический источник электроэнергии, в котором энергия окислительно-восстановительной реакции преобразовывается в электрическую. Для увеличения выходного напряжения гальванические элементы объединяют в батареи, состоящие не менее чем из двух электрохимических элементов питания, заключенных в едином корпусе, поэтому называть элемент питания "батарейкой" — ошибочно.
Всякий гальванический элемент или батарею элементов характеризует электроемкость, выраженная в ампер-часах, которая равна произведению длительности разряда на ток разряда. Электроемкость зависит от температуры окружающей среды: при уменьшении температуры электроемкость падает [64, с.
282]. Наиболее распространены марганцово-цинковые гальванические элементы и батареи с солевым электролитом, марганцово-цинковые элементы со щелочным электролитом и ртутно-цинковые элементы. Конструкция гальванических элементов обычно или галетная, или имеет форму стакана. Простейший солевой марганцово-цинковый элемент имеет тонкостенный цинковый корпус, выполняющий функцию отрицательного электрода. Внутри корпуса расположен угольный вывод положительного электрода, к которому присоединяют металлический наконечник для удобства токосъема. Объем между электродами заполняют электролитом из хлористого аммиака или раствора нашатыря с наполнителем из муки, сулемы или крахмала и деполяризатором из перекиси или двуокиси марганца.
Ток через электроды обеспечен упорядоченным движением электронов, а внутри гальванического элемента — переносом ионов в результате химической реакции цинкового стакана с электролитом. В результате реакции выделяется водород, который связывает перекись марганца [!79, с. 252]. ЭДС обычного солевого марганцово-цинкового элемента в начале разряда достигает 1,4..1,6 В [6, с. 269]. 1.4.2. Топливные элементы Принцип действия топливных элементов основан на химической реакции окислителя и топлива, в результате которой непосредственным путем получают электроэнергию [179, с.
263]. Подобную реакцию можно наблюдать при сгорании топлива в специальных печах, однако в топливных элементах окислительно-восстановительная реакция не сопровождается выделением дыма и пламени. Реагенты, в качестве которых часто используют водород и кислород, с заданной скоростью подают от специальных насосов к электродам, погруженным в электролит из раствора едкого кали [64, с. 294]. Электроды, которые обычно изготовляют из никеля, в реакции не участвуют, и поэтому они не требуют постоянных замен [64, с. 295]. На отрицательном электроде, к которому подают восстанавливаемый водород, образуются электроны. Вокруг положительного электрода, к которому подводят окисляемый кислород, возникают ионы.
Уравнение химической реакции можно записать в следующем виде [6, с. 281]: 2Нг+ Ог = 2НгО+ Рр, где Рр — тепло, выделяемое в процессе реакции. Катализатором реакции может служить серебро, никель или рений [6, с. 281]. 1.4. Знакомство с первичными источниками питания 17 Реакция протекает до тех пор, пока к электродам подводят реагенты, вырабатывающие разность потенциалов между электродами 1..2 В. Течение в электролите ионов компенсирует протекание электрического тока через нагрузку, вызванного движением электронов. Если прекратить подачу окислителя и восстановителя, реакция будет прервана. Наиболее распространены топливные элементы конструкций Давтяна, Юсти, Бишофа, Бэкона и некоторых других, о которых можно прочитать в книге [179, с.
265]. Достоинства топливных элементов: высокий КПД, в отдельных случаях достигаюший 75'Ъ, и, следовательно, высокая экономичность; отсутствие выделения огня и отработанных газов [6, с. 282]. Кроме того, топливные элементы могут выдержать довольно длительные перегрузки по току. 1.4.3. Биохимические элементы Биохимические элементы — это разновидность топливных источников питания [179, с.
267]. Различие между ними заключается в способе преобразования вещества для получения энергии. Химическую реакцию в биохимических элементах обеспечивают ферменты, жирные кислоты, бактерии, простейшие организмы и прочие органические структуры. При этом преобразование неэлектрической энергии в электрическую в процессе химической реакции может быть непосредственным или косвенным. Биохимические элементы непосредственного преобразования наиболее совершенны, так как у них минимальны затраты перерабатываемого сырья [179, с.
267]. В биохимических элементах косвенного преобразования органическое сырье выделяет такие вещества, из которых в процессе окислительно-восстановительной реакции получают электрическую энергию. Биохимические элементы могут быль использованы для получения электроэнергии в космических аппаратах, в которых по определенным причинам не развертывают солнечные батареи, например: при выполнении задач на теневой стороне планеты или спутника. В таком применении биохимические элементы конкурентоспособны с атомными батареями при отдаваемой мощности примерно до 400 Вт. 1.4.4.
Термоэлектрические генераторы Известно, что чем выше температура кристалла полупроводника, тем выше в нем концентрация носителей заряда, т.е, возрастает количество дырок и электронов. При температуре выше абсолютного нуля на границе полупроводников р-типа и п-типа проводимости возникает термо-ЭДС в случае, если область р-типа имеет более высокую температуру, нежели чем область п-типа, вследствие термодиффузии носителей зарядов [64, с. 296]. Если полупроводник обладает электронным типом проводимости, то его участок, обладающий наименьшей температурой, будет насыщен электронами, а наименее нагретый участок будет содержать повышенную концентрацию дырок.
Область р-типа будет обладать отрицательным зарядом, а область и-типа станет положительно заряженной [6, с. 283]. Если нагреть участок электронно-дырочного перехода, а к областям термопары проводимостей р-типа и и-типа прикрепить выводы и подключить к ним нагрузку, то через нее потечет ток. На этом принципе действия зиждется работа полупроводниковых термоэлектрических генераторов. Локальный нагрев может быть осуществлен от распада ядерного топлива, от солнечных лучей, от окислительно- 18 Общее представление об источниках питания восстановительной реакции горючих газов и жидкостей.
КПД наиболее мощных полупроводниковых термоэлектрических генераторов может достигать 1О;4, а удельная мощность может составлять до 25 Вт/кг !6, с. 284]. Самые мощные разработанные полупроводниковые термоэлектрические генераторы обладают выходной мошностью до десятков киловатт !64, с. 296].
К достоинствам полупроводниковых термоэлектрических генераторов относят низкую стоимость, высокую надежность и длительный срок эксплуатации. 1.4.6. Термоэлектронные генераторы Принцип действия термоэлектронных, или, говоря иначе, плазменных генераторов основан на явлении термоэлектронной эмиссии с поверхностей разогретых катодов, выполненных из металлов, в газе или в вакууме. Обычно нагрев получают в результате распада ядерного топлива, в качестве которого можно использовать окись урана !30ь Подобно электронным лампам, в термоэлектронных генераторах под действием ускоряющего поля анода к нему летят эмитированные с катода электроны и бомбардируют его. Если бы у анода была такая же температура, что и у катода, то первая же порция прилетевших к нему электронов стала бы последней 1179, с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
