Электропреобразовательные устройства РЭС
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Теоретическая радиотехника
Издательство:
Издательский Дом ФОРУМ
Автор:
Арсеньев Геннадий Николаевич
Год издания: 2019
Кол-во страниц: 544
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
Среднее профессиональное образование
ISBN: 978-5-8199-0806-8
ISBN-онлайн: 978-5-16-107062-8
Артикул: 683140.01.01
Изложены теоретические и практические вопросы построения, физических принципов функционирования, инженерных методов анализа и расчета электромашинных устройств постоянного тока, синхронных и асинхронных генераторов и двигателей, широко применяемых в радиоэлектронных комплексах; трансформаторных устройств различного назначения; датчиков и измерительных устройств. Рассмотрены принципы построения источников вторичного электропитания: выпрямителей, инверторов, конверторов, стабилизаторов с непрерывным и импульсным регулированием, импульсных источников электропитания. Даны общие теоретические сведения о методах расчета, показана методика применения методов расчета, входящих в программы подготовки специалистов по направлению «Радиотехника». Изложение принципов функционирования устройств сопровождается составлением статических и динамических математических моделей в виде передаточных функций, уравнений равновесия эквивалентных процессов в типовых электрических цепях.
Для студентов и курсантов электро- и радиотехнических специальностей средних и высших учебных заведений, а также может быть полезным для инженеров и технических специалистов, занимающихся анализом, синтезом и эксплуатацией электропреобразовательных устройств, обеспечивающих функционирование радиоэлектронных и радиотехнических средств.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- Профессиональная подготовка по профессиям рабочих и по должностям служащих
- 11.01.01: Монтажник радиоэлектронной аппаратуры и приборов
- 11.01.02: Радиомеханик
- 11.01.03: Радиооператор
- 11.01.04: Монтажник оборудования радио- и телефонной связи
- 11.01.05: Монтажник связи
- 11.01.06: Электромонтер оборудования электросвязи и проводного вещания
- 11.01.07: Электромонтер по ремонту линейно-кабельных сооружений телефонной связи и проводного вещания
- 11.01.08: Оператор почтовой связи
- 11.01.09: Оператор микроэлектронного производства
- 11.01.10: Оператор оборудования элионных процессов
- 11.01.11: Наладчик технологического оборудования (электронная техника)
- 11.01.12: Сборщик изделий электронной техники
- 11.01.13: Сборщик приборов вакуумной электроники
- Среднее профессиональное образование
- 11.02.03: Эксплуатация оборудования радиосвязи и электрорадионавигации судов
- 11.02.06: Техническая эксплуатация транспортного радиоэлектронного оборудования (по видам транспорта)
- 11.02.07: Радиотехнические информационные системы
- 11.02.09: Многоканальные телекоммуникационные системы
- 11.02.11: Сети связи и системы коммутации
- 11.02.12: Почтовая связь
- 11.02.13: Твердотельная электроника
- 11.02.14: Электронные приборы и устройства
- 11.02.15: Инфокоммуникационные сети и системы связи
- 11.02.16: Монтаж, техническое обслуживание и ремонт электронных приборов и устройств
- 11.02.17: Разработка электронных устройств и систем
- 11.02.18: Системы радиосвязи, мобильной связи и телерадиовещания
- 24.02.04: Радиотехнические комплексы и системы управления космических летательных аппаратов
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
ЭЛЕКТРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА РЭС Г.Н. Арсеньев 2-е издание, переработанное и дополненное Рекомендовано Учебно-методическим советом СПО в качестве учебника для студентов учебных заведений, реализующих программу среднего профессионального образования по специальностям УГС 11.02.00 «Электроника, радиотехника и системы связи» Регистрационный номер рецензии 390 от «13» мая 2009 г. ГУК МО РФ УЧЕБНИК Москва ИД «ФОРУМ» — ИНФРА-М 2019
УДК 621.314(075.32) ББК 31.261я723 А85 Арсеньев Г.Н. А85 Электропреобразовательные устройства РЭС : учебник / Г.Н. Арсеньев. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : ИД «ФОРУМ» : ИНФРА-М, 2019. — 544 с. — (Среднее профессиональное образование). ISBN 978-5-8199-0806-8 (ИД «ФОРУМ») ISBN 978-5-16-014016-2 (ИНФРА-М, print) ISBN 978-5-16-107062-8 (ИНФРА-М, online) Изложены теоретические и практические вопросы построения, физических принципов функционирования, инженерных методов анализа и расчета электромашинных устройств постоянного тока, синхронных и асинхронных генераторов и двигателей, широко применяемых в радиоэлектронных комплексах; трансформаторных устройств различного назначения; датчиков и измерительных устройств. Рассмотрены принципы построения источников вторичного электропитания: выпрямителей, инверторов, конверторов, стабилизаторов с непрерывным и импульсным регулированием, импульсных источников электропитания. Даны общие теоретические сведения о методах расчета, показана методика применения методов расчета, входящих в программы подготовки специалистов по направлению «Радиотехника». Изложение принципов функционирования устройств сопровождается составлением статических и динамических математических моделей в виде передаточных функций, уравнений равновесия эквивалентных процессов в типовых электрических цепях. Для студентов и курсантов электро- и радиотехнических специальностей средних и высших учебных заведений, а также может быть полезным для инженеров и технических специалистов, занимающихся анализом, синтезом и эксплуатацией электропреобразовательных устройств, обеспечивающих функционирование радиоэлектронных и радиотехнических средств. УДК 621.314(075.32) ББК 31.261я723 Р е ц е н з е н т ы: Лохин В.М. — доктор технических наук, профессор, заместитель заведующего кафедрой проблемы управления Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики — Российского технологического университета; Горячкин В.В. — доктор технических наук, профессор кафедры математики Московского военного института радиоэлектроники Космических войск ISBN 978-5-8199-0806-8 (ИД «ФОРУМ») ISBN 978-5-16-014016-2 (ИНФРА-М, print) ISBN 978-5-16-107062-8 (ИНФРА-М, online) © Арсеньев Г.Н., 2014 © ИД «ФОРУМ», 2014
ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие ..................................................................................................8 Часть 1. Электромашинные устройства постоянного тока .........11 Глава 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА ................11 1.1. Общие сведения и устройство электрических машин постоянного тока .....................................11 1.2. Реакция якоря ...............................................................................18 1.3. Генераторы постоянного тока и способы их возбуждения ..........21 1.4. Статические характеристики генераторов постоянного тока .....26 1.5. Динамические характеристики генератора постоянного тока с независимым возбуждением ......................................................29 1.6. Тахогенераторы постоянного тока ...............................................32 Глава 2. ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ — ЭМУ ..........................................37 2.1. Применение и устройство электромашинных усилителей мощности ...................................37 2.2. Принцип действия электромашинного усилителя мощности ....40 2.3. Статические характеристики и коэффициент усиления электромашинного усилителя ...........42 2.4. Динамические характеристики электромашинного усилителя мощности ....................................50 Глава 3. ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА ..........................................57 3.1. Классификация и область применения двигателей постоянного тока .......................................................57 3.2. Принцип действия и уравнения равновесия ЭДС двигателя постоянного тока .........................................................58 3.3. Уравнение равновесия моментов двигателя постоянного тока .........................................................60
Оглавление 3.4. Приведение моментов инерции к валу двигателя .......................61 3.5. Пуск в ход двигателей постоянного тока .....................................62 3.6. Рабочие характеристики двигателей постоянного тока ..............63 3.7. Механические и регулировочные характеристики исполнительных двигателей постоянного тока при якорном управлении ..............................................................67 3.8. Регулировочная характеристика двигателя постоянного тока при полюсном управлении ............72 3.9. Динамические характеристики исполнительного двигателя постоянного тока при якорном управлении ...............74 3.10. Магнитоэлектрические двигатели ...............................................83 3.11. Малоинерционные двигатели постоянного тока с печатной обмоткой на якоре [43]...............................................86 3.12. Вентильные двигатели постоянного тока ....................................90 Часть вторая. Трансформаторные электропреобразовательные устройства .................................. 106 Глава 4. ТРАНСФОРМАТОРЫ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ....... 106 4.1. Назначение и конструктивные элементы трансформаторов ....106 4.2. Основные термины и определения [114] ............................ 109 4.3. Трансформаторы питания ..........................................................113 4.4. Трансформаторы согласующие ..................................................121 4.5. Работа трансформатора в режиме холостого хода .....................130 4.6. Работа трансформатора в режиме короткого замыкания .........136 4.7. Полная и упрощенная схемы замещения и векторная диаграмма трансформатора, работающего под нагрузкой .......................................................139 4.8. Автотрансформаторы ..................................................................141 4.9. Измерительные трансформаторы ..............................................143 Глава 5. ТРЕХФАЗНЫЕ СИСТЕМЫ И ТРАНСФОРМАТОРЫ ............... 146 5.1. Общие положения о трехфазных системах ................................146 5.2. Трехфазные системы, соединенные звездой ..............................149 5.3. Трехфазные системы, соединенные треугольником .................153 5.4. Мощность трехфазной системы .................................................154 5.5. Трехфазные трансформаторы .....................................................156 Глава 6. МАГНИТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ..................................................... 158 6.1. Общие сведения ..........................................................................158 6.2. Устройство и принцип действия магнитного усилителя ...........159 6.3. Конструкции магнитных усилителей .........................................164
Оглавление 6.4. Трансформаторный магнитный усилитель ................................167 6.5. Коэффициент усиления магнитного усилителя ........................168 6.6. Методы повышения коэффициента усиления магнитного усилителя .................................................................173 6.7. Коэффициент усиления магнитного усилителя с обратной связью .......................................................................174 6.8. Магнитные усилители с внутренней обратной связью .............178 6.9. Динамические свойства магнитных усилителей .......................180 6.10. Методы уменьшения постоянной времени магнитного усилителя .................................................................182 6.11. Реверсивные (двухтактные) магнитные усилители ...................185 Часть третья. Электропреобразовательные устройства переменного тока.................................................. 191 Глава 7. СИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ................................................. 191 7.1. Общие сведения и устройство синхронных машин ..................191 7.2. Электродвижущая сила обмотки синхронного генератора .......193 7.3. Реакция якоря синхронного генератора ....................................195 7.4. Параллельная работа синхронных генераторов ........................199 7.5. Генераторы повышенной частоты ..............................................206 7.6. Синхронные тахогенераторы .....................................................210 Глава 8. СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ ................................................... 212 8.1. Синхронные двигатели и их характеристики ............................212 8.2. Электромагнитная мощность и вращающий момент синхронных двигателей ..............................................................215 8.3. Асинхронный пуск синхронных двигателей ..............................216 8.4. Синхронные двигатели для систем автоматики .........................217 Глава 9. ТРЕХФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ ........................ 230 9.1. Принцип действия асинхронных двигателей ............................230 9.2. Устройство асинхронного двигателя ..........................................231 9.3. Физические явления, происходящие в асинхронном двигателе при вращающемся роторе ................233 9.4. Схема замещения асинхронного двигателя ...............................236 9.5. Электромагнитный вращающий момент асинхронного двигателя .............................................................237 9.6. Пуск в ход асинхронных двигателей ..........................................241 9.7. Регулирование скорости вращения трехфазных асинхронных двигателей ............................................................242
Оглавление Глава 10. ОДНОФАЗНЫЕ И ДВУХФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ ................................................. 244 10.1. Однофазные двигатели ...............................................................244 10.2. Двухфазные асинхронные двигатели .........................................247 10.3. Динамические характеристики двухфазного исполнительного асинхронного двигателя .............................................................255 10.4. Асинхронные тахогенераторы ....................................................262 10.5. Гироскопические и моментные асинхронные двигатели ..........266 10.6. Линейные асинхронные двигатели ............................................269 Глава 11. ЭЛЕКТРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА СИСТЕМ СИНХРОННОЙ СВЯЗИ ............................................ 272 11.1. Сельсины и режимы работы .......................................................272 11.2. Вращающиеся (поворотные) трансформаторы .........................303 Часть четвертая. Источники вторичного электропитания ........ 322 Глава 12. СРЕДСТВА ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ..................... 322 12.1. Классификация. Основные термины и определения ................322 12.2. Характеристики входной электроэнергии .................................325 12.3. Электрические требования, предъявляемые к источникам вторичного электропитания ...............................327 12.4. Параметры источников вторичного электропитания ...............329 Глава 13. ВЫПРЯМИТЕЛИ ..................................................................... 334 13.1. Общие сведения о выпрямителях ...............................................334 13.2. Однофазная однотактная схема выпрямителя ..........................336 13.3. Двухфазная однотактная схема выпрямителя ...........................341 13.4. Однофазная двухтактная схема выпрямителя ...........................345 13.5. Трехфазные схемы выпрямления ...............................................348 13.6. Управляемые выпрямители на тиристорах ................................353 Глава 14. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ ................................................358 14.1. Общие сведения о фильтрах вторичных источников питания ................................................358 14.2. Работа выпрямителя на фильтр с емкостной реакцией ............360 14.3. Работа выпрямителя на фильтр с индуктивной реакцией ........367 14.4. Сложные фильтры ......................................................................369 Глава 15. СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА ............................ 374 15.1. Параметрические стабилизаторы напряжения .........................375 15.2. Компенсационные стабилизаторы напряжения с принципом управления по отклонению .................................381
Оглавление 15.3. Комбинированные стабилизаторы напряжения .......................399 15.4. Функциональные узлы компенсационных стабилизаторов напряжения .......................419 15.5. Параллельные стабилизаторы напряжения. Стабилизаторы тока. Стабилизаторы с регулированием на стороне переменного тока. Тиристорные стабилизаторы ......................................................432 15.6. Интегральные стабилизаторы напряжения ...............................444 15.7. Компенсационные импульсные стабилизаторы постоянного напряжения ...........................................................453 Глава 16. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА .............................................................. 483 16.1. Общие положения.......................................................................483 16.2. Транзисторные преобразователи с самовозбуждением (автоге нераторы) ........................................................................489 16.3. Преобразователи на тиристорах .................................................499 Глава 17. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ С БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫМ ВХОДОМ ................................ 504 17.1. Основные структурные схемы и входные цепи .........................504 17.2. Транзисторные усилители мощности .........................................508 17.3. Режим работы силовых транзисторов и их базовые цепи .........518 17.4. Устройства управления усилителями мощности .......................521 Литература .................................................................................................533
Предисловие В подготовке инженеров по направлению «Радиотехни ка» важную роль играет овладение специалистами научнотеоретическими и практическими методами получения и применения новых знаний в своей профессиональной деятельности. Теоретическое и практическое применение этих методов начинается уже на начальном этапе обучения, при изучении естественно-научных и общепрофессиональных дисциплин. Согласно государственному образовательному стандарту основной объем содержания обучения отводится радиотехническим и радиоэлектронным учебным дисциплинам, а также дисциплинам, связанным с развитием информационных технологий, информатикой, вычислительной техникой. Это в полной мере отражает развитие современных многофункциональных радиоэлектронных и радиотехнических комплексов, решающих сложные задачи по измерению и обработке информации от удаленных объектов, формированию управляющих воздействий и их передаче на объекты управления. Надежность и точность функционирования таких комплексов, функционально объединенных в радиоэлектронные системы, во многом определяется энергетическим, техническим и эксплуатационным обеспечением. Функционирование аппаратной части практически в любой радиоэлектронной системе обеспечивается примерно такой же по объему технической частью энергетического и сервисного обеспечения. В этой связи специальной дисциплине «Электропреобразовательные устройства РЭС» отводится особое и важное место в подготовке специалистов по направлению «Радиотехника». Важность этой дисциплины обусловливается не только сво им содержанием, которое охватывает источники вторичного электропитания, трансформаторы, электромашинные устройства, а также методы их проектирования и анализа, но и малым временем, которое отводится на изучение достаточно сложных физических процессов в электрических машинах и устройствах, их математического описания.
Предисловие Автор при выборе структуры и содержания учебника, мето дики его изложения стремился охватить как наиболее важные, уже широко применяемые устройства в РЭС в различных образцах радиоэлектронной техники, так и учесть результаты современных достижений в проектировании электропреобразовательных и устройств вторичного питания. В учебнике показаны конструктивные особенности устройств, изложены физические принципы их работы, а также методы анализа в статическом и динамическом режимах. Учебник состоит из четырех частей. Часть первая. Электропреобразовательные устройства посто янного тока. Содержание этой части включает теорию генераторов посто янного тока, электромашинных усилителей мощности, двигателей постоянного тока. Часть вторая. Трансформаторные электропреобразовательные устройства. В этой части рассмотрены трансформаторные электропреоб разовательные устройства, трехфазные системы и трансформаторы, магнитные усилители. Часть третья. Электропреобразовательные устройства перемен ного тока. В эту часть включены вопросы теории и практики примене ния синхронных генераторов, синхронных двигателей, трехфазных асинхронных двигателей, одно- и двухфазных асинхронных двигателей, электропреобразовательных устройств систем синхронной связи. Четвертая часть. Источники вторичного электропитания. В этой части рассмотрены средства вторичного электропи тания (классификация, основные термины и определения), вопросы теории и практического применения выпрямителей, сглаживающих фильтров, стабилизаторов напряжения и тока, преобразователей напряжения постоянного тока (инверторов, конверторов), источников питания с бестрансформаторным входом. В книге на примерах конкретных устройств изложено прак тическое применение методов их анализа и расчета. Расчет и анализ динамических характеристик осуществляются временными и операторными методами, аналитическими и численными способами.
Предисловие При изложении материала, особенно методов анализа, автор стремился максимально использовать те теоретические методы, а именно частотные, операторные и временные, которые изучались в курсе «Математика». Эти методы являются основополагающими при подготовке специалистов по радиотехнике и радиоэлектронным системам. При изучении обучающимися в специальных дисциплинах образцов радиоэлектронных систем, систем автоматического управления содержание книги будет способствовать более быстрому установлению связи между конкретным исполнением образца системы, принципами его функционирования и методами теоретического анализа. Комплексное и взаимосвязанное изложение материала способствует более глубокому раскрытию и пониманию физических процессов в сложных системах, их математического описания и формированию обучающимися способностей анализировать современное состояние и определять направления развития теории и практики электропреобразовательных устройств в радиоэлектронных средствах. Автор благодарен рецензентам доктору технических наук, профессору В.М. Лохину, доктору технических наук, профессору В.В. Горячкину за ценные замечания и предложения, которые способствовали улучшению содержания учебника.