Σχεδιασμός και Τεχνολογία Γ Λυκείου - Λύσεις Ασκήσεων

Transcript

1 Κεφάλαιο 4: Ηλεκτρικές μηχανές Άσκηση 1 Σχεδιασμός και Τεχνολογία Γ Λυκείου - Λύσεις Ασκήσεων α) Να εξηγήσετε, με τη βοήθεια γραφικών παραστάσεων, τη διαφορά μεταξύ του συνεχούς (d.c.) και του εναλλασσόμενου (a.c.) ηλεκτρικού ρεύματος. β) Να αναφέρετε τα βασικά πλεονεκτήματα του εναλλασσόμενου ηλεκτρικού ρεύματος έναντι του συνεχούς. α) Συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα είναι το ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο σε ένα κύκλωμα ρέει πάντοτε προς την ίδια κατεύθυνση, από τον θετικό προς τον αρνητικό πόλο της πηγής (συμβατική φορά του συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος). Η τιμή της έντασής (Ι) του συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος είναι σταθερή ως προς τον χρόνο. I (A) O t (s) Το εναλλασσόμενο ρεύμα (a.c.- alternating current) είναι το ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο ρέει για κάποιο χρονικό διάστημα με θετική κατεύθυνση και μετά για το ίδιο χρονικό διάστημα με αρνητική κατεύθυνση. Ι (Α) + Ο - t(s) β) Τα πλεονεκτήματα του εναλλασσόμενου ηλεκτρικού ρεύματος είναι ότι: Μετασχηματίζεται εύκολα σε πιο ψηλές ή πιο χαμηλές τάσεις, ανάλογα με τις ανάγκες. Με την ανύψωση της τάσης και την ελάττωση της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος την ίδια στιγμή μειώνονται οι απώλειες μέσα στις γραμμές μεταφοράς από τον σταθμό παραγωγής στο καταναλωτή. Με την ανύψωση της τάσης ελαττώνεται η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος. Έτσι χρησιμοποιούνται γραμμές μεταφοράς μικρότερης διατομής, οι οποίες είναι φυσικό να τοποθετούνται πιο εύκολα και να κοστίζουν λιγότερο. Άσκηση Η πιο κάτω κυματομορφή είναι η γραφική παράσταση του ηλεκτρικού ρεύματος που παράγει μια ήτρια σε συνάρτηση με τον χρόνο. I(A) α) Να αναφέρετε το είδος της ήτριας που χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή αυτής της κυματομορφής. β) Να ονομάσετε ακόμη ένα είδος ήτριας που γνωρίζετε και να σχεδιάσετε την κυματομορφή του ηλεκτρικού ρεύματος που παράγει, σε συνάρτηση με τον χρόνο. 1 t(s)

2 α) Γεννήτρια συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος β) Γεννήτρια εναλλασσόμενου ηλεκτρικού ρεύματος I(A) Τ/ Τ 3Τ/ Τ t(s) Άσκηση 3 Χρησιμοποιώντας απλά σκίτσα να δείξετε και να εξηγήσετε την κύρια κατασκευαστική διαφορά μεταξύ των ητριών εναλλασσόμενου και συνεχούς ρεύματος. Β Α Δακτυλίδια Β Α Φορτίο Ψήκτρες Φορτίο Σχήμα 1 Σχήμα Η κύρια κατασκευαστική διαφορά αναμεσά σε μία ήτρια συνεχούς και σε μία ήτρια εναλλασσόμενου ηλεκτρικού ρεύματος είναι ότι ο συλλέκτης της ήτριας συνεχούς ρεύματος αποτελείται από ένα δαχτυλίδι μοιρασμένο στα δύο (σχήμα 1) ενώ ο συλλέκτης της ήτριας εναλλασσόμενου ρεύματος αποτελείται από δύο δαχτυλίδια (σχήμα ). Άσκηση 4 Μία μονοφασική ήτρια περιστρέφεται από μία πετρελαιομηχανή. Η ήτρια στη συνέχεια δίνει ηλεκτρικό ρεύμα σε έναν ηλεκτροκινητήρα υδραντλίας. Αν ο βαθμός απόδοσης της ήτριας είναι 0,8 και του ηλεκτροκινητήρα 0,85 και η ισχύς που αποδίδει ο ηλεκτροκινητήρας στον άξονα του είναι 600 W, να υπολογίσετε την ισχύ που αποδίδει η πετρελαιομηχανή. Πετρελαιομηχανή Μονοφ. Γεννήτρια Ηλεκτροκ. Υδραντλίας Πετρελ ; η =0,8 η =0,85 = 600 W

3 Ο βαθμός απόδοσης στον ηλεκτροκινητήρα της υδραντλίας ισούται με: η εισ Όπου: Ρ η ισχύς που αποδίδει ο ηλεκτροκινητήρας και Ρεισ η ηλεκτρική ισχύς που απορροφά ο ηλεκτροκινητήρας από τη ήτρια. Ο βαθμός απόδοσης στην ήτρια ισούται με: η εισ Όπου Ρ η πραγματική ισχύς που αποδίδει η ήτρια στον ηλεκτροκινητήρα. Ρεισ = Ρπετρλ η μηχανική ισχύς που αποδίδει ο πετρελαιοκινητήρας στον άξονα της ήτριας. Α τρόπος η η Όμως εισ εισ εισ Έτσι η η εισ η η εισ 600 W 0,85 0,8 εισ εισ 600 W 88,35 W 0,85 0,8 = Ρπετρ Β Τρόπος η η πετρλ εισ εισ εισ εισ 705,88 W εισ εισ η 88,35 W η 600 W 0,85 705,88 W 705,88 W 88,35 W 0,8 εισ εισ 705,88 W 88,35 W Άσκηση 5 Μία ήτρια δίνει στην έξοδό της τάση ίση με U=155ημωt. Να υπολογίσετε: α) Την ενεργό τιμή της τάσης. β) Την τιμή της στιγμιαίας τάσης μετά από 0,0 δευτερόλεπτα, όταν η συχνότητα του ηλεκτρικού ρεύματος είναι 60 Hz (στη χρονική στιγμή t=0 η τάση θεωρείται μηδέν). γ) Την ενεργό τιμή του ηλεκτρικού ρεύματος, I, όταν η ήτρια τροφοδοτεί ένα ωμικό φορτίο 0 Ω. Τάση εξόδου ήτριας U=155ημωt όπου Uo = 155 V Uo 155 α) Ενεργός τιμή της τάσης Uεν 109,6 V 3

4 β) Η τιμή της στιγμιαίας τάσης μετά από πάροδο t=0,0 sec όταν f=60 Hz και για t=0 η τάση είναι U=0 V όπου U U ημω t 155ημ π f t 155ημ π600,0 155ημ,4 π o π 180 ο U 155ημ, ημ43 155ημ(360 7) 1550, ,41 V γ) Το Ιεν όταν η ήτρια τροφοδοτεί φορτίο 0 Ω Uεν 109,6 V Iεν 5,48 Α R 0 Ω Άσκηση 6 Εναλλασσόμενος μονοφασικός ηλεκτρικός κινητήρας περιστρέφει μία αντλία νερού ισχύος 1 kw. Ο ηλεκτρικός κινητήρας είναι συνδεδεμένος στο δίκτυο τάσης 40 V της Α.Η.Κ. και απορροφά ισχύ 1,1 kw με ένταση ηλεκτρικού ρεύματος 5,5 Α. Να υπολογίσετε: α) Τον βαθμό απόδοσης η του ηλεκτρικού κινητήρα. β) Τον συντελεστή ισχύος του κινητήρα. γ) Ο συντελεστής ισχύος που υπολογίσατε στο ερώτημα β (πιο πάνω) είναι μέσα στα όρια που προβλέπονται από την Α.Η.Κ.; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. Δίκτυο ΑΗΚ Εναλλ. Μονοφ. Κινητήρας Αντλία Νερου U=40 V εισ = 1,1 kw I=5,5 A η=; συνφ=; εισ = 1 kw α) Βαθμός απόδοσης κινητήρα. Ισχύς που απορροφά ο κινητήρας από το δίκτυο: Ρεισ =1,1 kw Ισχύς αντλίας (ισχύς που αποδίδει ο κινητήρας στην αντλία): Ρ= 1 kw η Ρ Ρ εισ 1 kw 0,909 1,1 kw β) Συντελεστής ισχύος του κινητήρα εισ Ρεισ 1,1 kw 1,11000 W UIσυνφ συνφ 0,833 UI 40 V 5,5 A 40 V 5,5 A 4

5 γ) Η Α.Η.Κ. απαιτεί οι χρησιμοποιούμενοι κινητήρες να έχουν ελάχιστο συντελεστή ισχύος 0,85. Ο συντελεστής ισχύος του κινητήρα είναι 0,833, ο οποίος είναι μικρότερος από το κατώτερο επιτρεπόμενο όριο που θέτει η Α.Η.Κ. Άρα είναι εκτός των ορίων που απαιτεί η Α.Η.Κ. Άσκηση 7 Μια μικρο-ήτρια συνεχούς ρεύματος, που χρησιμοποιείται για πειραματικούς σκοπούς επίδειξης της αιολικής ενέργειας, περιστρέφεται με τη βοήθεια φτερωτής και ιμαντοκίνησης. Η ήτρια παράγει ηλεκτρικό ρεύμα και τροφοδοτεί μια λάμπα. Ο βαθμός απόδοσης της η είναι ίσος με 0,8 και η λάμπα αποδίδει ικανοποιητικά, όταν η τάση στα άκρα της είναι 6 V και απορροφά ρεύμα από τη ήτρια ίσο με 80 ma. Να υπολογίσετε: α) Την ισχύ που πρέπει να δίνει ο ιμάντας στον άξονα της μικρο-ήτριας. β) Τις απώλειες ισχύος της ήτριας. Φτερωτή με ιμάντα Μικροήτρια Λάμπα =; η=0,8 απ =; U=6 V I=80 ma Η ισχύς που αποδίδει η ήτρια ισούται με (είναι ίση με την ισχύ που απορροφά η λάμπα): UI 6 V80 ma 0,48 W Ρ Ρ 0,48 W α) Ισχύς που δίνει ο ιμάντας στον άξονα της ήτριας εισ. η Ρεισ 0,6 W Ρ η 0,8 β) Απώλειες ισχύος της ήτριας. Οι απώλειες ισχύος της ήτριας είναι η διαφορά της ισχύος που απορροφά η ήτρια (δηλαδή η ισχύς που δίνει ο ιμάντας στον άξονα της ήτριας) εισ με την ισχύ που αποδίδει η ήτρια. Ρ εισ Ρ Ρ απ Ρ απ Ρ εισ Ρ 0,6 W 0,48 W 0,1 W εισ 5

6 Άσκηση 8 Σε ένα εργοστάσιο, ένας ηλεκτρικός μονοφασικός κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος που αποδίδει ισχύ 3,6 kw χρειάζεται αντικατάσταση. Οι τεχνικοί έχουν στη διάθεσή τους στην αποθήκη του εργοστασίου δύο κινητήρες Κ 1 και Κ με τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: α) Να αναφέρετε τον λόγο για τον οποίο δεν μπορεί να επιλεγεί ο κινητήρας Κ. β) Κάνοντας τους αναγκαίους υπολογισμούς να δικαιολογήσετε κατά πόσον μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο κινητήρας Κ 1. Κινητήρας Κ 1 Κινητήρας Κ U= 40 V, 50 Hz U= 40 V DC I = 36 A I = 0 A n =0,70 n =0,75 συνφ=0, α) Ο κινητήρας Κ δεν μπορεί να επιλεγεί γιατί είναι συνεχούς ρεύματος (DC), ενώ ο κινητήρας που πρέπει να αντικατασταθεί είναι εναλλασσόμενου ρεύματος. β) Ο κινητήρας που πρέπει να αντικατασταθεί αποδίδει ισχύ 3,6 kw = 3600 W. Για τον κινητήρα Κ1: εισ UIσυνφ n εισ εισ n UIσυνφη ,6 0,7 368,8 W Ο κινητήρας Κ1 αποδίδει ισχύ 3,63 kw που καλύπτει την ισχύ αυτού που θα πρέπει αντικατασταθεί και είναι 3,6 kw. Επομένως είναι κατάλληλος. Άσκηση 9 α) Να σχεδιάσετε έναν μετασχηματιστή και να σημειώσετε τα διάφορα μέρη του. β) Να αναφέρετε τη διαφορά του πραγματικού από τον ιδανικό μετασχηματιστή. γ) Να αναφέρετε πότε υπερθερμαίνεται ένας μετασχηματιστής. Με ποια μέσα και πώς επιτυγχάνεται η ψύξη του; δ) Όταν μεταφέρεται ηλεκτρική ενέργεια από τον ηλεκτροπαραγωγό σταθμό σε κέντρα κατανάλωσης, η τάση του ηλεκτρικού ρεύματος ανυψώνεται από τα V στα V ή στα V. Να αναφέρετε δύο λόγους για τους οποίους γίνεται η ανύψωση αυτή. Πυρήνας μαλακού σιδήρου α) Πρωτεύων πηνίο Π 1 Φ Δευτερεύων πηνίο Π 6

7 β) Ιδανικός θεωρείται ο μετασχηματιστής ο οποίος παρουσιάζει αμελητέες απώλειες κατά τη λειτουργία του. Συνεπώς, σε έναν ιδανικό μετασχηματιστή όλη η ισχύς του πρωτεύοντος πηνίου μεταφέρεται στο δευτερεύον. Αντίθετα πραγματικός είναι ο μετασχηματιστής ο οποίος παρουσιάζει απώλειες (ηλεκτρικές και μαγνητικές) κατά τη λειτουργία του. γ) Ένας μετασχηματιστής υπερθερμαίνεται όταν δεν ψύχεται ικανοποιητικά ή/και όταν το ηλεκτρικό ρεύμα που περνά από το δευτερεύον (και φυσικά και από το πρωτεύον) ξεπεράσει το όριο που καθορίζεται από τον κατασκευαστή Η ψύξη του μετασχηματιστή γίνεται με τη χρήση λαδιού (ορυκτέλαιο) για τους μετασχηματιστές λαδιού και με τη ροή του αέρα αν πρόκειται για ξηρό μετασχηματιστή. δ) Η ανύψωση της ηλεκτρικής τάσης κατά τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας συνεπάγεται τον ταυτόχρονο υποβιβασμό της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος. Με αυτό τον τρόπο α) μειώνονται οι απώλειες ηλεκτρικής ισχύος που παρατηρούνται κατά τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας και β) χρησιμοποιούνται αγωγοί με μικρότερη διάμετρο, πράγμα που μειώνει το κόστος και διευκολύνει την εγκατάσταση του δικτύου. Άσκηση 10 Ένας μετασχηματιστής ανύψωσης τάσης έχει λόγο μετασχηματισμού 1:10 με απώλειες 5%. Να υπολογίσετε: α) Την ισχύ που απορροφά το φορτίο, αν η τάση και το ηλεκτρικό ρεύμα στο πρωτεύον είναι U 1=100 V και I 1= 0,1 A αντίστοιχα και το συνφ=0,85 (και για τα δύο τυλίγματα). β) Την τάση στο δευτερεύον. α) Ισχύς στο πρωτεύων: 1 = U 1 I 1 συνφ = 100 V 0,1 A 0,85 = 8,5 W Αφού ο Μ/Σ έχει απώλειες 5% τότε η απόδοσή του είναι 95% η = 1 β) Η τάση στο δευτερεύων: = 1 η = 8,5 W 0,95 = 8,075 W λ= U 1 U U = U 1 λ = 100 V 1 10 = 1000 V Άσκηση 11 Ένας λαμπτήρας 1 V τροφοδοτείται με τάση U 1=40 V a.c. μέσω ενός (ιδανικού) μετασχηματιστή υποβιβασμού τάσης. Να υπολογίσετε: α) Τον λόγο μετασχηματισμού. β) Τα τυλίγματα που έχει το πρωτεύον εάν τα τυλίγματα στο δευτερεύον είναι 80. γ) Το ηλεκτρικό ρεύμα του πρωτεύοντος, εάν το ρεύμα που διαρρέει τον λαμπτήρα είναι Α. 7

8 α) Ο λόγος μετασχηματισμού του Μ/Σ Αν U1 και U οι τάσεις στο πρωτεύον και δευτερεύον αντίστοιχα τότε ο λόγος μετασχηματισμού είναι: U1 40 V λ λ 0 U 1 V β) Τα τυλίγματα Ν1 στο πρωτεύον αν τα τυλίγματα Ν στο δευτερεύον είναι 80. Τα τυλίγματα στο πρωτεύον μπορούν να υπολογιστούν από την σχέση: N1 N1 λ N τυλίγματα N λ γ) Το ηλεκτρικό ρεύμα του πρωτεύοντος Ι1 εάν το ρεύμα που διαρρέει τον λαμπτήρα Ι είναι Α. Η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος στο πρωτεύον δίνεται από τη σχέση (Σημείωση: η πιο κάτω σχέση ισχύει μόνο σε ιδανικό μετασχηματιστή): I I I Α λ 0 λ I1 1 0,1Α Άσκηση 1 Μέρος εκθεσιακού χώρου φωτογραφιών φωτίζεται με τρεις ειδικούς λαμπτήρες πυράκτωσης των 60 W, χαμηλής τάσης και με συντελεστή ισχύος συνφ=1. Οι λαμπτήρες τροφοδοτούνται από έναν μετασχηματιστή με λόγο μετασχηματισμού λ=10:1, ο οποίος με τη σειρά του τροφοδοτείται από οικιακή παροχή των 40 V όπως φαίνεται στο κύκλωμα πιο κάτω. 40 V (a.c.) α) Υπάρχουν διαθέσιμοι τρεις τύποι λαμπτήρων Α, Β και Γ όπως φαίνεται στον πίνακα πιο κάτω. Ποιος λαμπτήρας είναι ο καταλληλότερος για να χρησιμοποιηθεί στο κύκλωμα; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. Λαμπτήρας τύπου Α Λαμπτήρας τύπου Β Λαμπτήρας τύπου Γ 1 V (a.c.), 60 W 4 V (a.c.), 60 W 48 V (a.c.), 60 W 8

9 β) Να υπολογίσετε την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει το δευτερεύον πηνίο του μετασχηματιστή όταν ανάβουν και οι τρεις λάμπες. γ) Με τις τρεις λάμπες αναμμένες η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει το πρωτεύον πηνίο είναι 0,8 Α. Να διαπιστώσετε κατά πόσον ο μετασχηματιστής που χρησιμοποιείται στο κύκλωμα υπόκειται σε κάποιες απώλειες και ακολούθως να υπολογίσετε τον βαθμό απόδοσης του μετασχηματιστή. U1 40 V α) Η τάση στο δευτερεύον του Μ/Σ είναι U 4 V λ 10 Άρα ο πιο κατάλληλος λαμπτήρας είναι ο Β αφού είναι κατασκευασμένος για να λειτουργεί στην τάση αυτή. β) Η ισχύς κάθε λαμπτήρα ισούται με 60 W. Άρα η ισχύς Ρ του δευτερεύοντος του μ/σ ισούται με: 3 360W 180 W Άρα: I 180 7,5 Α U συνφ 4 1 Λ γ) U I συνφ 40 0,81 19 W Επειδή Ρ1 > Ρ σημαίνει ότι υπάρχουν απώλειες. n W 19 W 0,94 Άσκηση 13 Σε μια ηλεκτρική συσκευή που λειτουργεί με εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα τάσης 1 V πρόκειται να χρησιμοποιηθεί ένας μικρός μετασχηματιστής στον οποίο αναγράφονται τα στοιχεία 40 V/1 V, 150 W. α) Να εξηγήσετε τι σημαίνουν τα στοιχεία 40 V/1 V, 150 W. β) Αν η ηλεκτρική συσκευή, για να λειτουργήσει χρειάζεται 15 Α με συντελεστή ισχύος 0,75, να εξηγήσετε με υπολογισμούς αν ο πιο πάνω μετασχηματιστής μπορεί να χρησιμοποιηθεί ή όχι στη συγκεκριμένη περίπτωση. γ) Αν ο βαθμός απόδοσης του μετασχηματιστή είναι 0,9 να υπολογίσετε το ηλεκτρικό ρεύμα στο πρωτεύον του μετασχηματιστή. α) Τα τρία ηλεκτρικά χαρακτηριστικά 40 V/1 V, 150 W που αναγράφονται πάνω σε ένα μετασχηματιστή είναι (με την σειρά που αναφέρονται): 9

10 Ονομαστική τάση πρωτεύοντος που είναι η ενεργός τάση με την οποία πρέπει να τροφοδοτηθεί το πρωτεύον. Ονομαστική τάση δευτερεύοντος είναι η ενεργός τάση που δίνει το δευτερεύων. Ονομαστική ισχύς του μετασχηματιστή που είναι η συνεχής ισχύς που αποδίδει συνεχώς το δευτερεύον του Μ/Σ χωρίς να υπερθερμανθεί ο μετασχηματιστής. εισσυσκ β) UIσυνφ 115 0, W Ο μετασχηματιστής μπορεί να χρησιμοποιηθεί γιατί η ονομαστική του ισχύς που είναι 150 W είναι μεγαλύτερη από την ισχύ που χρειάζεται η συσκευή για να λειτουργήσει και υπολογίστηκε να είναι ίση με 135 W. γ) Στον Μ/Σ n W n 0, U1 I1 συνφ Ι1 0,83 Α U συνφ 400,75 1 Άσκηση 14 Σε έναν απομακρυσμένο αναμεταδότη εκπομπής τηλεοπτικού σήματος πρόκειται να εγκατασταθεί ειδικός εξοπλισμός που βελτιώνει την ποιότητα του τηλεοπτικού σήματος. Ο εξοπλισμός έχει τάση λειτουργίας 110 V (a.c.) και απορροφά ηλεκτρική ισχύ 1,1 kw. Για την τροφοδοσία του εξοπλισμού θα χρησιμοποιηθεί ήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος η οποία θα περιστρέφεται από έναν πετρελαιοκινητήρα. Η ήτρια παράγει ηλεκτρικό ρεύμα τάσης 40 V (a.c.) και έχει βαθμό απόδοσης 0,80. Ένας μετασχηματιστής 40 V/ 110 V με βαθμό απόδοσης 0,93 θα χρησιμοποιηθεί για να συνδεθεί με ασφάλεια ο εξοπλισμός στη ήτρια ηλεκτρικού ρεύματος. Αν ο συντελεστής ισχύος είναι ίσος με 0,84 (είναι ίδιος στο πρωτεύον και στο δευτερεύον πηνίο του μετασχηματιστή) να υπολογίσετε: α) Το ηλεκτρικό ρεύμα στο δευτερεύον και στο πρωτεύον πηνίο του μετασχηματιστή. β) Τις απώλειες ισχύος του μετασχηματιστή. γ) Τη μηχανική ισχύ που πρέπει να αποδίδει ο πετρελαιοκινητήρας στη ήτρια για να λειτουργεί ομαλά το σύστημα. Μετασχηματιστής Πετρελαιοκινητήρας Γεννήτρια Εξοπλισμός U=40 V n=0,8 Εισ ; 40 V / 110 V n=0,93 συνφ=0,84 U=110 V εισ =1,1 kw I 1 ; I ; Απ ; 10

11 α) Στο δευτερεύων του μετασχηματιστή ισχύει U I συνφ 1100 Άρα I 11,90 Α U συνφ 110 0, Στο μετασχηματιστή n W 1 n 0,93 Στο πρωτεύον του μετασχηματιστή ισχύει Άρα I1 5,87 Α U1 συνφ 40 0,84 1 U1 I 1 συνφ β) απ=1-= 118,80 W W = 8,80 W 118,80 γ) Στη ήτρια n εισ 1478,5 W εισ n 0,8 Η ισχύς 1478,5 W είναι η μηχανική ισχύς που δέχεται η ήτρια στον άξονά της από τον πετρελαιοκινητήρα. Άσκηση 15 Τα κυκλώματα Ι και ΙΙ που φαίνονται πιο κάτω σχεδιάστηκαν για να παρέχουν συνεχή τάση τροφοδοσίας στο φορτίο (R L). α) Να ονομάσετε τις μεθόδους ανόρθωσης που φαίνονται στα πιο πάνω κυκλώματα. A D 1 D Ο Γ R L B D R L Δ Κύκλωμα ΙΙ Κύκλωμα Ι β) Να αναφέρετε τα μειονεκτήματα που παρουσιάζουν οι πιο πάνω τρόποι ανόρθωσης. γ) Να σχεδιάσετε τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος κατά τη διάρκεια της θετικής ημιπεριόδου της τάσης του δευτερεύοντος του μετασχηματιστή στα δύο πιο πάνω κυκλώματα. δ) Στο διπλανό σχήμα φαίνεται η κυματομορφή της τάσης στα άκρα Α και Β του δευτερεύοντος του μετασχηματιστή. Αφού αντιγράψετε στο τετράδιό σας το διπλανό σχήμα να σχεδιάσετε - στο ίδιο σχήμα - την κυματομορφή της τάσης στα άκρα Γ και Δ του φορτίου του κυκλώματος Ι. 11

12 α) Κύκλωμα Ι: Πλήρης ανόρθωση με χρήση μετασχηματιστή μεσαίας λήψης. Κύκλωμα ΙΙ: Απλή ανόρθωση ή ημιανόρθωση. β) Τα μειονεκτήματα των πιο πάνω τρόπων ανόρθωσης είναι: Για το Κύκλωμα Ι: Χρειάζεται ειδικός μετασχηματιστής με μεσαία λήψη, Χρησιμοποιεί μόνο τη μισή τάση του δευτερεύοντος του μετασχηματιστή Για το Κύκλωμα ΙΙ Το φορτίο διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα μόνο κατά τη διάρκεια του μισού κύκλου της εφαρμοζόμενης τάσης. A D 1 γ) Ροή του ηλεκτρικού ρεύματος κατά τη διάρκεια της θετικής ημιπεριόδου της τάσης του δευτερεύοντος του μετασχηματιστή Ο Γ B D R L Κύκλωμα Ι Δ δ) Κυματομορφή της τάσης στα άκρα Γ και Δ του φορτίου RL του κυκλώματος. Άσκηση 16 Στο σχεδιάγραμμα πιο κάτω φαίνεται το κύκλωμα ανόρθωσης που χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία του ενισχυτή σε έναν ραδιοφωνικό δέκτη. 40 V D 3 D 1 D D 4 Α Ενισχυτής ραδιοφωνικού δέκτη Β α) Να αναφέρετε το όνομα του κυκλώματος ανόρθωσης που φαίνεται στο σχεδιάγραμμα. 1

13 β) Στον ραδιοφωνικό δέκτη παρατηρήθηκε ότι δημιουργείται ανεπιθύμητος βόμβος. Να συνδέσετε στα σημεία Α-Β του κυκλώματος το κατάλληλο ηλεκτρονικό εξάρτημα, ώστε να βελτιωθεί σημαντικά η λειτουργία του δέκτη. γ) Να σχεδιάσετε την κυματομορφή της τάσης στα άκρα Α-Β, τόσο πριν όσο και μετά την τοποθέτηση του ηλεκτρονικού αυτού εξαρτήματος. α) Πλήρης ανόρθωση με χρήση γέφυρας β) D 3 D 40 V Α D 1 D 4 C Ενισχυτής ραδιοφωνικού δέκτη Τάση στα άκρα Α-Β χωρίς φίλτρο Β γ. U R (V) Τάση στα άκρα Α-Β με φίλτρο t(s) U R (V) t(s) 13

14 Άσκηση 17 Να σχεδιάσετε το διάγραμμα δόμησης του τροφοδοτικού και να εξηγήσετε με λίγα λόγια τον ρόλο του κάθε μέρους. a.c. τάση Ανορθωτής Φίλτρο Μετασχηματιστής Σταθεροποιητής d.c. τάση Ο μετασχηματιστής υποβιβάζει την τάση ac ανάλογα με την τάση dc που χρειαζόμαστε. Ο ανορθωτής μετατρέπει τις αρνητικές τιμές της τάσης του ac ρεύματος σε θετικές (σε κάποιες περιπτώσεις αντί να τις μετατρέπει τις εξαλείφει). Το φίλτρο εξομαλύνει την κυμάτωση της τάσης εξόδου. Ο σταθεροποιητής διατηρεί την τάση εξόδου σταθερή ανεξάρτητα από την κατάσταση του φορτίου στην έξοδο. 14