Устройство асинхронных электродвигателей с фазным ротором Основными частями любого асинхронного двигат
Работа добавлена на сайт samzan.net:
31. Устройство асинхронных электродвигателей с фазным ротором
Основными частями любого асинхронного двигателя является неподвижная часть - статор и вращающая часть, называемая ротором.
Статор трехфазного асинхронного двигателя состоит из шихтованного магнитопровода, запрессованного в литую станину. На внутренней поверхности магнитопровода имеются пазы для укладки проводников обмотки. Эти проводники являются сторонами многовитковых мягких катушек, образующих три фазы обмотки статора. Геометрические оси катушек сдвинуты в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.
Фазы обмотки можно соединить по схеме ''звезда'' или "треугольник" в зависимости от напряжения сети. Например, если в паспорте двигателя указаны напряжения 220/380 В, то при напряжении сети 380 В фазы соединяют "звездой". Если же напряжение сети 220 В, то обмотки соединяют в "треугольник". В обоих случаях фазное напряжение двигателя равно 220 В.
Ротор трехфазного асинхронного двигателя представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали и насаженный на вал. В зависимости от типа обмотки роторы трехфазных асинхронных двигателей делятся на короткозамкнутые и фазные.
Доливо-Добровольский первым создал двигатель с короткозамкнутым ротором и исследовал его свойства. Он выяснил, что у таких двигателей есть очень серьёзный недостаток - ограниченный пусковой момент. Доливо-Добровольский назвал причину этого недостатка - сильно закороченный ротор. Им же была предложена конструкция двигателя с фазным ротором.
У фазного ротора обмотка выполняется трёхфазной, аналогично обмотке статора, с тем же числом пар полюсов. Витки обмотки закладываются в пазы сердечника ротора и соединяются по схеме звезда. Концы каждой фазы соединяются с контактными кольцами, закреплёнными на валу ротора, и через щётки выводятся во внешнюю цепь. Контактные кольца изготавливают из латуни или стали, они должны быть изолированы друг от друга и от вала. В качестве щёток используют металлографитовые щётки, которые прижимаются к контактным кольцам с помощью пружин щёткодержателей, закреплённых неподвижно в корпусе машины.
В асинхронных электродвигателях большей мощности и специальных машинах малой мощности для улучшения пусковых и регулировочных свойств применяются фазные роторы. В этих случаях на роторе укладывается трехфазная обмотка с геометрическими осями фазных катушек , сдвинутыми в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.
Фазы обмотки соединяются звездой и концы их присоединяются к трем контактным кольцам , насаженным на вал и электрически изолированным как от вала, так и друг от друга. С помощью щеток, находящихся в скользящем контакте с кольцами, имеется возможность включать в цепи фазных обмоток регулировочные реостаты.
Асинхронный двигатель с фазным ротором имеет лучшие пусковые и регулировочные свойства, однако ему присущи большие масса, размеры и стоимость, чем асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором.
Для запуска двигателя с фазным ротором щётки соединяют с регулировочными или пусковыми реостатами. Эти самые реостаты дают возможность понизить пусковой ток, так как из-за них усиливается всеобщее сопротивление обмотки ротора.
32. Синхронная машина — это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой равна или кратна частоте вращения вращающегося в зазоре магнитного поля, создаваемого током якорной обмотки. Принцип действия синхронных машин основан на явлении электромагнитной индукции при взаимодействии магнитных полей .
Общее устройство синхронных машин
Основными частями синхронной машины являются якорь и индуктор (обмотка возбуждения).
Якорь представляет собой одну или несколько обмоток переменного тока. В двигателях токи, подаваемые в якорь, создают вращающееся магнитное поле (так называемое поле реакции якоря), которое сцепляется с полем индуктора и таким образом происходит преобразование энергии. В генераторах поле реакции якоря создается переменными токами, индуцируемыми в обмотке якоря от индуктора.
Индуктор состоит из полюсов - электромагнитов постоянного тока или постоянных магнитов. Индукторы синхронных машин имеют две различные конструкции: явнополюсную или неявнополюсную. Явнополюсная отличается тем, что полюса ярко выражены и имеют конструкцию, схожую с полюсами машины постоянного тока. При неявнополюсной конструкции обмотка возбуждения укладывается в пазы сердечника индуктора, весьма похоже на обмотку роторов асинхронных машин с фазным ротором, с той лишь разницей, что между полюсами оставляется место, не заполненное проводниками (так называемый большой зуб). Неявнополюсные конструкции применяются в быстроходных машинах, чтобы уменьшить механическую нагрузку на полюса.
Для уменьшения магнитного сопротивления, то есть для улучшения прохождения магнитного потока применяются ферромагнитные сердечники ротора и статора. В основном они представляют собой шихтованную конструкцию из электротехнической стали (то есть набранную из отдельных листов). Электротехническая сталь обладает рядом интересных свойств. В том числе она имеет повышенное содержание кремния, чтобы повысить её электрическое сопротивление и уменьшить тем самым вихревые токи Фуко.
Синхронный двигатель
Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося переменного магнитного поля якоря и постоянных магнитных полей полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор - на роторе. В мощных двигателях в качестве полюсов используются электромагниты (ток на ротор подаётся через скользящий контакт), в маломощных - постоянные магниты. Есть так-же обращенная конструкция двигателей, где якорь расположен на роторе, а индуктор - на статоре (в устаревших двигателях, а так же в современных криогенных синхронных машинах, в которых в обмотках возбуждения используются сверхпроводники)
Двигатель требует разгона до номинальной скорости вращения или частотного пуска, прежде чем может работать самостоятельно. При такой скорости вращающееся магнитное поле якоря сцепляется с магнитными полями полюсов индуктора (если индуктор расположен на статоре, то получается, что вращающееся магнитное поле вращающегося якоря (ротора) неподвижно относительно постоянного поля индуктора (статора), если индуктор на роторе, то магнитное поле вращающихся полюсов индуктора (ротора) неподвижно относительно вращающегося магнитного поля якоря (статора)) -- это называется "вошел в синхронизм". Для разгона до номинальной скорости обычно используется дополнительный двигатель (чаще всего асинхронный). Так-же используется частотный пуск, когда частоту тока якоря постепено увеличивают от очень малых до номинальных величин.
Частота вращения n (об/мин) синхронного двигателя напрямую связана с частотой тока питающей сети f соотношением,
n = 60f/p
где p — число пар полюсов машины.
Синхронные двигатели обладают ёмкостной нагрузкой, поэтому их выгодно использовать для компенсации индуктивной нагрузки (повышения коэффициента мощности). Синхронные двигатели применяют там, где нет необходимости частого пуска/остановки и регулирования скорости вращения (например в системах вентиляции).
Синхронный генератор
Обычно в синхронных генераторах якорем является статор, а индуктором - ротор. В индуктор через щётки подают постоянный ток, вращают ротор, тем самым создавая вращающееся магнитное поле, под действием которого в якоре индуцируется переменный ток, который отдаётся в сеть.
Частота вырабатываемого тока f (Гц) напрямую связана с частотой вращения ротора n (об/мин) соотношением:
f = (n*p)/60
где p — число пар полюсов машины.
Разновидности синхронных машин:
Гидрогенератор - явно полюсный синхронный генератор, предназначенный для выработки электрической энергии в работе от гидравлической турбины (при низких скоростях вращения).
Турбогенератор - неявнополюсный синхронный генератор, предназначенный для выработки электрической энергии в работе от паровой или газовой турбины (при скоростях вращения ротора 6000, 3000, 1500 об/мин.).
Компенсатор - синхронная электрическая машина (в большинстве случаев неявнополюсная), предназначенная для выработки реактивной мощности (представляет из себя синхронный двигатель на холостом ходу, генерирование реактивной мощности регулируется током возбуждения обмотки индуктора).
Асинхронизированные синхронные машины
Асинхронизированные синхронные машины - различные синхронные машины, имеющие несколько обмоток возбуждения и за счет этого допускающие несинхронные режимы работы (то есть такие, когда электромагнитное поле в воздушном зазоре и ротор вращаются с разными скоростями). Это уникальная отечественная разработка, идеи которой уходят к шестидесятым годам ХХ века. Их основное преимущество - это высокая устойчивость (то есть они не выпадают из синхронизма при переходных процессах и сложных режимах работы) и возможность устойчивой нормальной работы в режиме глубокого потребления реактивной мощности, что не реализуется в обычных синхронных машинах в виду их выпадения из синхронизма, а в случае если устойчивость и может быть достигнута (что реализуется, например, применением сложных, быстродействующих систем сильного регулирования), то такой режим является анормальным ввиду перегрева обмоток (в первую очередь в торцевой зоне сердечника статора).
33. Машины постоянного тока. Основные узлы
К ним относятся генераторы постоянного тока (ГПТ) и двигатели постоянного тока (ДПТ). Электрические машины постоянного тока – машины обратимые, т.е. им присущ принцип обратимости, смысл которого заключается в том, что любая из этих машин может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. В основе принципа их действия лежит явление электромагнитной индукции и явление возникновения электромагнитных сил, действующих на проводники с током, помещенные в магнитное поле.
Любая машина постоянного тока содержит:
· устройство для создания магнитного поля;
· обмотку, в которой наводится ЭДС и на которую действует момент электромагнитных сил (электромагнитный момент);
· устройство для изменения направления тока.
В соответствии с вышесказанным, любая машина постоянного тока, независимо от того двигатель это или генератор, имеет три основные конструктивные части: статор, ротор и щеточно-коллекторный узел.
Устройство электрической машины постоянного тока:
1. – корпус (литой из чугуна или стали);2. – полюса магнитов;3. – обмотка полюсов (обмотка возбуждения);4. – ротор;
5. – проводники обмотки ротора;6. – коллектор;7. – щетки.
Неподвижная часть машины, образованная корпусом и полюсами, прикручиваемыми к корпусу, называется статором. На полюсах находится обмотка, по которой протекает постоянный ток; тем самым система корпус-полюса-обмотка образует электромагнит, служащий для создания магнитного поля в этой системе. Силовые линии магнитного поля схематически указаны на рисунке. Таким образом, статор служит для создания постоянного магнитного поля, в котором будет находиться вращающаяся часть машины – ротор.
В отличие от статора, у которого все части литые, т.е. сплошные, ротор представляет собой цилиндрический сердечник, набранный из отдельных листов электротехнической стали. Это делают для того, чтобы уменьшить потери на вихревые токи (токи Фуко). На боковой поверхности цилиндрического ротора образуются пазы, в которые вложены проводники обмотки.
Обмотка представляет собой большое число прямоугольных рамок, лежащих в разных плоскостях, и замыкаются они на пластины коллектора.
Коллектор представляет собой медный цилиндр, разрезанный на отдельные части, которые через прокладку из изолятора одеваются на вал машины, на котором находится и ротор. Эти отдельные части образуют пластины, между собой они проложены изолятором, и на каждые две диаметрально противоположные пластины выводятся проводники от одной или нескольких рамок, уложенных на роторе, т.е. рамки могут соединяться как последовательно, так и параллельно.
Щетки в электрических машинах выполняют из графита или угля, и с помощью специальных щеткодержателей они прижимаются ко вращающемуся коллектору и обеспечивают либо снятие напряжения с машины, если это генератор, либо подведение его от внешнего источника, если это двигатель. Т.к. контакт щеток и коллектора не прочный, а скользящий, то при переходе щетки с одной пластины коллектора на другую возникает нестационарный режим, сопровождающийся резким возрастанием ЭДС, и в этот момент между щетками и коллектором проскакивает искра. Это искрение происходит в постоянном режиме, что приводит к достаточно быстрому выгоранию щеток. Это явление называется коммутацией в машинах постоянного тока. В результате чего щеточно-колекторный узел является наиболее слабым местом электрических машин постоянного тока.
Назначение щеточно-коллекторного узла состоит в том, что в режиме генератора он представляет собой выпрямитель механического типа: в обмотке якоря ток переменный, а на выходе он выпрямленный. А в режиме двигателя, где питание осуществляется постоянным током, щеточно-коллекторный узел преобразует его в переменный ток, протекающий по обмотке якоря. Если этого не сделать, то не будет происходить непрерывное вращение.
Понятия статор и ротор – чисто механические. В литературе можно встретить понятия индуктор и якорь. Это чисто электротехнические понятия, и очень часто считают, что, например, якорь и ротор – это слова-синонимы. Статор – это то, что неподвижно, а ротор – то, что вращается. Под электротехническими понятиями «индуктор» и «якорь» понимают следующее: «индуктор» - это устройство, которое создает магнитное поле, а в якоре под действием этого электромагнитного поля наводится ЭДС, на которую со стороны магнитного поля действуют силы.
34. Генераторы постоянного тока
Машины, преобразующие механическую энергию в электрическую, называются генераторами.
Простейший генератор постоянного тока (рис. 1) представляет собой помещенную между полюсами магнита рамку из проводника, концы которого присоединены к изолированным полукольцам, называемым пластинами коллектора. К полукольцам (коллектору) прижимаются положительная и отрицательная щетки, которые замыкаются внешней цепью через электрическую лампочку. Для работы генератора рамку проводника с коллектором необходимо вращать. В соответствии с правилом правой руки при вращении рамки проводника с коллектором в ней будет индуктироваться электрический ток, изменяющий свое направление через каждые пол-оборота, так как магнитные силовые линии каждой стороной рамки будут пересекаться то о одном, то в другом направлении. Вместе с этим через каждые пол-оборота изменяется контакт концов проводника рамки и полуколец коллектора со щетками генератора. Во внешнюю цепь ток будет идти в одном направлении, изменяясь только по величине от 0 до максимума. Таким образом, коллектор в генераторе служит для выпрямления переменного тока, вырабатываемого рамкой. Для того чтобы электрический ток был постоянным не только по направлению, но и по величине, (по величине — приблизительно постоянным), коллектор делают из многих (36 и более) пластин, а проводник представляет собой много рамок или секций, выполненных в виде обмотки якоря.
Рис. 1. Схема простейшего генератора постоянного тока: 1 — полукольцо или коллекторная пластина; I — рама проводника; 3 — щетка генератора
Важнейший классификационный признак генераторов – это способ получения магнитного поля. В зависимости от этого различают:
- генераторы с независимым возбуждением;
- генераторы с самовозбуждением.
В генераторах с независимым возбуждением обмотку возбуждения (ОВ) запитывают от отдельного источника, например, от аккумуляторной батареи. Для питания ОВ требуется мощность на несколько порядков меньше мощности генератора, т.е. ток в ОВ мал.
Генераторы с самовозбуждением встречаются гораздо чаще, и они подразделяются на два типа:
генераторы с параллельным возбуждением – ОВ включается параллельно обмотке якоря;
генераторы со смешанным возбуждением – одна ОВ включается параллельно обмотке якоря, а другая – последовательно с ней.
Характеристики генераторов постоянного тока:
Рассмотрим характеристики генераторов с параллельным возбуждением. Основных характеристки три:
1. характеристика холостого хода: это зависимость ЭДС генератора от тока возбуждения при постоянной частоте вращения. 2. внешняя характеристика генератора: она отражает зависисмость напряжения генератора от тока якоря (или тока нагрузки) при постоянной частоте вращения.
3. регулировочная характеристика: показывает, как необходимо изменять ток возбуждения при увеличении тока нагрузки, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось неизменным.
Наряду с генераторами с параллельным возбуждением, широкое применение имеют генераторы со смешанным возбуждением. В этих генераторах наряду с параллельной обмоткой возбуждения дополнительно последовательно включается еще одна ОВ. Ее использование позволяет осуществить частичную компенсацию магнитного потока, создаваемого параллельной ОВ.
Т.к. через последовательную ОВ протекает практически весь ток, который течет через ОЯ, то с увеличением тока якоря, когда происходит постепенное уменьшение тока возбуждения, приводящее к уменьшению магнитного потока, дополнительный магнитный поток, создаваемый второй ОВ будет увеличиваться, т.к. ток якоря увеличивается, и это позволяет сохранить ЭДС постоянной в более широком диапазоне тока.
За счет применения второй ОВ в генераторах со смешанным возбуждением рабочий участок внешней характеристики при согласном включении обмоток охватывает гораздо больший диапазон токов.
35. Двигатели постоянного тока
Электродвигатели постоянного токаЭлектродвигатели постоянного тока применяют в тех электроприводах, где требуется большой диапазон регулирования скорости, большая точность поддержания скорости вращения привода, регулирования скорости вверх от номинальной.
Как устроены электродвигатели постоянного тока
Работа электрического двигателя постоянного тока основана на явлении электромагнитной индукции. Из основ электротехники известно, что на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила, определяемая по правилу левой руки:
F = BIL,
где I — ток, протекающий по проводнику, В — индукция магнитного поля; L — длина проводника.
При пересечении проводником магнитных силовых линий машины в нем наводится электродвижущая сила, которая по отношению к току в проводнике направлена против него, поэтому она называется обратной или противодействующей (противо-э. д. с). Электрическая мощность в двигателе преобразуется в механическую и частично тратится на нагревание проводника.
Как устроены электродвигатели постоянного тока. Конструктивно все электрические двигатели постоянного тока состоят из индуктора и якоря, разделенных воздушным зазором.
Индуктор электродвигателя постоянного тока служит для создания неподвижного магнитного поля машины и состоит из станины, главных и добавочных полюсов. Станина служит для крепления основных и добавочных полюсов и является элементом магнитной цепи машины. На главных полюсах расположены обмотки возбуждения, предназначенные для создания магнитного поля машины, на добавочных полюсах - специальная обмотка, служащая для улучшения условий коммутации.
Якорь электродвигателя постоянного тока состоит из магнитной системы, собранной из отдельных листов, рабочей обмотки, уложенной в пазы, и коллектора служащего для подвода к рабочей обмотке постоянного тока.
Коллектор представляет собой цилиндр, насаженный на вал двигателя и избранный из изолированных друг от друга медных пластин. На коллекторе имеются выступы-петушки, к которым припаяны концы секций обмотки якоря. Съем тока с коллектора осуществляется с помощью щеток, обеспечивающих скользящий контакт с коллектором. Щетки закреплены в щеткодержателях, которые удерживают их в определенном положении и обеспечивают необходимое нажатие щетки на поверхность коллектора. Щетки и щеткодержатели закреплены на траверсе, связанной с корпусом электродвигателя.
Коммутация в электродвигателях постоянного тока
В процессе работы электродвигателя постоянного тока щетки, скользя по поверхности вращающегося коллектора, последовательно переходят с одной коллекторной пластины на другую. При этом происходит переключение параллельных секций обмотки якоря и изменение тока в них. Изменение тока происходит в то время, когда виток обмотки замкнут щеткой накоротко. Этот процесс переключения и явления, связанные с ним, называются коммутацией.
В момент коммутации в короткозамкнутой секции обмотки под влиянием собственного магнитного поля наводится э. д. с. самоиндукции. Результирующая э. д. с. вызывает в короткозамкнутой секции дополнительный ток, который создает неравномерное распределение плотности тока на контактной поверхности щеток. Это обстоятельство считается основной причиной искрения коллектора под щеткой. Качество коммутации оценивается по степени искрения под сбегающим краем щетки и определяется по шкале степеней искрения.
Способы возбуждения электродвигателей постоянного тока
Под возбуждением электрических машин понимают создание в них магнитного поля, необходимого для работы электродвигателя. Схемы возбуждения электродвигателей постоянного тока показаны на рисунке.
Схемы возбуждения электродвигателей постоянного тока: а - независимое, б - параллельное, в - последовательное, г - смешанное
По способу возбуждения электрические двигатели постоянного тока делят на четыре группы:
1. С независимым возбуждением, у которых обмотка возбуждения НОВ питается от постороннего источника постоянного тока.
2. С параллельным возбуждением (шунтовые), у которых обмотка возбуждения ШОВ включается параллельно источнику питания обмотки якоря.
3. С последовательным возбуждением (сериесные), у которых обмотка возбуждения СОВ включена последовательно с якорной обмоткой.
4. Двигатели со смешаным возбуждением (компаундные), у которых имеется последовательная СОВ и параллельная ШОВ обмотки возбуждения.
Пуск двигателей постоянного тока
В начальный момент пуска двигателя якорь неподвижен и противо-э. д. с. инапряжение в якоре равна нулю, поэтому Iп = U / Rя.
Сопротивление цепи якоря невелико, поэтому пусковой ток превышает в 10 - 20 раз и более номинальный. Это может вызвать значительные электродинамические усилия в обмотке якоря и чрезмерный ее перегрев, поэтому пуск двигателя производят с помощью пусковых реостатов - активных сопротивлений, включаемых в цепь якоря.
Двигатели мощностью до 1 кВт допускают прямой пуск.
Величина сопротивления пускового реостата выбирается по допустимому пусковому току двигателя. Реостат выполняют ступенчатым для улучшения плавности пуска электродвигателя.
В начале пуска вводится все сопротивление реостата. По мере увеличения скорости якоря возникает противо-э. д. с, которая ограничивает пусковые токи. Постепенно выводя ступень за ступенью сопротивление реостата из цепи якоря, увеличивают подводимое к якорю напряжение.
Регулирование частоты вращения электродвигателя постоянного тока
Частота вращения двигателя постоянного тока:
где U — напряжение питающей сети; Iя — ток якоря; Rя — сопротивление цепн якоря; kc — коэффициент, характеризующий магнитную систему; Ф — магнитный поток электродвигателя.
Из формулы видно, что частоту вращения электродвигателя постоянного тока можно регулировать тремя путями: изменением потока возбуждения электродвигателя, изменением подводимого к электродвигателю напряжения и изменением сопротивления в цепи якоря.
Наиболее широкое применение получили первые два способа регулирования, третий способ применяют редко: он неэкономичен, скорость двигателя при этом значительно зависит от колебаний нагрузки. Механические характеристики, которые при этом получаются, показаны на рисунке.
36. Аппаратура управления и защиты
Электрическая аппаратура, применяемая в осветительных и силовых сетях для целей управления или защиты, может быть классифицирована по различным признакам.
В зависимости от природы явления, которое положено в основу действия аппаратов, их можно разделить на:
аппараты ручного управления (рубильники, переключатели, выключатели, контроллеры), действие которых происходит в результате механического воздействия на них внешних сил;
электромагнитные аппараты (магнитные пускатели, контакторы, электромагнитные реле), работа которых основана на электромагнитных силах, возникающих при работе аппарата.
В зависимости от выполняемых функций аппараты подразделяют на:
коммутационные, предназначенные для включения и отключения различных цепей. Коммутационная аппаратура может быть неавтоматического управления (рубильники, переключатели, магнитные пускатели) и автоматического управления (реле, контакторы, автоматические выключатели);
токоограничивающие и пускорегулирующие (реостаты, контролеры);
аппараты защиты электрических цепей (реле защиты, предохранители).
Аппаратура может работать в различных режимах: длительно, кратковременно или в условиях повторно-кратковременной нагрузки.
Аппараты различаются также по следующим признакам:
номинальному току и напряжению;
числу полюсов (фаз);
роду тока (постоянный или переменный);
виду присоединения (с передним или задним присоединением проводов);
способу защиты от воздействия окружающей среды (открытое исполнение, защищенное, пылезащищенное) и другим признакам.
37. Устройства заземления
Заземляющее устройство представляет собой совокупность заземлителя и заземляющих проводников, а заземлитель - проводник или группа проводников, находящихся в непосредственном контакте с землей и соединяющих с ней определенные части электроустановок.
Заземляющие устройства в зависимости от назначения могут выполнять различные функции.
Эти устройства разделяют на защитные, рабочие и грозозащитные.
· Защитные заземляющие устройства предназначены для защиты людей и животных от поражения электрическим током при случайном замыкании фазного провода на нетоковедущие металлические части электроустановки.
· Рабочие заземляющие устройства необходимы для создания определенного режима работы электроустановки в нормальных и аварийных условиях.
· Грозозащитные заземляющие устройства используют для заземления стержневых и тросовых молниеотводов и разрядников и предназначены для отвода импульсного тока молнии в землю.
Во многих случаях одно и то же заземляющее устройство может совмещать несколько функций (например, быть защитным и рабочим).
Главной электрической характеристикой заземляющего устройства является его сопротивление. Оно равно сумме сопротивлений заземлителя и заземляющих проводников. Сопротивление заземлителя называют сопротивлением растеканию электрического тока.
Электрический ток, стекая с заземлителя в землю, распределяется в объеме неравномерно, встречая на своем пути в земле определенное сопротивление. Поэтому и говорят о сопротивлении растеканию тока с заземлителя в землю. Для краткости его называют просто сопротивлением растеканию.
В зависимости от различных условий режимов работы, видов грунтов заземляющие устройства классифицируются:
1. по числу электродов:
Ø одиночные; Ø групповые.
2. по месту размещения заземлителей:
Ø выносные; Ø контурные.
3. по исполнению заземлителей:
Ø естественные; Ø искусственные.
Выносные заземляющие устройства характеризуются тем, что его заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено оборудование или сосредоточен на некоторой части этой площадки, поэтому его еще называют сосредоточенным.
Контурные заземляющие устройства характеризуются тем, что электроды его заземлителя размещаются по контуру площадки, где находится оборудование, а также внутри этой площадки (распределенные заземляющие устройства).
В качестве искусственных заземлителей применяют:
1. вертикальные электроды:
¨ стальные трубы
¨ металлические уголки
¨ прутковую сталь
2. горизонтальные электроды:
¨ полосовую сталь
¨ круглую сталь
В плохо проводящих грунтах для обеспечения минимального сопротивления заземления используют:
¨ глубинные заземлители
¨ укладку вокруг электродов грунта с повышенной проводимостью (влажная глина);
¨ используют обработку почвы раствором поваренной соли (нежелательно, т.к. поваренная соль приводит к коррозии);
¨ используют устройство выносных заземлителей на участках с хорошей проводимостью.
38. Техника безопасности при работе на электрооборудовании и с электроизмерительными приборами
Чаще всего электротравмы возникают при случайных прикосновениях к токоведущим частям, находящимся под напряжением, или к конструктивным металлическим частям электрооборудования (корпус, кожух и т.п.) при повреждении электроизоляции. Человек начинает ощущать действие тока начиная с 0,6—1,5 мА (миллиампер), а при токе 10—15 мА судорожное сокращение мышц не позволяет ему самостоятельно отключить цепь поражающего его тока. Ток силой в 50— 60 мА поражает органы дыхания и сердечно-сосудистую систему.
Для уменьшения опасности поражения током применяют ряд мер, основными из которых являются: защитное заземление; зануление; изоляция токоведущих частей; применение пониженного напряжения; применение изолирующих подставок, резиновых перчаток и т.п.
Защитное заземление — специальное соединение с землей корпусов электрических машин и аппаратов, которые могут оказаться под напряжением. Защитное заземление делается для снижения напряжения между землей и корпусом машины (попавшим под напряжение) до безопасного значения. В случае пробоя изоляции между фазой и корпусом машины ток, проходящий через человека, не представляет опасности. Защитное заземление состоит из заземлителя (металлические конструкции в земле) и заземляющих проводников (стальные или медные шины, соединяющие корпуса машин с заземлителем, которые приваривают или соединяют с ними болтами).
Зануление — соединение корпусов электрических машин и аппаратов, которые могут оказаться под напряжением, не с землей, а с заземленным нулевым проводом. Это приводит к тому, что замыкание любой из фаз на корпус аппарата или машины превращается в короткое замыкание этой фазы с нулевым проводом. Ток короткого замыкания вызывает срабатывание защиты, и поврежденная установка отключается. Нулевой провод не должен иметь предохранителей и выключателей.
В соответствии с правилами безопасности требуется снабжать надежной изоляцией и прочными ограждениями доступные для возможного прикосновения человека токоведущие части оборудования, напряжение которых превышает 65 В (для помещений без повышенной опасности); 36 и 24 В (с повышенной опасностью); 12 В (для особо опасных помещений). Таким образом, при работе в условиях повышенной опасности для электропитания элементов оборудования, освещения и инструмента следует применять источники энергии с пониженным напряжением.
Для защиты персонала от возможности поражения электрическим током при выполнении включений и отключений, осмотрах высоковольтных установок и других операциях обязательным является применение слесарно-монтажного инструмента с изолированными ручками, изолирующих подставок, резиновых ковриков, обуви и перчаток.
При работе с электроизмерительными приборами необходимо соблюдать следующие правила:
Использовать все приборы только с помощью средств индивидуальной защиты (диэлектрические перчатки, галоши, специальная роба). В случае проведения работ на строительстве следует дополнить рабочую форму каской.
Перед использованием электроизмерительных приборов следует убедиться в отсутствии оголенных токоведущих частей.
При поломках, неверных показателях прибора после включения необходимо остановить работу и проверить его с помощью специального оборудования. Запрещено работать с неисправными приборами.
Во время работы необходимо следить за отсутствием контакта с опасными частями оборудования. Даже самое минимальное напряжение 12–36В при силе токе в 100 А может привести к травме.
При работе с трансформаторами важно контролировать состояние обмотки (первичной, вторичной). При нарушениях в цепи снижается показатель изоляции, что может спровоцировать несчастный случай. Перед включением трансформатора необходимо устанавливать соответствующие плавкие предохранители.
В случае травматизма во время использования электроизмерительных приборов необходимо предоставить доврачебную помощь. При грамотном использовании электроизмерительного оборудования и следовании правилам техники безопасности исключается риск травматизма в процессе работы.
39. Биполярные транзисторы. Полевые транзисторы
Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор, состоящий из трех областей с чередующимися типами электропроводности и пригодный для усиления мощности.
Выпускаемые в настоящее время биполярные транзисторы можно классифицировать по следующим признакам:
Ø по материалу: германиевые и кремниевые;
Ø по виду проводимости областей: типа р-n-р и n-p-n;
Ø по мощности: малой (Рмах £ 0,3Вт), средней (Рмах £ 1,5Вт) и большой мощности (Рмах > 1,5Вт);
Ø по частоте: низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные и СВЧ.
В биполярных транзисторах ток определяется движением носителей заряда двух типов: электронов и дырок (или основными и неосновными). Отсюда их название – биполярные.
В настоящее время изготавливаются и применяются исключительно транзисторы с плоскостными р-n- переходами.
Устройство плоскостного биполярного транзистора показано схематично на рис. 4.1.
Он представляет собой пластинку германия или кремния, в которой созданы три области с различной электропроводностью. У транзистора типа n-р-n средняя область имеет дырочную, а крайние области – электронную электропроводность.
Транзисторы типа р-n-р имеют среднюю область с электронной, а крайние области с дырочной электропроводностью.
Средняя область транзистора называется базой, одна крайняя область – эмиттером, другая – коллектором. Таким образом в транзисторе имеются два р-n- перехода: эмиттерный – между эмиттером и базой и коллекторный – между базой и коллектором. Площадь эмиттерного перехода меньше площади коллекторного перехода.
Эмиттером называется область транзистора назначением которой является инжекция носителей заряда в базу. Коллектором называют область, назначением которой является экстракция носителей заряда из базы. Базой является область, в которую инжектируются эмиттером неосновные для этой области носители заряда.
Концентрация основных носителей заряда в эмиттере во много раз больше концентрации основных носителей заряда в базе, а их концентрация в коллекторе несколько меньше концентрации в эмиттере. Поэтому проводимость эмиттера на несколько порядков выше проводимости базы, а проводимость коллектора несколько меньше проводимости эмиттера.
От базы, эмиттера и коллектора сделаны выводы. В зависимости от того, какой из выводов является общим для входной и выходной цепей, различают три схемы включения транзистора: с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК).
Входная, или управляющая, цепь служит для управления работой транзистора. В выходной, или управляемой, цепи получаются усиленные колебания. Источник усиливаемых колебаний включается во входную цепь, а в выходную включается нагрузка.
Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия перпендикулярного току электрического поля, создаваемого входным сигналом.
Протекание в полевом транзисторе рабочего тока обусловлено носителями заряда только одного знака (электронами или дырками), поэтому такие приборы называются униполярными (в отличие от биполярных). По физической структуре и механизму работы полевые транзисторы условно делят на 2 группы. Первую образуют транзисторы с управляющим р-n, вторую — транзисторы с управлением посредством изолированного электрода (затвора)
Транзисторы с управляющим p-n переходом
Полевой транзистор с управляющим p-n переходом — это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала p-n переходом, смещенным в обратном направлении.
Такой транзистор имеет два невыпрямляющих контакта к области, по которой проходит управляемый ток основных носителей заряда, и один или два управляющих электронно-дырочных перехода, смещенных в обратном направлении. При изменении обратного напряжения на p-n переходе изменяется его толщина и, следовательно, толщина области, по которой проходит управляемый ток основных носителей заряда. Область, толщина и поперечное сечение которой управляется внешним напряжением на управляющем p-n переходе и по которой проходит управляемый ток основных носителей, называют каналом. Электрод, из которого в канал входят основные носители заряда, называют истоком. Электрод, через который из канала уходят основные носители заряда, называют стоком. Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, называют затвором.
Электропроводность канала может быть как n-, так и p-типа. Поэтому по электропроводности канала различают полевые транзисторы с n-каналом и р-каналом. Все полярности напряжений смещения, подаваемых на электроды транзисторов с n- и с p-каналом, противоположны.
Управление током стока, то есть током от внешнего относительно мощного источника питания в цепи нагрузки, происходит при изменении обратного напряжения на p-n переходе затвора (или на двух p-n переходах одновременно). В связи с малостью обратных токов мощность, необходимая для управления током стока и потребляемая от источника сигнала в цепи затвора, оказывается ничтожно малой. Поэтому полевой транзистор может обеспечить усиление электромагнитных колебании как по мощности, так и по току и напряжению.
От биполярного транзистора полевой транзистор отличается, во-первых, принципом действия: в биполярном транзисторе управление выходным сигналом производится входным током, а в полевом транзисторе — входным напряжением или электрическим полем. Во-вторых, полевые транзисторы имеют значительно большие входные сопротивления, что связано с обратным смещением p-n-перехода затвора в рассматриваемом типе полевых транзисторов. В-третьих, полевые транзисторы могут обладать низким уровнем шума (особенно на низких частотах), так как в полевых транзисторах не используется явление инжекции неосновных носителей заряда и канал полевого транзистора может быть отделен от поверхности полупроводникового кристалла. Процессы рекомбинации носителей в p-n переходе и в базе биполярного транзистора, а также генерационно-рекомбинационные процессы на поверхности кристалла полупроводника сопровождаются возникновением низкочастотных шумов.
Транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы)
Полевой транзистор с изолированным затвором — это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика.
В кристалле полупроводника с относительно высоким удельным сопротивлением, который называют подложкой, созданы две сильнолегированные области с противоположным относительно подложки типом проводимости. На эти области нанесены металлические электроды — исток и сток. Расстояние между сильнолегированными областями истока и стока может быть меньше микрона. Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем (порядка 0,1 мкм) диэлектрика. Так как исходным полупроводником для полевых транзисторов обычно является кремний, то в качестве диэлектрика используется слой двуокиси кремния SiO2, выращенный на поверхности кристалла кремния путем высокотемпературного окисления. На слой диэлектрика нанесен металлический электрод — затвор. Получается структура, состоящая из металла, диэлектрика и полупроводника. Поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором часто называют МДП-транзисторами.
Существуют две разновидности МДП-транзисторов: с индуцированным каналом и со встроенным каналом.
В МДП-транзисторах с индуцированным каналом проводящий канал между сильнолегированными областями истока и стока отсутствует и, следовательно, заметный ток стока появляется только при определенной полярности и при определенном значении напряжения на затворе относительно истока, которое называют пороговым напряжением (UЗИпор).
В МДП-транзисторах со встроенным каналом у поверхности полупроводника под затвором при нулевом напряжении на затворе относительно истока существует инверсный слой — канал, который соединяет исток со стоком.
40. Схемы включения транзисторов в усилительных каскадах
Транзисторные каскады, в зависимости от вариантов подключения транзисторов, подразделяются на:
1 Каскад с общим эмиттером (на схеме показан каскад с фиксированным током базы - это одна из разновидностей смещения транзистора).
2 Каскад с общим коллектором
3 Каскад с общей базой
Каскад с общим эмиттером обладает высоким усилением по напряжению и току. К недостаткам данной схемы включения можно отнести невысокое входное сопротивление каскада (порядка сотен ом), высокое (порядка десятков Килоом) выходное сопротивление. Отличительная особенность - изменение фазы входного сигнала на 180 градусов (то есть - инвертирование). Благодаря высокому коэффициенту усиления схема с ОЭ имеет преимущественное применение по сравнению с ОБ и ОК.
Рассмотрим работу каскада подробнее: при подаче на базу входного напряжения - входной ток протекает через переход "база-эмиттер" транзистора, что вызывает открывание транзистора и, в следствии этого, увеличение коллекторного тока. В цепи эмиттера транзистора протекает ток, равный сумме тока базы и тока коллектора. На резисторе в цепи коллектора, при прохождении через него тока, возникает некоторое напряжение, величиной значительно превышающей входное. Таким образом происходит усиление транзистора по напряжению. Так как ток и напряжение в цепи - величины взаимосвязанные, аналогично происходит и усиление входного тока.
Схема с общим коллектором обладает высоким входным и низким выходным сопротивлениями. Коэффициент усиления по напряжению этой схемы всегда меньше 1. Входное сопротивление каскада с ОК зависит от сопротивления нагрузки (Rн) и больше его (приблизительно) в Н21э раз. (Величина "Н21э" - это статический коэффициент усиления данного экземпляра транзистора, включенного по схеме с Общим Эмиттером). Данная схема используется для согласования каскадов, либо в случае использования источника входного сигнала с высоким входным сопротивлением. В качестве такого источника можно привести, например, пьезоэлектрический звукосниматель или конденсаторный микрофон. Схема с ОК не изменяет фазы входного сигнала. Иногда такую схему называют Эмиттерным повторителем.
Схема включения транзистора с общей базой используется преимущественно в каскадах усилителей высоких частот. Усиление каскада с ОБ обеспечивает усиление только по напряжению. Данное включение транзистора позволяет более полно использовать частотные характеристики транзистора при минимальном уровне шумов. Что такое частотная характеристика транзистора? Это - способность транзистора усиливать высокие частоты, близкие к граничной частоте усиления, Эта величина зависит от типа транзистора. Более высокочастотный транзистор способен усиливать и более высокие частоты. С повышением рабочей частоты, коэффициент усиления транзистора понижается. Если для построения усилителя использовать, например, схему с общим эмиттером, то при некоторой (граничной) частоте каскад перестает усиливать входной сигнал. Использование этого - же транзистора, но включенного по схеме с общей базой, позволяет значительно повысить граничную частоту усиления. Каскад, собранный по схеме с общей базой, обладает низким входным и невысоким выходным сопротивлениями (эти параметры очень хорошо согласуются при работе в антенных усилителях с использованием так называемых "коаксиальных" несимметричных высокочастотных кабелей, волновое сопротивление которых как правило не превышает 100 ом). Если сравнивать величины сопротивлений для каскада с ОЭ и ОБ, то входное сопротивление каскада с ОБ в (1+Н21э) раз меньше, чем с ОЭ, а выходное в (1+Н21э) раз больше. Каскад с ОБ не изменяет фазы входного сигнала.
2. Тема- Ранние государственные образования на территории Казахстана Выполнила- Слямбек Еркежан ID- 2
3. Когда магия является в своей чистоте и неизменной форме она предполагает что в природе явления должны следо
4. Тема- Гормональні препарати Взаимодействие всех систем организма и адаптация к окружающей среде осущест
5. Из истории изучения сельского хозяйства Сибири в начале 1920-х гг
6. Improved Hwk на механической тяге
7. .com-bestpslterium. Самая большая библиотека ВКонтакте Присоединяйтесь Если хочешь знать как выгля
8. Личный план лидер
9. Статья- пойду ли я на дискотеку
10. 411 ДПВ 2 9
11. Тема 9 Основы социальноэкономической статистики и СНС
12. Джерела і основні риси права в україні першої половини 19 віку та початок 20 в
13. то знала что это бессмысленно
14. Сучасний вчитель як педагог та психолог
15. контрольная работа 3 Сельское хозяйство и экономические районы Китая вариант 1 1
16. Prestige hir г Харьков м
17. культурную и административнополитическую сферы
18. ра~nрля-С Какой закон описывает зависимость интенсивности света от толщины вещества закон Бугера
19. Анализ рынка жилья в городе Иркутске.html
20. Подпорожский КДК С