Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Ответы на электротехнику
1
1.Дать определения понятиям: электротехника, электрическая цепь, источник электрической энергии, приемник электрической энергии, передающий элемент.
Электротехника — область технических наук, изучающая получение, распределение, преобразование и использование электрической энергии.
Электри́ческая цепь — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение.
Источники электрической энергии- это электротехническое устройство, преобразующее различные виды энергии в электрическую энергию.
Приемник электрической энергии (потребители) - это устройство, в котором происходит преобразование электрической энергии в другой вид энергии для ее использования
Передающие элементы - связывают источник и приемник (провода, коммуникационная аппаратура)
18.Дать определения: трехфазная цепь, напряжение фазное и линейное, ток фазный и линейный. Какова роль нейтрального провода в четырехпроводной трехфазной цепи?
Трехфазные цепи - это совокупность трех однофазных цепей, в которых действуют синусоидальные э. д. с. одной и той же частоты, сдвинутые по фазе друг относительно друга на угол 2π / 3.
IЛ - линейный ток (это ток, протекающий по линейному проводу)
IФ - фазный ток (это ток, протекающий через обмотку источника или через потребитель)
UЛ - линейное напряжение (это напряжение между двумя линейными проводами или это напряжение между двумя любыми фазами)
UФ - фазное напряжение (это напряжение между любым линейным проводом и нулевым проводом или это напряжение, приложенное к обмотке источника или к потребителю)
Нейтральный (нулевой рабочий) провод — провод, соединяющий между собой нейтрали электроустановок в трёхфазных электрических сетях. Соединение нейтральных точек генератора и приёмника электроэнергии нейтральным проводом позволяет снизить напряжение смещения нейтрали практически до нуля и выровнять фазные напряжения на приёмнике электроэнергии.
34.Назначение и принцип действия трансформатора. Что такое коэффициент трансформации?
Назначение трансформатора. Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.
Трансформаторы позволяют значительно повысить напряжение, вырабатываемое источниками переменного тока, установленными на электрических станциях, и осуществить передачу электроэнергии на дальние расстояния при высоких напряжениях (110, 220, 500, 750 и 1150 кВ). Благодаря этому сильно уменьшаются потери энергии в проводах и обеспечивается возможность значительного уменьшения площади сечения проводов линий электропередачи.
форматоры бывают однофазные и трехфазные, двух- и многообмоточные.
Рис. 212. Схема включения однофазного трансформатора
Принцип действия трансформатора. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Простейший трансформатор состоит из стального магнитопровода 2 (рис. 212) и двух расположенных на нем обмоток 1 и 3. Обмотки выполнены из изолированного провода и электрически не связаны. К одной из обмоток подается электрическая энергия от источника переменного тока. Эту обмотку называют первичной. К другой обмотке, называемой вторичной, подключают потребители (непосредственно или через выпрямитель).
При подключении трансформатора к источнику переменного тока (электрической сети) в витках его первичной обмотки протекает переменный ток i1, образуя переменный магнитный поток Ф. Этот поток проходит по магнитопроводу трансформатора и, пронизывая витки первичной и вторичной обмоток, индуцирует в них переменные э. д. с. е1 и е2. Если к вторичной обмотке присоединен какой-либо приемник, то под действием э. д. с. е2 по ее цепи проходит ток i2.
Коэффициент трансформации- Отношение напряжения на зажимах двух обмоток в режиме холостого кода. Коэффициент трансформации является основной характеристикой трансформатора. Он показывает, насколько изменяются основные параметры электрического тока, после того как он проходит через это устройство. Когда коэффициент трансформации больше 1 – трансформатор называется понижающим, если меньше – повышающим.
, , где
2
2.Дать определения понятиям: постоянный и переменный электрический ток, ЭДС, напряжение.
Постоянный ток — ток, направление и величина которого слабо меняются во времени.
Переменный ток — это ток, величина и (или) направление которого меняются во времени.
Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока.
Напряжение - это физическая величина, характеризующая электрическое поле, которое создает ток.
19.Свойства трехфазной цепи при соединении приемника «звездой». Привести схему.
|
Способ соединения |
Определение |
Схема |
Соотношение между линейными и фазными величинами |
Определение линейных и фазных токов и напряжений |
|
Звездой |
Это такое соединение, при котором концы обмоток источника или концы потребителя соединены в одной точке, которая называется нулевой или нейтральной точкой |
Uл = √3Uф . Iл = Iф . |
Трёхфазный генератор всегда соединяется звездой и всегда симметричен. Фазы генератора обозначаются заглавными буквами А, В, С, нейтральная точка – заглавной буквой N. Начала фаз приём-ника обозначаются строчными буквами а, b, с, концы фаз – x, y, z, а нулевая точка – строчной буквой n.
Преимуществом трёхфазной цепи при соединении звездой является наличие двух напряжений – линейного и фазного.
Линейным проводом называется провод, соединяющий начало каждой фазы генератора с началом соответствующей фазы приёмника.
Линейные напряжения обозначаются: UAB, UBC, UCA – для генератора и Uab, Ubc, Uca – для приёмника. Они измеряются между двумя линейными проводами. Поскольку генератор всегда симметричен, то при любой нагрузке (симметричной и несимметричной) линейное напряжение Uл = UAB = UBC = UCA = Uab = Ubc = Uca.
При симметричной нагрузке
Провода, соединяющие концы фаз приёмника с нейтральной (нулевой) точкой называются фазными проводами, а напряжение, измеренное между началом и концом каждой фазы, называется фазным напряжением, соответственно они обозначаются UA, UB, UC для генератора и Ua, Ub, Uc – для приёмника. При симметричной нагрузке фаз приёмника они равны между собой, при несимметричной – не равны.
Провод, соединяющий нейтральную точку генератора ^ N c нейтральной точкой приёмника n, называется нейтральным (нулевым) проводом, а напряжение, измеренное на нём при его размыкании, называется напряжением смещения нейтрали и обозначается UNn. Это напряжение может быть измерено только в случае несимметричной нагрузки.
Если потенциал нейтральной точки принять за начало отсчета, то фазные напряжения строятся от этой точки под углом 120 друг относительно друга, тогда линейные напряжения равны векторной разности фазных напряжений и образуют замкнутый равносторонний треугольник. При активной нагрузке (как в данной работе) фазные токи также равны и направлены по фазным напряжениям (a = b = c). Ток в нулевом проводе даже при его включении равен нулю и диаграмма представлена на рис. 1.
рис1.
Из этой диаграммы определяется соотношение между линейными и фазными напряжениями.
Действительно:
из заштрихованного треугольника
иначе: Uл = Uф .
При несимметричной нагрузке и отсутствии нулевого провода, когда фазные напряжения и токи не равны, напряжение смещения нейтрали поэтому потенциал нейтральной точки приёмника n смещается относительно потенциала нейтральной точки генератора N, т. е. из центра треугольника линейных напряжений. Векторная диаграмма в этом случае представлена на рис. 2.
Рис. 2
Рис. 3
При несимметричной нагрузке фаз и включённом нулевом проводе происходит выравнивание фазных напряжений приёмника за счёт перераспределения токов в фазах, но появляется ток в нулевом проводе, равный векторной сумме фазных токов . В этом случае векторная диаграмма представлена на рис. 3.
35.Какие потери мощности существуют в трансформаторе и как они определяются? Что такое внешняя характеристика трансформатора?
Основными характеристиками трансформатора являются прежде всего напряжение обмоток и передаваемая трансформатором мощность. Передача мощности от одной обмотки к другой происходит электромагнитным путем, при этом часть мощности, поступающей к трансформатору из питающей электрической сети, теряется в трансформаторе. Потерянную часть мощности называют потерями.
Потери мощности в трансформаторах состоят из потерь активной ▲ Рх и потерь реактивной мощности ▲ Qх.
Потери активной мощности.
Они состоят из двух составляющих:
1) потерь, идущих на нагревание обмоток трансформатора ▲ Р, зависящих от тока нагрузки,
2) потерь, идущих на нагревание стали ▲ Рст, не зависящих от тока нагрузки.
Полные реактивные потери
где Rт - активное сопротивление (0м) обмоток трансформатора, определяемое по величине потерь в меди D Рх (кВт), мощности трансформатора Sном (кВА), номинальному напряжению Uном (кВ) обмотки трансформатора, присоединенной к рассчитываемой линии:
Потери реактивной мощности.
Они состоят из двух составляющих:
1) потерь, вызванных рассеянием магнитного потока в трансформаторе ▲Q, зависящих от квадрата тока нагрузки,
2) потерь, идущих на намагничивание трансформатора ▲Qm , не зависящих от тока нагрузки, которые определяются током х.х.
При этом полные реактивные потери
где Хт - реактивное сопротивление обмоток трансформатора, определяемое напряжением короткого замыкания Uкз,% и сопротивлением Rт.
Внешняя характеристика- зависимость напряжения на вторичной обмотке трансформатора от тока нагрузки U2 = f(I2) при U1 = const и cos φ2 = const.
3
3.Схема замещения, эквивалентная схема замещения.
Схема замещения - это схема, отражающая свойства цепи при определенных условиях.
Эквивалентная схема замещения - это такая схема, в которой токи и напряжения в исследуемой части схемы остаются неизменными.
В эквивалентных схемах используются перечисленные ниже идеальные элементы.
20. Свойства трехфазной цепи при соединении приемников «треугольником». Привести схему.
|
Способ соединения |
Определение |
Схема |
Соотношение между линейными и фазными величинами |
Определение линейных и фазных токов и напряжений |
|
Треугольником |
Это такое соединение, при котором начало одной фазы соединяется с концом другой фазы |
Iл = √3Iф . Uл = Uф . |
36.Электроника. Виды электроники. Устройства информационной электроники.
Электро́ника — наука о взаимодействии электронов с электромагнитными полями и методах создания электронных приборов и устройств для преобразования электромагнитной энергии, в основном для передачи, обработки и храненияи нформации.
Виды электроники:
Информационная электроника – занимается вопросами управления различными процессами.
К устройствам информационной электроники относят: аналоговые усилители и преобразователи сигналов, генераторы сигналов, оптоэлектронные устройства, логические элементы, цифровые устройства, микропроцессорные системы. Они предназначены для измерения, обработки, передачи, хранения и отображения информации.
4
4..Классификация электрических цепей. Активные и пассивные электрические цепи.
Различают активные и пассивные цепи, участки и элементы цепей. Активными называют электрические цепи, содержащие источники энергии, пассивными - электрические цепи, не содержащие источников энергии.
21.Способы включения однофазных и трехфазных приемников в трехфазную четырехпроводную цепь. Привести схему.
Однофазные приемники могут соединяться звездой либо треугольником. Электрические осветительные приборы, являясь в трехфазных цепях типичными несимметричными приемниками, включаются либо звездой в четырехпроводную цепь, либо треугольником в трехпроводную цепь.
треугольникзвезда
37.Основные виды преобразователей. Классификация элементов электроники.
Преобразователь частоты – это устройство, предназначенное для преобразования переменного тока (напряжения) одной частоты в переменный ток (напряжение) другой частоты.
Схема любого преобразователя частоты состоит из силовой и управляющей частей. Силовая часть преобразователей обычно выполнена на тиристорах или транзисторах, которые работают в режиме электронных ключей. Управляющая часть выполняется на цифровых микропроцессорах и обеспечивает управление силовыми электронными ключами, а также решение большого количества вспомогательных задач (контроль, диагностика, защита).
Преобразователи частоты, применяемые в регулируемом электроприводе, в зависимости от структуры и принципа работы силовой части разделяются на два класса:
1. Преобразователи частоты с явно выраженным промежуточным
звеном постоянного тока.
2. Преобразователи частоты с непосредственной связью (без
промежуточного звена постоянного тока).
Преобразователи с непосредственной связью, в которых силовая часть представляет собой управляемый выпрямитель и выполнена на не запираемых тиристорах. Система управления поочередно отпирает группы тиристотров и подключает статорные обмотки двигателя к питающей сети.
Недостатки:
Достоинства:
1. -практически самый высокий КПД относительно других преобразователей (98,5% и выше),
2. -способность работать с большими напряжениями и токами, что делает возможным их использование в мощных высоковольтных приводах,
3. -относительная дешевизна, несмотря на увеличение абсолютной стоимости за счет схем управления и дополнительного оборудования.
Преобразователи с явно выраженным звеном постоянного тока находят наиболее широкое применение в современных частотно регулируемых приводах. В преобразователях этого класса используется двойное преобразование электрической энергии: входное синусоидальное напряжение с постоянной амплитудой и частотой выпрямляется в выпрямителе (В), фильтруется фильтром (Ф), сглаживается, а затем вновь преобразуется инвертором (И) в переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды. Двойное преобразование энергии приводит к снижению к.п.д. и к некоторому ухудшению массогабаритных показателей по отношению к преобразователям с непосредственной связью.
5
5.Резистивный элемент, индуктивность, емкость. Определение и обозначение на электрических схемах. Какая энергия образуется и как она находится.
Резистивным называют идеализированный двухполюсный элемент, для которого связь между напряжением и током можно представить в виде графика, называемого вольт-амперной характеристикой (ВАХ)- Математическая модель резистивного элемента R определяется законом Ома, который устанавливает зависимость напряжения u от тока i, протекающего через сопротивление R. , или .
Резистивный элемент моделирует процесс необратимого преобразования электромагнитной энергии в тепло и другие виды энергии, при этом запасание энергии в электромагнитном поле отсутствует.
Мощность, поглощаемая резистором
Условные обозначения резистивного (а), емкостного (б) и индуктивного (в) элементов.
Индуктивным элементом называется такой элемент электрической цепи, который обладает только свойством накопления энергии магнитного поля. Математической моделью индуктивного элемента L является вебер-амперная характеристика, которая устанавливает зависимость суммарного магнитного потока, образованного в витках катушки, (потокосцепления ψ) от величины протекающего через катушку тока i. Уравнение, описывающее свойства индуктивного элемента имеет вид:
,, где w – число витков катушки; n – номер витка, с которым сцеплен поток Фn, L – индуктивность катушки. Мощность электрических колебаний в индуктивном элементе под действием запасенной энергии согласно равна: , откуда.
Емкостным элементом называют элемент электрической цепи, обладающий только свойством накапливать энергию электрического поля. Математической моделью емкостного элемента С является вольт-кулоновая характеристика, которая устанавливает зависимость напряжения u от сообщенного емкости C электрического заряда q и определяется выражением: , или .
Мощность электрических колебаний в емкостном элементе под действием запасенной в ней энергии к любому моменту времени t определяется выражением:
, откуда .
22.Как определяется мощность трехфазной цепи при соединении приемников «звездой» и «треугольником». Заземление и зануление в трехфазных цепях.
Активная мощность каждой фазы:
При соединении звездой
Треугольником
Активная мощность трех фаз:
при соединении звездой
треугольником
при симметричной нагрузке
На практике пользуются линейными значениями напряжения и тока. Тогда активная мощность для симметричной нагрузки
.
Часто индекс "Л" опускается
.
Для реактивной и полной мощностей
Занулением называется электрическое соединение металлических нетоковедущих частей электроустановок с заземленной нейтралью вторичной обмотки трехфазного понижающего трансформатора или генератора, с заземленным выводом источника однофазного тока, с заземленной средней точкой в сетях постоянного тока.
Принцип действия зануления основан на возникновении короткого замыкания при пробое фазы на нетоковедущую часть часть прибора или устройства, что приводит к срабатыванию системы защиты (автоматического выключателя или перегоранию плавких предохранителей).
Зануление - основная мера защиты при косвенном прикосновении в электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью. Поскольку нейтраль заземлена, зануление можно рассматривать как специфическую разновидность заземления.
38.Полупроводник. Электропроводимость полупроводников. Основные и не основные носители.
Полупроводни́к — материал, который по своей удельной проводимости занимает промежуточное место между проводниками и диэлектрикамии отличается от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения. Основным свойством полупроводника является увеличение электрической проводимости с ростом температуры. Наиболее часто используются кремний, арсенид галлия, селен, германий, теллур, разные оксиды, сульфиды, нитриды и карбиды.
Полупроводники характеризуются как свойствами проводников, так и диэлектриков. В полупроводниковых кристаллах атомы устанавливают ковалентные связи (то есть, один электрон в кристалле кремния, как и алмаза, связан двумя атомами), электронам необходим уровень внутренней энергии для высвобождения из атома (1,76·10−19 Дж против 11,2·10−19 Дж, чем и характеризуется отличие между полупроводниками и диэлектриками). Эта энергия появляется в них при повышении температуры (например, при комнатной температуре уровень энергии теплового движения атомов равняется 0,4·10−19 Дж), и отдельные атомы получают энергию для отрыва электрона от атома. С ростом температуры число свободных электронов и дырок увеличивается, поэтому в полупроводнике, не содержащем примесей, удельное сопротивление уменьшается. Условно принято считать полупроводниками элементы с энергией связи электронов меньшей чем 1,5—2 эВ. Электронно-дырочный механизм проводимости проявляется у собственных (то есть без примесей) полупроводников. Он называется собственной электрической проводимостью полупроводников.
Во время разрыва связи между электроном и ядром появляется свободное место в электронной оболочке атома. Это обуславливает переход электрона с другого атома на атом со свободным местом. На атом, откуда перешёл электрон, входит другой электрон из другого атома и т. д. Это обуславливается ковалентными связями атомов. Таким образом, происходит перемещение положительного заряда без перемещения самого атома. Этот условный положительный заряд называют дыркой.
В полупроводниках носителями заряда являются электроны и дырки. Отношение их концентраций определяет тип проводимости полупроводника. Те носители, концентрация которых выше, называют основными носителями заряда, а носители другого типа — неосновными.
Если концентрация электронов значительно превосходит концентрацию дырок, то такой полупроводник называют полупроводником n-типа проводимости. В этом случае основными носителями заряда являются электроны, а неосновными носителями — дырки.
Соответственно, если концентрация дырок выше, чем электронов, то полупроводник называют полупроводником p-типа. В нем основными носителями являются дырки, а неосновными носителями — электроны.
Концентрация равновесных носителей заряда в полупроводнике определяется только температурой образца и концентрацией легирующих примесей. Под действием внешних воздействий (инжекция, облучение образца светом, ионизирующими частицами или ионизирующим излучением) в полупроводнике возникают неравновесные носители заряда, и полная концентрация носителей заряда увеличивается.
6
6.Работа резистивного элемента в цепи постоянного тока. Привести схему и временные диаграммы.
Резистор – это пассивный элемент, характеризующийся резистивным сопротивлением. Последнее определяется геометрическими размерами тела и свойствами материала: удельным сопротивлением r (Ом´ м) или обратной величиной – удельной проводимостью (См/м).
В простейшем случае проводника длиной и сечением S его сопротивление определяется выражением
Основной характеристикой резистивного элемента является зависимость (или ), называемая вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Если зависимость представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат (см.рис. 1,б), то резистор называется линейным и описывается соотношением
или, где - проводимость. При этом R=const.
Нелинейный резистивный элемент, ВАХ которого нелинейна (рис. 1,б) характеризуется несколькими параметрами. В частности безынерционному резистору ставятся в соответствие статическое и дифференциальное сопротивления.
Резистивные элементы в цепях постоянного тока могут быть использованы и в качестве обогревочных. Наиболее часто их используют в качестве токоограничительных, в качестве делителей напряжения, во времязадающих цепочках и частотных фильтрах совместно с емкостными и индуктивными элементами.
23.Устройство и принцип действия двигателя постоянного тока.
Двигатель постоянного тока — электрическая машина, машина постоянного тока, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию.
Состоит из статора, якоря, коллектора, щеткодержателя и подшипниковых щитов (рисунок 1). Статор состоит из станины (корпуса), главных и добавочных полюсов, которые имеют обмотки возбуждения. Эту неподвижную часть машины иногда называют индуктором. Главное его назначение — создание магнитного потока. Станина изготавливается из стали, к ней болтами крепятся главные и добавочные полюса, а также подшипниковые щиты. Сверху на станине имеются кольца для транспортирования, снизу — лапы для крепления машины к фундаменту. Стальные листы сердечника полюса спрессованы и скреплены заклепками.
Рисунок 1 – Машина постоянного тока:
I — вал; 2 — передний подшипниковый щит; 3 — коллектор; 4 — щеткодержатель; 5 — сердечник якоря с обмоткой; б — сердечник главного полюса; 7 — полюсная катушка; 8 — станина; 9 — задний подшипниковый щит; 10 — вентилятор; 11 — лапы; 12 — подшипник
В полюсах различают сердечник и наконечник. На сердечник надевают обмотку возбуждения, по которой проходит ток, создавая магнитный поток. Обмотка возбуждения наматывается на металлический каркас. Для лучшего охлаждения катушку делят на несколько частей, между которыми оставляют вентиляционные каналы. Добавочные полюса устанавливаются между главными. Они служат для улучшения коммутации. Их обмотки включаются последовательно в цепь якоря, поэтому проводники обмотки имеют большое сечение.
Якорь машины постоянного тока состоит из вала, сердечника, обмотки и коллектора. На внешней поверхности якоря имеются пазы для обмотки.
Обмотка якоря изготавливается из медных проводов круглого или прямоугольного сечения в виде заранее выполненных секций. Они укладываются в пазы, где тщательно изолируются. Наиболее распространены арочные коллекторы.
В быстроходных машинах большой мощности для предотвращения выпучивания пластин под действием центробежных сил применяют внешние изолированные бандажные кольца.
Щеточный аппарат состоит из траверсы, щеточных пальцев (болтов), щеткодержателей и щеток. Траверса предназначена для крепления на ней щеточных пальцев щеткодержателей, образующих электрическую цепь.
Подшипниковые щиты электрической машины служат в качестве соединительных деталей между станиной и якорем, а также опорной конструкцией для якоря, вал которого вращается в подшипниках, установленных в щитах.
Принцип действия двигателя. То же устройство работает в режиме электрического двигателя (рис. 1.5), если к щеткам подвести постоянное напряжение. Под действием напряжения U через щетки, пластины коллектора и виток потечет ток i. По закону электромагнитной силы (закон Ампера) взаимодействие тока и магнитного поля В создает силу f, которая направлена перпендикулярно i. Направление силы f определяется правилом левой руки (рис. 1.5): на верхний проводник сила действует вправо, на нижний – влево. Эта пара сил создает вращающий момент Мвр, поворачивающий виток по часовой стрелке. При переходе верхнего проводника в зону южного полюса, а нижнего – в зону северного полюса концы проводников и соединенные с ними коллекторные пластины вступают в контакт со щетками другой полярности.
Рис.1.5
Направление тока в проводниках витка изменяется на противоположное, а направление сил f,момента Мвр и тока во внешней цепи не изменяется. Виток непрерывно будет вращаться в магнитном поле и может приводить во вращение вал рабочего механизма (РМ).
Таким образом, коллектор в режиме двигателя не только обеспечивает контакт внешней цепи с витком, но и выполняет функцию механического инвертора, т.е. преобразует постоянный ток во внешней цепи в переменный ток в витке.
Рассмотрение принципа действия показывает, что машина постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, т. е. обладает свойством обратимости.
39.Донорные и акцепторные примеси. Их влияние на основные и не основные носители.
Донорные примеси - атомы химических элементов, внедренные в кристаллическую решетку полупроводника и создающие дополнительную концентрацию электронов.Донорными примесями являются химические элементы, внедренные в полупроводник с меньшей, чем у примеси, валентностью.
Акцепторные примеси - атомы химических элементов, внедренные в кристаллическую решетку полупроводника и создающие дополнительную концентрацию дырок.Акцепторными примесями являются химические элементы, внедренные в полупроводник с большей, чем у примеси, валентностью
7
7.Работа емкости в цепи постоянного тока. Привести схему и временные диаграммы.
Конденсатор в цепи постоянного тока ведет себя наоборот по сравнению с индуктивностью. Его сопротивление в момент подачи напряжения равно почти нулю и ток в цепи ограничен только токоограничительным резистором R. Соответственно, напряжение в первый момент на емкости нулевое. Постепенно сопротивление конденсатора постоянному току возрастает, ток в цепи падает, а конденсатор постепенно "берет на себя" все напряжение источника. После зарядки напряжение конденсатора равно напряжению источника, только в обратной полярности. Такие схемы получили название схем замещения (рис 3а). Из нее видно, что источник напряжения и конденсатор представляют из себя как бы две батарейки, включенные не последовательно(иначе напряжения сложились бы, что противоречило бы имеющемуся нулевому току), а навстречу друг другу. В электрической цепи, содержащей емкостной элемент, электрические заряды могут не только перемещаться по ее элементам, но также накапливаться в них, создавая запас энергии W = CU²/2.
24.Особенности и способы пуска двигателя постоянного тока.
Для двигателей постоянного тока могут быть применены три способа пуска:
1) прямой, при котором обмотка якоря подключается непосредственно к сети; Обычно в двигателях постоянного тока падение напряжения IHOMΣRa во внутреннем сопротивлении цепи якоря составляет 5..10% от UΗΟΜ, поэтому при прямом пуске ток якоря Iп= Uном/ΣRа= (10...20)Iном, что создает опасность поломки вала машины и вызывает сильное искрение под щетками. Поэтому прямой пуск применяют в основном для двигателей малой мощности (до нескольких сотен ватт), в которых сопротивление ΣRa относительно велико, и лишь в отдельных случаях для двигателей с последовательным возбуждением мощностью в несколько киловатт.
2) реостатный, при котором в цепь якоря включается пусковой реостат для ограничения тока; Этот способ получил наибольшее применение. Для ограничения тока в цепь якоря включают пусковой реостат Rn. Он обычно имеет несколько ступеней R1, R2, R3, которые в процессе пуска замыкают накоротко специальными выключателями 1,2,3. При этом сопротивление реостата постепенно уменьшается, что обеспечивает высокое значение пускового момента в течении всего времени разгона двигатля.
3) путем плавного повышения питающего напряжения, которое подается на обмотку якоря. При реостатном пуске возникают довольно значительные потери энергии в пусковом реостате. Этот недостаток можно устранить, если пуск двигателя осуществить при пониженном напряжении с последующим плавным повышением напряжения, подаваемого на его обмотку. Однако для этого необходимо иметь отдельный источник постоянного тока с регулируемым напряжением (генератор или управляемый выпрямитель). Такой источник используют также для регулирования частоты вращения двигателя
40.Полупроводниковые диоды. Принцип работы.
Диод - электронный прибор, обладающий свойством односторонней проводимости. То есть, если приложить к нему напряжение одной полярности, то через него потечет ток, а если противоположной полярности, то нет.
Полупроводниковый диод имеет два вывода. Выводы называются: Анод и Катод. Полупроводниковый диод обладает свойством односторонней проводимости. Диод проводит ток, если к аноду приложить положительное напряжение, а к катоду отрицательное. Если наоборот, то проводимость отсутствует.
Полупроводниковый диод позволяет создавать асимметричные с точки зрения полярности сигнала, схемы. Например, выпрямители, преобразующие переменный ток в пульсирующий однополярный, или детекторы, преобразующие выделяющие низкочастотную огибающую из высокочастотного сигнала.
На схемах полупроводниковый диод обозначается, как показано на рисунке.
8
8.Работа индуктивности в цепи постоянного тока. Привести схему и временные диаграммы.
Если в электрическую цепь включить индуктивность, то она будет препятствовать мгновенному появлению полного тока в отличие от резистора. Здесь для примера R = 3Ома, L = 0,1Гн. В момент включения сопротивление катушки будет велико и она возьмет на себя все напряжение источника, а ток будет нулевым. Постепенно сопротивление катушки будет уменьшаться, напряжение на ней будет также уменьшаться, а ток через нее возрастать. В конце концов сопротивление катушки станет почти нулевым, а ток максимамальным и его величина будет ограничена лишь резистором R, выполняющим в данном случае роль ограничительно сопротивления в тот момент, когда сопротивление катушки станет нулевым, чтобы не возникло короткого замыкания. Это явление получило название самоиндукции. Она препятствует нарастанию силы тока при включении и убыванию силы тока при выключении. Явление самоиндукции можно наблюдать, собрав цепь из катушки, резистора и двух ламп(рис.2а). Резистор должен иметь такое же сопротивление, как и провод катушки. Опыт покажет, что при замыкании цепи лампа, включенная последовательно с катушкой, загорить позже, чем включенная с резистором. Нарастанию тока будет препятствовать явление самоиндукции, рассмотренная на рис.2. При отключении вспыхнут обе лампы. Резкому убыванию тока будет препятствовать все та же самоиндукция. Протекание тока в электрической цепи, содержащей индуктивность, сопровождается возникновением магнитного поля в окружающей среде. Магнитному полю присуща энергия, равная работе, совершаемой электрическим током I в процессе создания поля и численно равная W = LI²/2.
25.Какими способами можно регулировать частоту вращения ротора двигателя постоянного тока?
Регулирование частоты вращения ротора электродвигателя постоянного тока осуществляется изменением: тока возбуждения двигателя, напряжения, подводимого к двигателю, и сопротивления в цепи якоря. Наиболее широкое применение получили первые два способа регулирования; третий способ применяют редко, так как частота вращения ротора двигателя при этом значительно зависит от колебаний нагрузки. Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения встречает трудности, связанные со сложностью преобразования напряжения постоянного тока. Для этой цели либо применяют статические преобразователи напряжения, либо питают двигатель от отдельного генератора постоянного тока, допускающего плавное регулирование напряжения (система генератор — двигатель). Такие системы применяют лишь для отдельных специальных приводов, требующих регулирования частоты вращения по сложной программе, например для главных двигателей прокатных станов. Регулирование частоты вращения потоком является наиболее экономичным способом, так как потери в регулировочных резисторах, включаемых для этой цели последовательно с обмоткой возбуждения, невелики из-за малого тока возбуждения. Однако этот способ позволяет лишь увеличивать частоту вращения двигателей по сравнению с номинальной. Такой способ регулирования предусмотрен для всех серийных двигателей постоянного тока. Включение добавочного резистора в цепь якоря (добавочного сопротивления (Rя = Rя + Rдоб)) дает возможность плавно регулировать частоту вращения, но сопряжено с большими потерями в регулировочном реостате, по которому проходит полный ток нагрузки. Этот способ используется, например, для регулирования частоты вращения тяговых двигателей.
41.Выпрямители, их основные параметры. Однофазные однополупериодные выпрямители. Схема, принцип работы.
Выпрямительное устройство предназначено для преобразования переменного тока в постоянный и состоит из трех узлов: трансформатора, выпрямителя и сглаживающего фильтра. В случае необходимости в выпрямитель добавляется стабилизатор напряжения.
Режим работы выпрямителя в основном определяется типом фильтра, включенного на его выходе. В маломощных выпрямителях, которые питаются от однофазной сети переменного тока, применяются емкостные фильтры, Г- образные LC, RC и П-образные CLC и CRC фильтры.
Емкостный фильтр характерен для выпрямителей, рассчитанных на малые токи нагрузки, и, в общем случае, представляет собой обычный конденсатор, подключенный параллельно нагрузки для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Реакция нагрузки на выпрямитель зависит от емкости конденсатора, сопротивление которого для переменной составляющей на много меньше сопротивления нагрузки.
Если же фильтр выпрямителя начинается с дросселя, обладающего большой индуктивностью, то нагрузка выпрямителя - индуктивная.
Выпрямитель характеризуется: выходными параметрами, режимом работы диодов и параметрами трансформатора.
Выходные параметры выпрямителя:
Выпрямители по однополупериодной схеме применяются в основном с емкостным фильтром и обычно рассчитаны на выпрямленные токи до десятков миллиампер.
К достоинствам такого выпрямителя относится: простота и возможность работать без наличия трансформатора. К недостаткам: низкая частота пульсаций, высокое обратное напряжение на вентиле, плохое использование трансформатора (если он есть), подмагничивание сердечника постоянным током.
Однополупериодная схема - в которой ток проходит через вентиль только в течение одного полупериода переменного напряжения источника
Трансформатор играет двойную роль: он служит для подачи на вход выпрямителя ЭДС , соответствующей заданной величине выпрямленного напряжения и ообеспечивает гальваническую развязку цепи нагрузки и питающей сети. Параметры, относящиеся к цепи постоянного тока, то есть к выходной цепи выпрямителя, принято обозначать с индексом (от английского слова direct – прямой): – сопротивление нагрузки; – мгновенное значение выпрямленного напряжения; – мгновенное значение выпрямленного тока.
9
9.Работа резистивного элемента в электрических цепях переменного тока. Какая мощность определяется и чему она равна за период. Привести схему и временные диаграммы.
В резистивных элементах электрическая энергия преобразуется в тепловую. По своему действию на ток сопротивления подразделяются на активное, индуктивное и реактивное. Активное сопротивление R на схемах обозначаются как резисторы, индуктивные L как катушки индуктивности, а реактивные C как конденсаторы. В разделе реактивные выделяют три вида сопротивлений: индуктивное xL и емкостное хс и собственно реактивное. XL = ωL. Величина xL линейно зависит от частоты.
XC = 1 / ωC. Величина хс зависит от частоты по обратно-пропорциональному закону. Просто реактивным сопротивлением цепи называют величину X = XL - XC.
Соотношение между комплексными значения тока и напряжения для резистивного элемента наглядно иллюстрируется векторной диаграммой. Из векторной диаграммы также видно, что векторы комплексных значений тока и напряжения резистивного элемента совпадают по фазе. На диаграмме это показано стрелками тока и напряжения в одном напряжении с разностью в 0°, т.е. ψi = ψu.
Схема включения в цепь переменного тока активного сопротивления (а), кривые тока i, напряжения и, мощности р (б) и векторная диаграмма (в)
Полное сопротивление. Полным сопротивлением цепи называют величину .
По аналогии с мощностью в цепях постоянного тока P = U I, в цепях переменного тока рассматривают мгновенную мощность p = u i.
Мощность за период Т:
.
,
26.Как осуществить реверсирование двигателя постоянного тока?
Под реверсированием двигателя понимают изменение направления вращения его якоря. В основном, управление двигателями постоянного тока происходит по 2-х проводной линии. В случае необходимости смены направления вращения требуется поменять местами провода либо на якоре, либо на обмотке возбуждения. Для этого можно использовать различные коммутационные приборы.
42.Однофазный двухполупериодный выпрямитель с выводом средней точки трансформатора. Схема, принцип работы.
Двухполупериодный с выводом от средней точки (рис 2.) в основном работает с емкостным, Г- и П- образным RC и LC фильтрами. Достоинства такого выпрямителя - повышенная частота пульсаций, малое число вентилей, возможность использовать общего радиатора для диодов без изоляции. К недостаткам данной схемы можно отнести: большая габаритная мощность трансформатора по сравнению с мостовой схемой и по схеме удвоения напряжения, повышенное обратное напряжение на диодах.
Схема обеспечивает прохождение тока через нагрузку в течение обоих полупериодов. Во время положительного полупериода работает первая половина вторичной обмотки ( IIа ). Ток идёт от плюса вторичной обмотки трансформатора через диод V1, нагрузку Rн и на среднюю точку вторичной обмотки. В это время к аноду диода V2 приложен минус, а к катоду – плюс, и диод закрыт. Во время отрицательного полупериода картина меняется: будет открыт диод V2, а диод V1 – закрыт ( для этого случая знаки указаны в скобках). В этот полупериод ток протекает за счёт напряжения на обмотке IIб.
10
10.Работа емкости в электрических цепях переменного тока. Какая мощность определяется и чему она равна за период. Привести схему и временные диаграммы.
Емкостной элемент(конденсатор) ведет себя по сравнению с индуктивностью с точностью до наоборот. Здесь ток опережает напряжение на 90°. Физически это означает, что в момент включения цепи ток в ней будет максимальным. По мере зарядки конденсатора напряжение на нем будет приближаться к напряжению источника и как только они сравняются, ток в цепи будет ноль. После этого в следующую четверть периода начнется разрядка напряжения, а ток будет возрастать. Далее синусоидальное напряжение сменит полярность и процесс повторится. Мгновенная мощность в емкостном элементе положительна в те интервалы времени, в течение которых напряжение(а не ток, как в индуктивном элементе) возрастает(независимо от знака). В течение этих интервалов происходит зарядка емкости и в его электрическом поле накапливается энергию. При уменьшении напряжения (опять-таки по модулю, т.е по абсолютному значению)на емкости мгновенная мощность отрицательна. Емкостной элемент разряжается и энергия, запасенная в его электрическом поле, возвращается к источнику. Таким образом, в емкостном элементе, так же как и в индуктивном, синусоидальный ток не совершает работы.
На векторной диаграмме показано, что вектор комплексного значения тока конденсатора IС опережает по фазе вектор комплексного значения напряжения конденсатора UС на угол п/2 (90°).
Энергетический режим емкостного элемента принято определять реактивной емкостной мощностью QC = I2 XC измеряется в ВАр (вольт-ампер реактивный).
Среднее значение мощности за период здесь равно нулю.
27.Что такое механическая и регулировочная характеристики двигателя постоянного тока?
Важнейшей из характеристик является механическая n (Мс) – зависимость частоты вращения n от момента на валу. Горизонтальная ось (абсцисс) — момент на валу ротора, вертикальная ось (ординат) — частота вращения ротора. Механическая характеристика ДПТ есть прямая, идущая с отрицательным наклоном. Она показывает влияние механической нагрузки (момента) на валу двигателя на частоту вращения, что особенно важно знать при выборе и эксплуатации двигателей. Другие характеристики двигателей: регулировочная скоростная n (Iя), рабочие М, Р1, n , I, h(Р2). Механические характеристики могут быть естественными и искусственными. Под естественными характеристиками понимаются характеристики, снятые при отсутствии в схеме каких-либо дополнительных сопротивлений, например, реостатов в цепях якоря или возбуждения, искусственными – при наличии таких сопротивлений.
Регулировочная характеристика ДПТ строится при определённом моменте, развиваемом двигателем. В случае построения регулировочных характеристик для нескольких значений момента на валу ротора, говорят о семействе регулировочных характеристик ДПТ.
43.Мостовой однофазный двухполупериодный выпрямитель. Схема, принцип работы.
Однофазный выпрямитель по мостовой схеме (рис.3) является наилучшим вариантом по техническим и экономическим показателям. Мостовая схема так же является двухполупериодной. Форма напряжения на нагрузке оказывается такой же, как и на схеме со средней точкой. Рабочее напряжение конденсатора так же равняется амплитуде переменного напряжения на вторичной обмотке. Мостовая схема содержит четыре диода. В течение одной половины периода ток проходит от верхнего по схеме вывода вторичной обмотки через диод VD1, нагрузку, диод VD2 и к нижнему выводу обмотки. В течение следующей полуволны ток проходит от нижнего по схеме вывода вторичной обмотки, через VD3, нагрузку, VD4 и к верхнему выводу обмотки. Таким образом, В течении обоих полупериодов диодами выпрямляется одно и тоже напряжение вторичной обмотки, и составляющая пульсации с частотой 50 Гц отсутствует. Так как ток нагрузки проходит через диоды поочередно, то ток каждого диода будет равен половине тока нагрузки.
Увеличение числа диодов в мостовой схеме окупается вдвое меньшим числом витков вторичной обмотки, уменьшением пульсаций, относительно небольшим обратным напряжением, хорошим использованием трансформатора, возможностью работать от сети переменного тока без трансформатора. К недостаткам такой схемы можно отнести повышенное падение напряжения на диодном комплекте.( падение напряжения на кремневом диоде может достигать порядка 1В. А на двух последовательных - соответственно 2В как в мостовой схеме. Таким образом, если выпрямитель рассчитан на низкое напряжение, соизмеримое с падением напряжения на диодах, нужно будет увеличивать напряжение вторичной обмотки трансформатора), невозможность установки, используемых диодов на одном радиаторе без изолирующих прокладок.
11
11.Работа индуктивности в электрических цепях переменного тока. Какая мощность определяется и чему она равна за период. Привести схему и временные диаграммы.
Главным параметром является индуктивность L. - Генри (Гн). индуктивный элемент характеризуется преобразованием электрической энергии в энергию магнитного поля.
Изменение тока в цепи с индуктивностью L вызывает возникновение ЭДС самоиндукции, которая по закону Ленца противодействует изменению тока. При увеличении ЭДС еL действует навстречу току, а при уменьшении – в направлении тока, противодействуя его уменьшению:
На векторной диаграмме показано, что вектор комплексного значения тока IL отстает по фазе от вектора комплексного значения напряжения UL на угол п/2 (90°).
Среднее значение мощности за период здесь равно нулю.
Реактивная (индуктивная) мощность QL = (Um Im) / 2, QL = I2 XL.
28.Объясните устройство асинхронного двигателя и назначение основных узлов.
Асинхронная машина — это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора. В основном они применяются в качестве электродвигателей и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую.
Неподвижная часть машины называется статор, подвижная – ротор. Сердечник статора набирается из листовой электротехнической стали и запрессовывается в станину. На рис. 2.1 показан сердечник статора в сборе. Станина (1) выполняется литой, из немагнитного материала. На внутренней поверхности листов (2), из которых выполняется сердечник статора, имеются пазы, в которые закладывается трёхфазная обмотка (3). Обмотка статора выполняется в основном из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения, реже – из алюминия.
Обмотка статора состоит из трёх отдельных частей, называемых фазами. Начала фаз обозначаются буквами c1,c2,c3, концы – c4,c5,c6.
Начала и концы фаз выведены на, закреплённый на станине. Обмотка статора может быть соединена по схеме звезда (рис. 2.2.б) или треугольник (рис. 2.2.в). Выбор схемы соединения обмотки статора зависит от линейного напряжения сети и паспортных данных двигателя. Основное назначение обмотки статора – создание в машине вращающего магнитного поля
Сердечник ротора (рис. 2.3.б) набирается из листов электротехнической стали, на внешней стороне которых имеются пазы, в которые закладывается обмотка ротора. Обмотка ротора бывает двух видов: короткозамкнутая и фазная. Соответственно этому асинхронные двигатели бывают с короткозамкнутым ротором и фазным ротором (с контактными кольцами).
Рис. 2.3
Короткозамкнутая обмотка (рис. 2.3) ротора состоит из стержней 3, которые закладываются в пазы сердечника ротора. С торцов эти стержни замыкаются торцевыми кольцами 4. Такая обмотка напоминает “беличье колесо” и называют её типа “беличьей клетки” (рис. 2.3.а). Двигатель с короткозамкнутым ротором не имеет подвижных контактов. За счёт этого такие двигатели обладают высокой надёжностью. На рис. 2.4 приведен вид асинхронной машины с фазным ротором в разрезе: 1 – станина, 2 – обмотка статора, 3 – ротор, 4 – контактные кольца, 5 – щетки.
Рис. 2.4
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. На рис.
На рис. 2.6 приведен вид асинхронной машины с короткозамкнутым ротором в разрезе: 1 – станина, 2 – сердечник статора, 3 – обмотка статора, 4 – сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой, 5 – вал.
Рис. 2.6
44.Сглаживающие фильтры. Схемы и принцип работы.
Сглаживающий фильтр – это электротехническое устройство, предназначенное для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения.
Фильтр включается между выпрямляющими элементами и нагрузкой.
Основная характеристика сглаживающего фильтра – коэффициент сглаживания пульсаций (q). Это отношение коэффициента пульсации на входе фильтра к коэффициенту пульсации на выходе фильтра :
Виды фильтров:
Емкостной фильтр представляет собой конденсатор, включенный параллельно нагрузке.
При отсутствии емкости С через нагрузку R проходит пульсирующий. При наличии емкости С в положительные полупериоды часть тока идет через нагрузку, а часть тока на зарядку конденсатора, который заряжается и накапливает энергию.
В отрицательные полупериоды конденсатор отдаёт накопленную энергию в нагрузку. Ток через нагрузку становиться непрерывным. Пульсация напряжения и тока понижается.
Условие эффективной работы емкостного фильтра:
Хс<<R (Хс = 1 / ωC)
2.Индуктивный фильтр.
Индуктивный фильтр представляет собой дроссель ( катушку с сердечником ), включенную последовательно с сопротивлением нагрузки.
В первую половину положительного полупериода, когла через дроссель ток возрастает, дросель накапливает энергию в виде магнитного поля катушки. Когда ток через дроссель уменьшается, энергия магнитного поля катушки переходит в электрическое поле, поддерживая ток через нагрузку. Коэффициент пульсации такого фильтра тем меньше, чем больше индуктивность дроселя. Графики напряжения и тока на сопротивлении нагрузки для емкостного и индуктивного фильтров качественно совпадают.
Условие эффективной работы индуктивного фильтра:
ХL>>R (ХL = Lω )
12
12.Электрическая цепь переменного тока с последовательным соединением элементов R, L, C. Привести схему цепи и вывод закона Ома для нее.
Закон Ома для цепи переменного тока:
U=I*Z
Где:
U - напряжение, В
I - ток, А
Z - полное сопротивление, Ом
29.Объясните получение вращающегося МП.
На обмотку статора подается переменное напряжение, под действием которого по этим обмоткам протекает ток и создает вращающееся магнитное поле. Магнитное поле воздействует на обмотку ротора и по закону электромагнитной индукции наводит в них ЭДС. В обмотке ротора под действием наводимой ЭДС возникает ток. Ток в обмотке ротора создаёт собственное магнитное поле, которое вступает во взаимодействие с вращающимся магнитным полем статора. В результате на каждый зубец магнитопровода ротора действует сила, которая, складываясь по окружности, создает вращающий электромагнитный момент, заставляющий ротор вращаться.
45.Транзистор. Назначение, схемы и принцип работы биполярных транзисторов.
Транзистором называется полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления и генерирования электрических колебаний. Он представляет собой кристалл, помещенный в корпус, снабженный выводами. Кристалл изготовляют из полупроводникового материала. По своим электрическим свойствам полупроводники занимают некоторое промежуточное положение между проводниками и непроводниками тока (изоляторами). Небольшой кристалл полупроводникового материала (полупроводника) после соответствующей технологической обработки становится способным менять свою электропроводность в очень широких пределах при подведении к нему слабых электрических колебаний и постоянного напряжения смещения. Кристалл помещают в металлический или пластмассовый корпус и снабжают тремя выводами, жесткими или мягкими, присоединенными к соответствующим зонам кристалла. Металлический корпус иногда имеет собственный вывод, но чаща с корпусом соединяют один из трех электродов транзистора.
В настоящее время находят применение транзисторы двух видов — биполярные и полевые. Биполярные транзисторы появились первыми и получили наибольшее распространение. Поэтому обычно их называют просто транзисторами. Полевые транзисторы появились позже и пока используются реже биполярных.
Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от полевого транзистора, используются заряды одновременно двух типов, носителями которых являются электроны и дырки (от слова «би» — «два»). Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.
Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же главное отличие коллектора — бо́льшая площадь p — n-перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.
Биполярный транзистор состоит из трёх различным образом легированных полупроводниковых зон: эмиттера E, базы B и коллектора C. В зависимости от типа проводимости этих зон различают NPN (эмиттер − n-полупроводник, база − p-полупроводник, коллектор − n-полупроводник) и PNP транзисторы. К каждой из зон подведены проводящие контакты. База расположена между эмиттером и коллектором и изготовлена из слаболегированного полупроводника, обладающего большим сопротивлением. В активном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении (закрыт). Для определённости рассмотрим npn транзистор, все рассуждения повторяются абсолютно аналогично для случая pnp транзистора, с заменой слова «электроны» на «дырки», и наоборот, а также с заменой всех напряжений на противоположные по знаку. В npn транзисторе электроны, основные носители тока в эмиттере, проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками). Однако, из-за того что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, большая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора[1]. Сильное электрическое поле обратно смещённого коллекторного перехода захватывает электроны, и проносит их в коллектор. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб + Iк). Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = α Iэ) называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α 0.9 — 0.999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α / (1 − α) =(10..1000). Таким образом, изменяя малый ток базы, можно управлять значительно большим током коллектора.
Существует три основные схемы включения транзисторов
Рис. 1 - Схема включения транзистора с общим эмиттером является наиболее распространненой, т. к. дает наибольшее усиление по мощности.
Рис. 2 - Схема включения транзистора с общей базой. Такая схема включения не дает значительного усиления, но обладает хорошими частотными и температурными свойствами.
Рис. 3 - Схема включения транзистора с общим коллектором. Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. е. очень сильна отрицательная обратная связь.
13
13.Режимы работы цепи переменного тока с последовательным соединением элементов R, L, C. Какие свойства возникают в цепи при резонансе напряжений.
Режимы работы эл. Цепей, т.е. ее состояние, определяется значениями электрических токов, напряжения и мощности ее отдельных элементов.
Резонансом в электрических цепях называется режим участка электрической цепи, содержащей индуктивный (ХL) и емкостной (ХС) элементы, при котором угол сдвига фаз между напряжением и током равен нулю (). Различают резонанс напряжений и резонанс токов.
При этом индуктивное сопротивление равно емкостному, то есть .
Угол сдвига фаз определяется по формуле:
При или можно записать
Из последнего соотношения следует, что резонанс напряжения в цепи можно достигнуть следующими способами:
Условия возникновения резонанса: -переменный ток
-наличие конденсаторов(XC) и катушки (XL) в цепи
-XL=XC
-последовательное соединение
Характерные особенности резонанса напряжений
1. Полное сопротивление Z цепи при резонансе равно активному сопротивлению
.
2. Результирующий ток в цепи имеет максимальное значение
3. Напряжение на участке с активным сопротивлением R равно напряжению питания U и совпадает с ним по фазе .
4. Активная мощность при резонансе имеет максимальное значение.
Можно предположить, что в цепи существует следующее соотношение между активным (R) и реактивными сопротивлениями (XL и XC),
тогда можно записать .
То есть напряжения на участках с реактивными элементами (UL и UC) будут больше напряжения питания U.
Свойство усиления напряжения на реактивных элементах при резонансе напряжения используется в технике.
Коэффициент усиления напряжения равен добротности Q контура
Однако повышенное напряжение на реактивных элементах может привести к пробою электрической изоляции проводов и представлять опасность для обслуживающего персонала.
Векторная диаграмма при резонансе напряжений строится с учетом особенностей режима резонанса
=0, ,
30.Объясните принцип работы асинхронного двигателя.
Принцип действия трехфазного АД с КЗ ротором основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля и расположенного в этом поле проводника. Вращающееся магнитное поле создается статором асинхронного двигателя, которая является неподвижной частью двигателя. Статор асинхронного электродвигателя представляет собой стальной сердечник, с пазами в которых расположена обмотки, намотанная медным изолированным проводом.
Это поле пересекая обмотку ротора наводит в ней ЭДС. Под действием этой ЭДС по обмотке будет протекать ток. Этот ток будет взаимодействовать с магнитным потоком. Взаимодействие вращающего магнитного поля статора с током в роторе создает вращающий момент, за счет которого ротор будет вращаться в ту же сторону, что и поле, но с небольшим отставанием.
Обмотки статора намотаны таким образом, что образуют три катушки, смещенные друг, относительно друга на 120°. Между собой их соединяют либо в «звезду», либо в «треугольник» и пропускают трехфазный переменный ток. Магнитное поле, образованное тремя катушками, называется двухполюсным.
Особенностью асинхронного двигателя является то, что появление ЭДС в роторной обмотке ротора возможно только при различии частоты вращения магнитного поля ротора, обозначаемое букой n и магнитного поля статора n0. Разница n0 и n создает электромагнитный момента асинхронного двигателя. Характеризует эту разность скольжение S, определяемое по формуле:
S=( n0-n )/ n0,
где n0=60f/P синхронная частота вращения магнитного поля статора об/мин, f- частота питающей сети, Гц, p-число пар полюсов статора.
В такой конструкции двигателя, магнитное поле статора опережает скорость вращения ротора. Т.е. поле ротора вращается асинхронно со скоростью вращения поля статора. Отсюда и пошло название двигателя асинхронный двигатель переменного тока.
40.Полупроводниковые диоды. Принцип работы.
Диод - электронный прибор, обладающий свойством односторонней проводимости. То есть, если приложить к нему напряжение одной полярности, то через него потечет ток, а если противоположной полярности, то нет.
Полупроводниковый диод имеет два вывода. Выводы называются: Анод и Катод. Полупроводниковый диод обладает свойством односторонней проводимости. Диод проводит ток, если к аноду приложить положительное напряжение, а к катоду отрицательное. Если наоборот, то проводимость отсутствует.
Полупроводниковый диод позволяет создавать асимметричные с точки зрения полярности сигнала, схемы. Например, выпрямители, преобразующие переменный ток в пульсирующий однополярный, или детекторы, преобразующие выделяющие низкочастотную огибающую из высокочастотного сигнала.
На схемах полупроводниковый диод обозначается, как показано на рисунке.
14
14.Какие мощности определяют при последовательном соединении элементов R, L, C? Что такое коэффициент мощности цепи и как его можно определить?
Мгновенное значение мощности в любом элементе электрической цепи: p(t) = u(t) i(t)
Среднее значение мощности электрической цепи (по определению):
(Интеграл на периоде T от cos(2wt-j) равен нулю, т.к. функция дважды меняет свой знак).
где T - период основной частоты; u(t), i(t) - мгновенные значения напряжения и тока; Um , Im - амплитудные значения напряжения и тока; U, I - действующие значения напряжения и тока; j - фазовый угол сдвига между током и напряжением; cosj - коэффициент мощности электрической цепи.
Среднее значение мощности на индуктивности и емкости равно нулю, поскольку падение напряжения на них uC(t) и uL(t) сдвинуто по отношению к протекающему по ним току i(t) на j = 90о (cosj = 0) и произведение их мгновенных значений (мгновенное значение мощности) на периоде основной частоты дважды изменяют свой знак (см. графики).
Среднее значение мощности на активном сопротивлении не изменяет своего знака (j = 0, cosj = 1) и составляет: Pср = UI
где U, I - действующие значения напряжения и тока.
Коэффициентом мощности называют отношение активной (полезной) мощности к полной мощности S. cos = P/S
Он показывает, какая часть электрической энергии, потребляемой из сети используется на выполнение полезной работы. Улучшение коэффициента мощности приемников электрической энергии способствует уменьшению потерь энергии в электрических сетях, обмотках трансформаторов и электрических генераторов. Для повышения экономичности систем электроснабжения устанавливается допустимое значение реактивной мощности и нормируется значение .
31.Особенности и способы пуска асинхронного двигателя.
Схемы пуска двигателей в ход должны предусматривать создание большого пускового момента при небольшом пусковом токе и, следовательно, при небольшом падении напряжения при пуске. При этом может требоваться плавный пуск, повышенный пусковой момент и т. д.
На практике применяются следующие способы пуска:
Прямой пуск применяется для двигателей с короткозамкнутым ротором. Для этого они проектируются так, чтобы пусковые токи, протекающие в обмотке статора, не создавали больших механических усилий в обмотках и не приводили к их перегреву. Но при прямом пуске двигателей большой мощности в сети могут возникать недопустимые, более 15%, падения напряжения, что приводит к неустойчивой работе пусковой аппаратуры (дребезжание), подгоранию контактов и практически к невозможности пуска.
Применяется для двигателей средней и большой мощности при ограниченной мощности сети. На обмотку статора подается пониженное напряжение. Напряжение можно регулировать с помощью включения добавочных сопротивлений в цепь статора, автотрансформатора, полупроводникового регулятора напряжения. Также, если при нормальной работе двигателя соединены «треугольником», то при пуске они первоначально соединяются «звездой». При этом пусковые токи уменьшаются в три раза.
Основным недостатком этих методом является снижение пускового момента.
Пуск двигателя с фазным ротором осуществляется путем включения пускового реостата в цепь ротора. Недостатком данного способа является его относительная сложность и необходимость применения более дорогих двигателей с фазным ротором. В связи с этим двигатели с фазным ротором применяют только при тяжелых условиях пуска, когда необходимо развивать максимально возможный пусковой момент.
41.Выпрямители, их основные параметры. Однофазные однополупериодные выпрямители. Схема, принцип работы.
Выпрямительное устройство предназначено для преобразования переменного тока в постоянный и состоит из трех узлов: трансформатора, выпрямителя и сглаживающего фильтра. В случае необходимости в выпрямитель добавляется стабилизатор напряжения.
Режим работы выпрямителя в основном определяется типом фильтра, включенного на его выходе. В маломощных выпрямителях, которые питаются от однофазной сети переменного тока, применяются емкостные фильтры, Г- образные LC, RC и П-образные CLC и CRC фильтры.
Емкостный фильтр характерен для выпрямителей, рассчитанных на малые токи нагрузки, и, в общем случае, представляет собой обычный конденсатор, подключенный параллельно нагрузки для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Реакция нагрузки на выпрямитель зависит от емкости конденсатора, сопротивление которого для переменной составляющей на много меньше сопротивления нагрузки.
Если же фильтр выпрямителя начинается с дросселя, обладающего большой индуктивностью, то нагрузка выпрямителя - индуктивная.
Выпрямитель характеризуется: выходными параметрами, режимом работы диодов и параметрами трансформатора.
Выходные параметры выпрямителя:
Выпрямители по однополупериодной схеме применяются в основном с емкостным фильтром и обычно рассчитаны на выпрямленные токи до десятков миллиампер.
К достоинствам такого выпрямителя относится: простота и возможность работать без наличия трансформатора. К недостаткам: низкая частота пульсаций, высокое обратное напряжение на вентиле, плохое использование трансформатора (если он есть), подмагничивание сердечника постоянным током.
Однополупериодная схема - в которой ток проходит через вентиль только в течение одного полупериода переменного напряжения источника
Трансформатор играет двойную роль: он служит для подачи на вход выпрямителя ЭДС , соответствующей заданной величине выпрямленного напряжения и ообеспечивает гальваническую развязку цепи нагрузки и питающей сети. Параметры, относящиеся к цепи постоянного тока, то есть к выходной цепи выпрямителя, принято обозначать с индексом (от английского слова direct – прямой): – сопротивление нагрузки; – мгновенное значение выпрямленного напряжения; – мгновенное значение выпрямленного тока.
15
15.Электрическая цепь переменного тока с параллельным соединением элементов R, L, C. Привести схему цепи и вывод закона Ома для нее.
Цепь состоит из трех параллельных ветвей. Общим для всех ветвей является напряжение, приложенное к цепи.
Пусть заданы напряжение U, параметры R, L, C и частота f. Требуется определить все токи и построить векторную диаграмму. Токи в ветвях соответственно равны (расчёт проводим в комплексной форме)
Z1 = R1 ; Z2 = jωL = jXL ; Z3 = - j1/ωC = - jXC.
Общий ток согласно первого закона Кирхгофа:
I = IR + IL + IC.
метод комплексных амплитуд.
– полная комплексная проводимость.
– закон Ома в комплексной форме для параллельного соединения R, C, L – элементов.
Y=G-jB – комплексная проводимость
32.Какими способами можно регулировать частоту вращения асинхронного двигателя?
Частота вращения асинхронного двигателя
n = n1 (1 – s) = (60f1/p) (1-s)
Из этого выражения видно, что ее можно регулировать, изменяя частоту f1 питающего напряжения, число пар полюсов р и скольжение s. Скольжение при заданных значениях момента на валу Мвн и частоты f1 можно изменять путем включения в цепь обмотки ротора реостата.
Регулирование путем изменения частоты питающего напряжения. Этот способ требует наличия преобразователя частоты, к которому должен быть подключен асинхронный двигатель. Такой способ регулирования частоты вращения ротора асинхронного двигателя является весьма перспективным.
Регулирование путем изменения числа пар полюсов. Этот способ позволяет получить ступенчатое изменение частоты вращения. Для этой цели отдельные катушки 1, 2 и 3, 4, составляющие одну фазу, переключаются так, чтобы изменялось соответствующим образом направление тока в них (например, с последовательного согласного соединения на встречное). При изменении числа полюсов изменяется частота вращения n1 магнитного поля двигателя, а следовательно, и частота вращения n его ротора. В асинхронном двигателе число полюсов ротора должно быть равно числу полюсов статора. В короткозамкнутом роторе это условие выполняется автоматически и при переключении обмотки статора никаких изменений в обмотке ротора выполнять не требуется.
Такой способ регулирования частоты вращения используется только в двигателях с коротко-замкнутым ротором.
Регулирование путем включения в цепь ротора реостата. Это способ регулирования может быть использован только для двигателей с фазным ротором. Он позволяет плавно изменять частоту вращения в широких пределах. Недостатками его являются большие потери энергии в регулировочном реостате, поэтому его используют только при кратковременных режимах работы двигателя (при пуске и пр.).
Изменение направления вращения. Для изменения направления вращения двигателя нужно изменить направление вращения магнитного поля, создаваемого обмотками статора. Это достигается изменением порядка чередования тока в фазах обмотки статора.
42.Однофазный двухполупериодный выпрямитель с выводом средней точки трансформатора. Схема, принцип работы.
Двухполупериодный с выводом от средней точки (рис 2.) в основном работает с емкостным, Г- и П- образным RC и LC фильтрами. Достоинства такого выпрямителя - повышенная частота пульсаций, малое число вентилей, возможность использовать общего радиатора для диодов без изоляции. К недостаткам данной схемы можно отнести: большая габаритная мощность трансформатора по сравнению с мостовой схемой и по схеме удвоения напряжения, повышенное обратное напряжение на диодах.
Схема обеспечивает прохождение тока через нагрузку в течение обоих полупериодов. Во время положительного полупериода работает первая половина вторичной обмотки ( IIа ). Ток идёт от плюса вторичной обмотки трансформатора через диод V1, нагрузку Rн и на среднюю точку вторичной обмотки. В это время к аноду диода V2 приложен минус, а к катоду – плюс, и диод закрыт. Во время отрицательного полупериода картина меняется: будет открыт диод V2, а диод V1 – закрыт ( для этого случая знаки указаны в скобках). В этот полупериод ток протекает за счёт напряжения на обмотке IIб.
16
16.Режимы работы цепи переменного тока с параллельным соединением элементов R, L, C. Какие свойства возникают в цепи при резонансе тока?
Могут создаться условия, при которых токи I(l) и I(c), а значит и длины соответствующих им векторов равны. Тогда их векторная сумма равна нулю. Общий ток будет равен току через активное сопротивление. Наступит это при равенстве реактивных проводимостей b(L) и b(c) (или b=0). Сдвиг фаз между общим током и напряжением станет равным нулю. Такой режим цепи с параллельным соединением называется резонансом токов.
В отличие от резонанса напряжений ток, потребляемый от источника при резонансе токов минимален, несмотря на то что токи в ветвях с реактивными элементами могут его многократно превышать.
33.Что такое скольжение, как оно определяется и какова его роль в работе асинхронного двигателя?
Пусть под действием электромагнитного момента ротор начал вращаться с частотой вращения магнитного поля (n=n0). При этом в обмотке ротора ЭДС E2 будет равна нулю. Ток в обмотке ротора I2=0, электромагнитный момент M тоже станет равным нулю. За счёт этого ротор станет вращаться медленнее, в обмотке ротора появится ЭДС, ток. Возникнет электромагнитный момент. Таким образом, в режиме двигателя ротор будет вращаться несинхронно с магнитным полем. Частота вращения ротора будет изменяться при изменении нагрузки на валу. Отсюда появилось название двигателя – асинхронный (несинхронный). При увеличении нагрузки на валу двигатель должен развивать больший вращающий момент, а это происходит при снижении частоты вращения ротора. В отличие от частоты вращения ротора частота вращения магнитного поля не зависит от нагрузки. Для сравнения частоты вращения магнитного поля n0 и ротора n ввели коэффициент, который назвали скольжением и обозначили буквойS. Скольжение может измеряться в относительных единицах и в процентах.
S=(n0−n)/n0 или S=[(n0−n)/n0]100%.
При пуске в ход асинхронного двигателя n=0,S=1. В режиме идеального холостого хода n=n0,S=0. Таким образом, в режиме двигателя скольжение изменяется в пределах:
0<S≤1.
При работе асинхронных двигателей в номинальном режиме:
Sн=(2÷5)%.
В режиме реального холостого хода асинхронных двигателей:
Sхх=(0,2÷0,7)%.
43.Мостовой однофазный двухполупериодный выпрямитель. Схема, принцип работы.
Однофазный выпрямитель по мостовой схеме (рис.3) является наилучшим вариантом по техническим и экономическим показателям. Мостовая схема так же является двухполупериодной. Форма напряжения на нагрузке оказывается такой же, как и на схеме со средней точкой. Рабочее напряжение конденсатора так же равняется амплитуде переменного напряжения на вторичной обмотке. Мостовая схема содержит четыре диода. В течение одной половины периода ток проходит от верхнего по схеме вывода вторичной обмотки через диод VD1, нагрузку, диод VD2 и к нижнему выводу обмотки. В течение следующей полуволны ток проходит от нижнего по схеме вывода вторичной обмотки, через VD3, нагрузку, VD4 и к верхнему выводу обмотки. Таким образом, В течении обоих полупериодов диодами выпрямляется одно и тоже напряжение вторичной обмотки, и составляющая пульсации с частотой 50 Гц отсутствует. Так как ток нагрузки проходит через диоды поочередно, то ток каждого диода будет равен половине тока нагрузки.
Увеличение числа диодов в мостовой схеме окупается вдвое меньшим числом витков вторичной обмотки, уменьшением пульсаций, относительно небольшим обратным напряжением, хорошим использованием трансформатора, возможностью работать от сети переменного тока без трансформатора. К недостаткам такой схемы можно отнести повышенное падение напряжения на диодном комплекте.( падение напряжения на кремневом диоде может достигать порядка 1В. А на двух последовательных - соответственно 2В как в мостовой схеме. Таким образом, если выпрямитель рассчитан на низкое напряжение, соизмеримое с падением напряжения на диодах, нужно будет увеличивать напряжение вторичной обмотки трансформатора), невозможность установки, используемых диодов на одном радиаторе без изолирующих прокладок.
17.Какие мощности определяют при параллельном соединении элементов R, L, C? Что такое коэффициент мощности цепи и как его можно определить?
P = R I2= U1 I Активная мощность
QL = XL I2 = U2 I, QC = XC I2 = U3 I Реактивные мощности
Полная мощность цепи
Коэффициент мощности показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.
Численно коэффициент мощности равен косинусу этого фазового сдвига cos = P/S
с концом др34.Назначение и принцип действия трансформатора. Что такое коэффициент трансформации?
Назначение трансформатора. Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.
Трансформаторы позволяют значительно повысить напряжение, вырабатываемое источниками переменного тока, установленными на электрических станциях, и осуществить передачу электроэнергии на дальние расстояния при высоких напряжениях (110, 220, 500, 750 и 1150 кВ). Благодаря этому сильно уменьшаются потери энергии в проводах и обеспечивается возможность значительного уменьшения площади сечения проводов линий электропередачи.
форматоры бывают однофазные и трехфазные, двух- и многообмоточные.
Рис. 212. Схема включения однофазного трансформатора
Принцип действия трансформатора. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Простейший трансформатор состоит из стального магнитопровода 2 (рис. 212) и двух расположенных на нем обмоток 1 и 3. Обмотки выполнены из изолированного провода и электрически не связаны. К одной из обмоток подается электрическая энергия от источника переменного тока. Эту обмотку называют первичной. К другой обмотке, называемой вторичной, подключают потребители (непосредственно или через выпрямитель).
При подключении трансформатора к источнику переменного тока (электрической сети) в витках его первичной обмотки протекает переменный ток i1, образуя переменный магнитный поток Ф. Этот поток проходит по магнитопроводу трансформатора и, пронизывая витки первичной и вторичной обмоток, индуцирует в них переменные э. д. с. е1 и е2. Если к вторичной обмотке присоединен какой-либо приемник, то под действием э. д. с. е2 по ее цепи проходит ток i2.
Коэффициент трансформации- Отношение напряжения на зажимах двух обмоток в режиме холостого кода. Коэффициент трансформации является основной характеристикой трансформатора. Он показывает, насколько изменяются основные параметры электрического тока, после того как он проходит через это устройство. Когда коэффициент трансформации больше 1 – трансформатор называется понижающим, если меньше – повышающим.
, , где
44.Сглаживающие фильтры. Схемы и принцип работы.
Сглаживающий фильтр – это электротехническое устройство, предназначенное для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения.
Фильтр включается между выпрямляющими элементами и нагрузкой.
Основная характеристика сглаживающего фильтра – коэффициент сглаживания пульсаций (q). Это отношение коэффициента пульсации на входе фильтра к коэффициенту пульсации на выходе фильтра :
Виды фильтров:
Емкостной фильтр представляет собой конденсатор, включенный параллельно нагрузке.
При отсутствии емкости С через нагрузку R проходит пульсирующий. При наличии емкости С в положительные полупериоды часть тока идет через нагрузку, а часть тока на зарядку конденсатора, который заряжается и накапливает энергию.
В отрицательные полупериоды конденсатор отдаёт накопленную энергию в нагрузку. Ток через нагрузку становиться непрерывным. Пульсация напряжения и тока понижается.
Условие эффективной работы емкостного фильтра:
Хс<<R (Хс = 1 / ωC)
2.Индуктивный фильтр.
Индуктивный фильтр представляет собой дроссель ( катушку с сердечником ), включенную последовательно с сопротивлением нагрузки.
В первую половину положительного полупериода, когла через дроссель ток возрастает, дросель накапливает энергию в виде магнитного поля катушки. Когда ток через дроссель уменьшается, энергия магнитного поля катушки переходит в электрическое поле, поддерживая ток через нагрузку. Коэффициент пульсации такого фильтра тем меньше, чем больше индуктивность дроселя. Графики напряжения и тока на сопротивлении нагрузки для емкостного и индуктивного фильтров качественно совпадают.
Условие эффективной работы индуктивного фильтра:
ХL>>R (ХL = Lω )
18
18.Дать определения: трехфазная цепь, напряжение фазное и линейное, ток фазный и линейный. Какова роль нейтрального провода в четырехпроводной трехфазной цепи?
Трехфазные цепи - это совокупность трех однофазных цепей, в которых действуют синусоидальные э. д. с. одной и той же частоты, сдвинутые по фазе друг относительно друга на угол 2π / 3.
IЛ - линейный ток (это ток, протекающий по линейному проводу)
IФ - фазный ток (это ток, протекающий через обмотку источника или через потребитель)
UЛ - линейное напряжение (это напряжение между двумя линейными проводами или это напряжение между двумя любыми фазами)
UФ - фазное напряжение (это напряжение между любым линейным проводом и нулевым проводом или это напряжение, приложенное к обмотке источника или к потребителю)
Нейтральный (нулевой рабочий) провод — провод, соединяющий между собой нейтрали электроустановок в трёхфазных электрических сетях. Соединение нейтральных точек генератора и приёмника электроэнергии нейтральным проводом позволяет снизить напряжение смещения нейтрали практически до нуля и выровнять фазные напряжения на приёмнике электроэнергии.
35.Какие потери мощности существуют в трансформаторе и как они определяются? Что такое внешняя характеристика трансформатора?
Основными характеристиками трансформатора являются прежде всего напряжение обмоток и передаваемая трансформатором мощность. Передача мощности от одной обмотки к другой происходит электромагнитным путем, при этом часть мощности, поступающей к трансформатору из питающей электрической сети, теряется в трансформаторе. Потерянную часть мощности называют потерями.
Потери мощности в трансформаторах состоят из потерь активной ▲ Рх и потерь реактивной мощности ▲ Qх.
Потери активной мощности.
Они состоят из двух составляющих:
1) потерь, идущих на нагревание обмоток трансформатора ▲ Р, зависящих от тока нагрузки,
2) потерь, идущих на нагревание стали ▲ Рст, не зависящих от тока нагрузки.
Полные реактивные потери
где Rт - активное сопротивление (0м) обмоток трансформатора, определяемое по величине потерь в меди D Рх (кВт), мощности трансформатора Sном (кВА), номинальному напряжению Uном (кВ) обмотки трансформатора, присоединенной к рассчитываемой линии:
Потери реактивной мощности.
Они состоят из двух составляющих:
1) потерь, вызванных рассеянием магнитного потока в трансформаторе ▲Q, зависящих от квадрата тока нагрузки,
2) потерь, идущих на намагничивание трансформатора ▲Qm , не зависящих от тока нагрузки, которые определяются током х.х.
При этом полные реактивные потери
где Хт - реактивное сопротивление обмоток трансформатора, определяемое напряжением короткого замыкания Uкз,% и сопротивлением Rт.
Внешняя характеристика- зависимость напряжения на вторичной обмотке трансформатора от тока нагрузки U2 = f(I2) при U1 = const и cos φ2 = const.
45.Транзистор. Назначение, схемы и принцип работы биполярных транзисторов.
Транзистором называется полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления и генерирования электрических колебаний. Он представляет собой кристалл, помещенный в корпус, снабженный выводами. Кристалл изготовляют из полупроводникового материала. По своим электрическим свойствам полупроводники занимают некоторое промежуточное положение между проводниками и непроводниками тока (изоляторами). Небольшой кристалл полупроводникового материала (полупроводника) после соответствующей технологической обработки становится способным менять свою электропроводность в очень широких пределах при подведении к нему слабых электрических колебаний и постоянного напряжения смещения. Кристалл помещают в металлический или пластмассовый корпус и снабжают тремя выводами, жесткими или мягкими, присоединенными к соответствующим зонам кристалла. Металлический корпус иногда имеет собственный вывод, но чаща с корпусом соединяют один из трех электродов транзистора.
В настоящее время находят применение транзисторы двух видов — биполярные и полевые. Биполярные транзисторы появились первыми и получили наибольшее распространение. Поэтому обычно их называют просто транзисторами. Полевые транзисторы появились позже и пока используются реже биполярных.
Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от полевого транзистора, используются заряды одновременно двух типов, носителями которых являются электроны и дырки (от слова «би» — «два»). Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.
Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же главное отличие коллектора — бо́льшая площадь p — n-перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.
Биполярный транзистор состоит из трёх различным образом легированных полупроводниковых зон: эмиттера E, базы B и коллектора C. В зависимости от типа проводимости этих зон различают NPN (эмиттер − n-полупроводник, база − p-полупроводник, коллектор − n-полупроводник) и PNP транзисторы. К каждой из зон подведены проводящие контакты. База расположена между эмиттером и коллектором и изготовлена из слаболегированного полупроводника, обладающего большим сопротивлением. В активном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении (закрыт). Для определённости рассмотрим npn транзистор, все рассуждения повторяются абсолютно аналогично для случая pnp транзистора, с заменой слова «электроны» на «дырки», и наоборот, а также с заменой всех напряжений на противоположные по знаку. В npn транзисторе электроны, основные носители тока в эмиттере, проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками). Однако, из-за того что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, большая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора[1]. Сильное электрическое поле обратно смещённого коллекторного перехода захватывает электроны, и проносит их в коллектор. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб + Iк). Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = α Iэ) называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α 0.9 — 0.999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α / (1 − α) =(10..1000). Таким образом, изменяя малый ток базы, можно управлять значительно большим током коллектора.
Существует три основные схемы включения транзисторов
Рис. 1 - Схема включения транзистора с общим эмиттером является наиболее распространненой, т. к. дает наибольшее усиление по мощности.
Рис. 2 - Схема включения транзистора с общей базой. Такая схема включения не дает значительного усиления, но обладает хорошими частотными и температурными свойствами.
Рис. 3 - Схема включения транзистора с общим коллектором. Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. е. очень сильна отрицательная обратная связь.
.