Механическая хар-ка асинхронного двигателя.

Под механической характеристикой принято понимать зависимость частоты вращения ротора от момента нагрузки на валу М, т.е n(М). От ее характера зависит пригодность асинхронного двигателя для привода различных механизмов. Эту характеристику можно получить, используя зависимость M = f(S) если учесть что S = (n₁ - n) / n₁, отсюда n = n₁(1 - S). n= n₁- (n₁ω₁R’₂/3рU₁² ) M, если обозначить за b то уравнение мех характеристики примет вид n=n₁-bM

Потери в асинхронном двигателе. Коэффициент мощности.

Потери в а.д. делятся на постоянные и переменные. Потери характеризуют мощности. Мощность постоянных потерь не зависит от нагрузки, а переменная зависит от нее. Мощностью постоянных потерь энергии в двигателе можно считать мощность потерь в сердечнике статора на гистерезис и вихревые токи и мощность механических потерь, которая определяется экспериментально из опыта холостого хода двигателя. Мощностью переменных потерь энергии в двигателе является мощность потерь на нагревание проводников обмоток статора и ротора, она равна: Р_пр1=3r_B1I²₁; P =m₂r_B2I₂².

С увеличением нагрузки двигателя отн-ое значение реактивного тока быстро убывает, а cosφ₁ увеличивается. При холостом ходе двигателя его коэф-т мощности довольно низкий, примерно 0,2. С увеличением нагрузки он быстро возрастает и достигает максимального значения (0,7-0,9) при нагрузке, близкий к номинальной. Т.е. даже у полностью загруженного двигателя реактивный ток составляет 70-40% тока статора. Неполная загруженность а.д. является одной из причин низкого cosφ промышленных предприятий. Естественным способом его повышения явл-я полная загрузка а.д. У тихоходных двигателей cosφ существенно меньше, т.к. намагничивающий ток отн-но больше, чем у быстроходных.

 

Синхронные машины.

Устройство синхронных машин. Машины с явно и неявно выраженными полюсами.

Устройство СМ: 1) статор СМ не отличается от статора Асинхронного Двигателя. 2) ротор СМ представляет собой электромагнит, к обмотке которого подводится постоянный ток через два изолированных друг от друга и от вала тока объемных кольца, которые насажаны на вал ротора, по ним скользят подвижные контакты – щетки. СМ по типу ротора делятся на 1) машины с ротором с явно выраженными полосами. 2) машины с ротором с неявно выраженными полосами. Машины с ротором 1-го типа применяются при числе пар полюсов > 4. Машины с меньшим числом полюсов изготавливаются с ротором 2-го типа. 1) гидрогенераторы. 2) турбогенераторы С.м. имеют статор с 3^хфазной обмоткой (силовой). На роторе – обмотка возбуждения, она соединена через кольца и щетки с источником пост-о тока. Ротор м.б. выполнен явно и неявнополюсным. Явнопол-й ротор использ-т в машинах с 4^х и большим числом полюсов. Сердечник делают из ст-ых поковок или набирают из листов электро-технич. ст-и. Обмотки возбуждения выполняют в виде цилиндрич-х катушек из полосовой меди, кот-е укрепляют на сердечнике полюсов. Машины работающие с частотой вращения 3000 и 1500об/мин изготовляют с неявнополюсным ротором, иначе невозможно обеспечить мех-ю прочность крепления полюсов и обмотки возбуждения. Обмотку возбуждения размещают в пазах сердечника ротора, выпоенного из цельной ст. поковки.

Принцип работы синхронного генератора(СГ).

Принцип действия СГ состоит в том, что ток, протекающий в индукторе, создает магнитный поток, который, проходя через воздушный зазор, сцепляется с обмоткой якоря и при вращении индуктора в каждой фазе обмотки якоря наводится ЭДС, т.е. СГ позволяет получить 3-х фазное переменное напряжение. Изменяя ток индуктора можно в широких пределах изменять ЭДС синхронной машины.

Принцип работы синхронного двигателя (СД)

Устройство синхронного двигателя практически идентично устройству синхронного генератора. Принцип действия: ток, протекающий в обмотке статора образует вращающееся магнитное поле, которое своими полюсами притягивает разноименные полюса ротора, вследствие чего частота вращения ротора совпадает с частотой вращения поля статора, т.е. ротор вращается с синхронной частотой N₀ (N₀=f/p) f – частота p – число полюсов. Для того чтобы запустить синхронный двигатель, его частота вращения ротора должна быть приблизительно равна синхронной частоте. После того как частота вращения ротора станет близкой к синхронной частоте, ротор втягивается в синхронизм, то есть начинает вращаться синхронно с частотой поля. В роторе СД размещают короткозамкнутую обмотку по типу «беличьей клетки». В таком случае первый этап пуска СД представляет собой пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, при этом обмотка возбуждения синхронного генератора отличается от источника энергии и замыкается на сопротивлении. После того как частота вращения ротора приблизится к синхронной, в обмотку ротора подается напряжение, а двигатель работает в нормальном режиме. СД как потребитель эл. Энергии может различаться по типу потребляемой реактивной энергии, т.е. они могут работать потребителями чисто активной энергии, как потребитель реактивной энергии, носящий емкостной характер. Св-во синх-го двиг-ля поглощать индуктивную, реактивную мощность используется в энергетике для улучшения cosj (коэффициента мощности) в цепи.

1. Полупроводники n-типа p-типа. Примесный полупроводник с преобладающим числом свободных электронов называют полупроводником с электронной электропроводностью или электропроводностью n-типа, а саму примесь, способную отдавать валентные электроны, донорной. Основными носителями заряда в полупроводнике n-типа являются электроны, а неосновными - дырки. Примесный полупроводник с преобладающим числом дырок называют полупроводником с дырочной электропроводностью или электропроводностью р-типа (р полупроводник), а примесь, добавление которой приводит к образованию избыточного числа дырок в валентной зоне,— акцепторной. В таком полупроводнике дырки являются основными носителями заряда, а электроны неосновными.

2. Электронно-дырочный переход. Границу между двумя соседними областями полупроводника, имеющими различный характер электропроводности (между слоями р- и n-типа), называют электронно- дырочным переходом или р-п-переходом. Электронно-дырочные переходы подразделяют на симметричные и несимметричные, резкие и плавные, переходы на границе разнородных полупроводников с различной шириной запрещенной зоны (гетеропереходы). Р-п переход обладает уникальными свойствами: несимметричной электропроводностью, изменяемой по нелинейному закону емкостью, сильной зависимостью электрического тока от различных внешних факторов—температуры, излучений, магнитных и электрических полей. Полупроводник с р-п переходом показан на рис.Одна его часть легирована донорной примесью и обладает электронной электропроводностью, другая содержит акцепторную примесь и имеет дырочную электро­проводность. Процессы в р-п переходе обусловлены различием концентраций электронов и дырок в кристалле. Вольт-амперная характеристика является графической зависимостью протекающего через р-п переход тока от приложенного к нему внешнего напряжения I—f(U). Состоит из прямой ОА и обратной ОВС ветвей; на вертикальной оси отложены значения прямого и обратного тока, а на оси абсцисс — значения прямого и обратного напряжения. Кристаллы с р-п переходом, присоединенные к внешнему источнику, показаны на рис. 3.5, б, в. При прямом включении (рис. 3.5, б) дырочная часть (р-область) полупроводника присоединяется к положи­тельному зажиму внешнего источника, а электронная часть (n-область)—к отрицательному.

3. Полупроводниковые резисторы. Классификацция. Обозначение в схемах. Основные свойства. Применение.

Полупроводниковые резисторы являются простейшими полупроводниковыми приборами. В радиоэлектронике находят применение терморезисторы, тензорезисторы, варисторы, фоторезисторы и линейные полупроводниковые резисторы. Терморезисторы — это приборы, проводимость которых очень сильно зависит от температуры. Сопротивление возрастает при уменьшении температуры и понижается при ее увеличении. Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) таких резисторов отрицательный. Применяется в системах регулирование температуры, тепловой защиты, противопожарной сигнализации. Варисторами – называют полупроводниковые резисторы, в которых используется свойство уменьшения сопротивления полупроводникового материала при увеличении приложенного напряжения. Варисторы применяют для защиты от перенапряжений контактов, приборов и элементов радиоэлектронных устройств, высоковольтных линий и линий связи, для стабилизации и регулирования электрических величин и т. д. Фоторезисторами – называют полупроводниковые резисторы, сопротивление которых изменяется от светового или проникающего электромагнитного излучения. Более широко используются фоторезисторы с положительным фотоэффектом. Их сопротивление уменьшается при освещении или облучении электромагнитными волнами. Применяются в фотореле различного назначения, счетчиках изделий в промышленности, системах контроля размеров и формы деталей. Линейные резисторы - полупроводниковый резистор, в котором применяется слаболегированный материал типа кремния или арсенида галлия. Удельное электр. сопрот. такого полупровод. мало зависит от напряжения электрич. поля и плотности электр. тока. Поэтому сопротив. такого лин. сопр-я остается практически пост-ым в широком диапазоне напряж. и токов. Такие резисторы широко примен. в интегральных микросхемах. Тензорезистор – это полупроводниковый резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления от механической деформации. Назначение – измерение давлений и деформаций. Принцип действия полупроводникового тензоризистора основан на тензорезистивном эффекте – на изменении электрического сопротивления полупроводника под действием механических деформаций.

4. Полупроводниковые диоды. Типы. Вольт-амперная характеристика. Стабилитроны. Применение. Полупроводниковым диодом называется прибор, содержащий элемент с одним р-п переходом. Принцип действия диодов основан на использовании односторонней электропроводности, электрического пробоя и других свойств р-п перехо да. Диоды различают по назначению, используемым материалам, типам р-п переходов, конструктивному исполнению, мощности и другим признакам. Широко распространены выпрямительные, импульсные диоды, стабилитроны, туннельные диоды, варикапы. Стабилитроны разновидность диодов, предназначенных для стабилизации напряжения. Полупроводниковые диоды применяются:автомобильный генератор: преобразование переменного тока в постоянный. (Диодные выпрямители),радиоприёмные устройства: радиоприёмники, телевизорах и т.п. (Диодные детекторы),защита разных устройств от неправильной полярности включения (Диодная защита)

5. Транзистор. Устройство. Принцип действия. Параметры. Обозначение в схемах. Применение. Транзистором называется преобразовательный полупроводниковый прибор, имеющий не менее трех выводов, предназначенный для усилениямощности электрического сигнала. Наиболее распространенные получили биполярные и полевые транзисторы. Устройство биполярного транзистора р-п-р структуры. В слаболегированной пластине монокристалла толщиной 0,15—0,2 мм с электропроводностью n-типа с обеих сторон созданы кристаллические слои с электропроводностью р-типа. Средняя часть кристалла с электрическим выводом называется базой, одна из крайних — эмиттером, вторая— коллектором. Между эмиттером, базой и коллектором имеется два р-п перехода: эмиттерный и коллекторный. Принцип работы транзистора основан на прохождении тока по каналу, поперечное сечение которого зависит от толщины р-n перехода. Важнейшими параметрами, характеризующими ка­чество транзистора, являются дифференциальный коэффициент передачи тока из эмиттера в коллектор α и дифференциальный коэффициент передачи тока базы β. α=∆I_к\∆I_э при U_кэ — const. β =∆I_к\∆I_б при U_кб — const.. применение: Усилители, каскады усиления Генератор Модулятор Демодулятор (Детектор) Инвертор (лог. элемент)

6. Тиристоры. Устройство. Принцип действия. Вольт-амперная характеристика. Применение. Тиристором называется полупроводниковый прибор многослойной структуры с тремя и более р-n переходами, который может переключаться из закрытого состояния в открытое или наоборот. По устройству и принципу действия тиристоры подразделяются на динисторы, тринисторы и симисторы. Тиристор имеет нелинейную вольт-амперную характеристику (ВАХ) с участком отрицательного дифференциального сопротивления. Устройство: четырёхслойный полупроводник структуры p-n-p-n, содержащий три последовательно соединённых p-n-перехода J1, J2, J3. Контакт к внешнему p-слою называется анодом, к внешнему n-слою — катодом. В общем случае p-n-p-n-прибор может иметь до двух управляющих электродов (баз), присоединённых к внутренним слоям. Подачей сигнала на управляющий электрод производится управление тиристором (изменение его состояния). Тиристоры могут быть в двух позициях: закрытой и открытой. Эти две позиции имеют существенное различное сопротивление между силовыми электродами. Если тиристор находится в закрытой позиции сопротивление большое и ток через него не идет. Тиристор открывается если между силовыми электродами достигнуто напряжение открывания или при наличии тока на управляющем электроде. Если тиристор открыт, то сопротивление резко падает и проводится ток. При отключении тока тиристор закрывается. Применение: Электронные ключи Управляемые выпрямители Преобразователи (инверторы) Регуляторы мощности (диммеры)

7. Выпрямители. Схема однополупериодного выпрямителя однофазного переменного тока. Выпрямитель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.Простейшая схема однополупериодного выпрямителя состоит только из одного выпрямляющего ток элемента (диода). На выходе — пульсирующий постоянный ток. Напряжение со вторичной обмотки трансформатора проходит через вентиль на нагрузку только в положительные полупериоды переменного напряжения U₂. В отрицательные полупериоды вентиль закрыт, всё падение напряжения происходит на вентиле, а напряжение на нагрузке U_d равно нулю. Ток нагрузки I_d при чисто активной нагрузке повторяет форму напряжения U_d.

8. Выпрямители. Мостовая схема двухполупериодного выпрямления однофазного переменного тока..Выпрямитель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток. Мостовая схема состоит из трансформатора и четырех диодов, являющихся плечами моста. К одной диагонали моста приложена переменная ЭДС вторичной обмотки трансформатора во вторую диагональ включена нагрузка Если ток вторичной обмотки трансформатора течёт по направлению от точки «А» к точке «В», то далее от точки «В» ток течёт через диод VD3 (диод VD1 его не пропускает), нагрузку Rн, диод VD2 и возвращается в обмотку трансформатора через точку «А». Когда направление тока вторичной обмотки трансформатора меняется на противоположное, то вышедший из точки «А», ток течёт через диод VD4, нагрузку Rн, диод VD1 и возвращается в обмотку трансформатора через точку «В». Таким образом, практически отсутствует промежуток времени, когда напряжение на выходе выпрямителя равно нулю.