elektrotekhnika

16. Трансформаторы. Устройство, принцип действия, режим работы. Трансформатор – эл.магн аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Трансформатор состоит из замкнутого ферромагнитного сердечника, собранного из листовой эл. Технич. стали, на котором расположены две независимые обмотки, выполненные медным изолированным проводом.

Принцип действия трансформатора основан на явлении взаимной индукции. Если одну из обмоток трансформатора подключить к источнику переменного напряжения, то по этой обмотке потечет переменный ток, который создаст в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф. Этот магнитный поток, сцепленный как с одной, так и с другой обмоткой, изменяясь, будет индуктировать в обмотках ЭДС. Режимы: 1)Режим холостого хода. Данный режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт, ЭДС индукции в первичной обмотке практически полностью компенсирует напряжение источника питания, поэтому ток через первичную обмотку невелик.. С помощью опыта холостого хода можно определить КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в стали. 2) Нагрузочный режим. Этот режим характеризуется замкнутой на нагрузке вторичной цепи трансформатора. Данный режим является основным рабочим для трансформатора. 3) В режиме короткого замыкания, на первичную обмотку трансформатора подается переменное напряжение небольшой величины, выводы вторичной обмотки соединяют накоротко. Величину напряжения на входе устанавливают такую, чтобы ток короткого замыкания равнялся номинальному (расчетному) току трансформатора. С его помощью можно определить потери полезной мощности на нагрев проводов в цепи трансформатора.

17. Опыты холостого хода и короткого замыкания трансформатора. Опытом х/х называется испытание трансформатора при разомкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном первичном напряжении U1x=U1ном. На основании этого опыта определяют коэффициент трансформации и мощность потерь в магнитопроводе трансформатора.

Мощность потерь в магнитопроводе трансформатора:

т.е представляет собой потери в стали (из-за малости можно пренебречь) при номинальном первичном напряжении. Эти потери не зависят от нагрузки трансф-ра и называются постоянными. Опытом к/з называют испытание трансф-ра при короткозамкнутой цепи вторичной обмотки (U2=0) и номинальном первичном токе I1K=I1ном. Этот опыт служит для определения мощности потерь в проводах, внутреннего падения напряжения. Напряжение короткого замыкания Uк :

Т.к. Uк<<U1ном, то пропорциональный напряжению магнитный поток Ф имеет небольшую величину, и вызываемые им потери в сердечнике незначительны. Мощность при к/з расходуется только на нагрев обмоток, т.е. равна потерям в меди при номинальном режиме:

Входное сопротивление трансформатора:

18. Внешняя характеристика и к.п.д. трансформатора. Трехфазные трансформаторы. Под внешней характеристикой понимается зависимость выходного напряжения от тока нагрузки с учетом его характера (активная - R, активно- емкостная - RC, активно – индуктивная - RL). Фиксированное значение тока нагрузки. I=const.

При работе в трансформаторе возникают потери энергии. Коэффициентом полезного действия трансформатора (КПД) называют отношение отдаваемой мощности Р2 к мощности Р1 поступающей в первичную обмотку. , где

P0 — потери холостого хода (кВт) при номинальном напряжении. PL — нагрузочные потери (кВт) при номинальном токе. P2 — активная мощность (кВт), подаваемая на нагрузку. n — относительная степень нагружения (при номинальном токе n=1).

Трехфазные трансформаторы. Для трансформирования энергии в трехфазных системах используют либо группу из трех однофазных трансформаторов, у которых первичные и вторичные обмотки соединяются звездой или треугольником или сразу трехфазный трансформатор который применяется чаще чем 3 однофазных.

Звезда

треугольник

19. Асинхронный двигатель. Устройство, принцип действия, режимы работы. Основными конструктивными элементами асинхронного двигателя являются неподвижный статор и подвижный ротор.Статор представляет собой полый цилиндр набранный из пластин – элек. стали. На внутреннюю поверхность которой имеются пазы где укладываются с определенным шагом или полюсным делением три фазные обмотки начало которых обозначено С₁, С₂, С₃. Концы обмоток выносятся на плату.

Соединяются обмотки по следующим схемам:

U_Ф=220В U_Ф=380В

Принцип действия АД. При подключении питания к обмоткам статора возникает вращения магнитное поле которого пересекает обмотки ротора и наводит ЭДС индукции. Так как обмотки ротора замкнуты то в них протекает Эл. Ток действия магнитного поля на проводник, с током вызывая появления сил, за счет которых и вращается ротор. Относительная величина отставания n2 от n1 наз. скольжением S=(n2-n1)/n1

, n₂ – число оборотов ротора.

Режимы работы АД.

Если n₁=n₂ это идеальный режим холостого хода. В этом случае пересечения обмоток ротора с магнитным полем нет, нет и ЭДС. М_ВР – вращающий момент, S=0.

Если n₂=0 ротор не подвижный S=1 0≤S≤1 S_H=2…6% если n₁=3000об/мин. то n_H2=n₁(1-S_H)=2800 об/мин.

20. Рабочие характеристики и способы пуска АД. Рабочими характеристиками называют графические зависимости частоты вращения п2 (или скольжения s),момента на валу М2 , тока статора I1 , коэффициента полезного действия η и cos φ1 от полезной мощности Р2 при U1 = const и f1 = const. Их определяют экспериментально или путем расчета по схеме замещения или круговой диаграмме. Способы пуска АД. 1)Прямое включение в сеть. Это самый простой и самый дешевый способ пуска. На двигатель вручную или с помощью дистанционного управления подается номинальное напряжение. Прямое включение в сеть допускается, если мощность двигателя не превышает 5% от мощности трансформатора, если от него питается и осветительная сеть. 2)пуск при пониженном напряжении. Этот способ применяют при пуске в ход мощных двигателей, для которых недопустимо прямое включение в сеть. Для понижения подводимого к обмотке статора напряжения используют дроссели и понижающие автотрансформаторы. После пуска в ход на обмотку статора подается напряжение сети. 3) Реостатный пуск асинхронных двигателей. Этот способ применяют при тяжелых условия пуска, т.е. при большой нагрузке на валу. Для реостатного пуска используют асинхронные двигатели с фазным ротором, в цепь ротора включается пусковой реостат. Реостатный пуск служит для увеличения пускового момента. Одновременно происходит уменьшение пускового тока двигателя. По мере разгона двигателя пусковой реостат выводится и после окончания пуска обмотка ротора оказывается замкнутой накоротко.

21. Синхронные двигатели. Устройство, принцип действия и назначение. Основными частями СД являются статор и ротор. Сердечник статора собран из изолированных друг от друга пластин эл. тех. стали. В пазах размещена обмотка IIIф переменного тока. Ротор предст собой электромагнит – явнополюсный. Роторы синхронных машин могут быть явнополюсными (с явновыраженными полюсами) и неявнополюсными. 1 – цилиндр, 2 – обмотка.

Принцип действияВращающееся магнитное поле статора представим в виде магнита 1. Намагниченный ротор изобразим в виде магнита 2. Повернем магнит 1 на угол α. Северный магнитный полюс магнита 1 притянет южный полюс магнита 2, а южный полюс магнита 1 – северный полюс магнита 2. Магнит 2 повернется на такой же угол α. Будем вращать магнит 1. Магнит 2 будет вращаться вместе с магнитом 1, причем частоты вращения обоих магнитов будут одинаковыми, синхронными,

n2 = n1. В отличие от асинхронного двигателя частота вращения синхронного двигателя постоянная при различных нагрузках. Синхронные двигатели находят применение для привода машин постоянной скорости (насосы, компрессоры, вентиляторы).

22.Характеристики СД и электрические схемы их включения. На рис. представлены рабочие характеристики синхронного двигателя, полученные при постоянных напряжении и частоте сети и при постоянном возбуждении. По оси абсцисс здесь отложена полезная мощность Р2 (мощность на валу).

Простейшая схема включения синхронного двигателя.

23. Генераторы постоянного тока. Устройство, принцип действия, характеристики. Генератор постоянного тока преобразует механическую энергию в электрическую. Генератор постоянного тока работает на принципе электромагнитной индукции. Поэтому основными частями генератора являются якорь с расположенной на нем обмоткой и электромагниты, создающие магнитное поле. Электромагниты генератора постоянного тока состоят из стальных полюсных сердечников, привернутых болтами к станине.

Вращающийся якорь, снабженный обмотками, пере­секающими магнитное поле статора, индуцирует в обмотках ЭДС. В каждой секции обмотки якоря ЭДС меняется и по величине и по направлению в зависимости от ее положения относительно магнит­ного поля.

Рабочие свойства электрических машин определяются их характеристиками. Для генераторов постоянного тока основными являются характеристика холостого хода; нагрузочная, внешняя и регулировочная характеристики.

Все указанные характеристики определяются при постоянной номинальной частоте вращения якоря. Они могут быть получены как экспериментальным, так и расчетным путем.

24. Двигатели постоянного тока. Принцип действия, характеристики и электрические схемы включения. Электрический двигатель постоянного тока – машина, суть работы которой заключается в преобразовании постоянного электрического тока в механическую (кинетическую) энергию вращения. Работа эл двигателей постоянного тока основана на принципе электромагнитной индукции. Электрический двигатель постоянного тока состоит из статора и ротора. Взаимодействие магнитных полей статора и ротора эл двигателя постоянного тока создает вращающий момент, который и является причиной вращения ротора двигателя. Схема включения электрических двигателей постоянного тока: а - с помощью пускового реостата; б - схема электродвигателя со смешанным возбуждением; в - схема универсального коллекторного электродвигателя. Л - зажим, соединенный с сетью; Я - зажим, соединенный с якорем; М - зажим, соединенный с цепью возбуждения; 0 - холостой контакт; 1 - дуга; 2 - рычаг; 3 - рабочий контакт. где U — напряжение сети, В; Iном — номинальный ток двигателя. А; Rя — сопротивление обмотки якоря, Ом. Механическая характеристика ДПТ. Зависимость частоты от момента на валу ДПТ. Отображается в виде графика. Горизонтальная ось (абсцисс) — момент на валу ротора, вертикальная ось (ординат) — частота вращения ротора. Механическая характеристика ДПТ есть прямая, идущая с отрицательным наклоном. Механическая характеристика ДПТ строится при определённом напряжении питания обмоток ротора. В случае построения характеристик для нескольких значений напряжения питания говорят о семействе механических характеристик ДПТ.

25. Полупроводниковые диоды, биполярные и полевые транзисторы. В основе принципа действия полупроводникового диода — свойства р — n-перехода, в частности, сильная асимметрия вольт-амперной характеристики относительно нуля. Таким образом различают прямое и обратное включение. В прямом включении диод обладает малым электросопротивлением и хорошо проводит электрический ток. В обратном — при напряжении меньше напряжения пробоя сопротивление очень велико и ток перекрыт. Биполярные транзисторы. Работа б.т. основана на близко расположенных p-n переходов. Различают плоскостные и точечные б.т. Переходы в точечных б.т. имеют малую площадь и аналогичны точечным диодам. Плоскостной б.т. представляет собой трехслойную структуру типа n-p-n и типа p-n-p. Средний слой б,т. – база. Один крайний слой – коллектор, второй – эмиттер. Каждый слой имеет вывод при помощи которого транзистор включается в цепь.

Б.т. работает в 4 режимах:

• активный режим эмиттер – база в прямом направлении, коллектор – база – в обратном.

• инверсный режим, эмиттер-база – в обр напр, коллектор – база – в прямом.

• режим отсечки оба – в обр. направлении.

• режим насыщения – оба в прямом.

Полевые транзисторы: Различают полевые транзисторы с управляющим p-n переходом. Наибольшего абсолютного значения напряжение достигает у стока где перекрытие канала будет максимальным.

Условные графические обозначения полевых транзисторов

с изолированным затвором: а – со встроенным р-каналом; б – со встроенным

n-каналом; в – с индуцированным p-каналом; г – с индуцированным n-каналом.

26. Схемы одно- и двухполупериодного выпрямления переменного тока. Для получения пульсирующего напряжения из переменного используют специальные элементы, обладающие односторонней электропроводностью: полупроводниковые и электровакуумные диоды.

Самый простой выпрямитель можно построить на основе всего лишь одного выпрямительного элемента, например полупроводникового диода.

А – напряжение на входе выпрямителя, б – ток через диод и нагрузку, в – напряжение на нагрузке при отсутствии фильтра, г – напряжение на нагрузке при наличии фильтра.

Для питания радиоаппаратуры чаще всего используются выпрямители, работающие по двухполупериодной схеме. В одном из таких двухполупериодных выпрямителей применяется средний вывод от вторичной обмотки трансформатора. Выпрямительные диоды VD1 и VD2 подключены к концам вторичной обмотки. Такой выпрямитель представляет собой как бы два однополупериодных выпрямителя, работающих на общую нагрузку RH и фильтр С.

А – напряжение на обмотке а-б; б – ток через диод VD1 и резистор RH в первый полупериод; в – напряжение на обмотке б-в; г – ток через диод VD2 и резистор RH во второй полупериод; д – результирующее выпрямленное напряжение на резисторе RH при отключенном конденсаторе С; е - результирующее выпрямленное напряжение на резисторе RH при подключенном конденсаторе С.

27. Усилители на транзисторах. Усилитель осуществляет увеличение энергии управляющего сигнала за счет энергии вспомогательного источника. Входной сигнал является как бы шаблоном, в соответствии с которым регулируется поступление энергии от источника к потребителю усиленного сигнала. В транзисторных У. э. к., собранных на биполярных транзисторах или полевых транзисторах, в зависимости от того, какой из выводов усилительного элемента является общим для входа и выхода усилительного каскада, различают каскады с общим эмиттером или истоком (рис. а и б), с общей базой или затвором (рис. б и г) и с общим коллектором или стоком.

28.Стабилитроны и их использование в схемах электроники. Стабилитрон это полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации напряжения. В отличии от обычных диодов, стабилитрон имеет достаточно низкое напряжение пробоя (при обратном включении) и что самое главное - может поддерживать это напряжение на постоянном уровне при значительном изменении силы обратного тока. Благодаря этому эффекту стабилитроны широко применяются в источниках питания. В основе работы стабилитрона лежат два механизма: лавинный пробой p-n перехода и туннельный пробой p-n перехода. Типовая схема включения стабилитрона.

Характеристики стабилитронов: Напряжение стабилизации - значение напряжения на стабилитроне при прохождении заданного тока стабилизации. Пробивное напряжение диода, а значит, напряжение стабилизации стабилитрона зависит от толщины p-n-перехода или от удельного сопротивления базы диода. Поэтому разные стабилитроны имеют различные напряжения стабилизации (от 3 до 400 В).

29.Тиристоры и их использование в электрических схемах. Тиристор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости. Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров — управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, а также переключающие устройства. Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются, главным образом, по способу управления и по проводимости. Прибор без управляющих электродов называется диодным тиристором или динистором. Такие приборы управляются напряжением, приложенным между основными электродами. Прибор с одним управляющим электродом называют триодным тиристором или тринистором а – основная четырехслойная p-n-p-n-структура; б –диодный тиристор; в –триодный тиристор.