Электротехника - ответы на вопросы

18. Машина постоянного тока параллельного возбуждения работает в режиме генератора на общую сеть. Как данную машину перевести в режим двигателя? Поясните особенности пуска двигателя постоянного тока параллельного возбуждения при непосредственном подключении его к сети.
В генераторе ЭДС якоря больше напряжения сети (Eя > Uс), а в двигателе наоборот напряжение сети больше ЭДС якоря (Eя < Uс). Следовательно, для перехода в режим двигателя необходимо понизить ЭДС. Чтобы понизить ЭДС необходимо уменьшить магнитный поток, а для его уменьшения необходимо уменьшить ток возбуждения.
	Из генератора в двигатель увеличится
Прямой пуск. При прямом пуске обмотка якоря подключается непосредственно к сети. Обычно в электродвигателях постоянного тока падение напряжения IяRя во внутреннем сопротивлении цепи обмотки якоря при номинальном токе составляет 5—10% от Uном, поэтому при прямом пуске ток Iя = Uном / Rя = (10-20)Iном, что недопустимо для машины. По этой причине прямой пуск применяют только для двигателей очень малой мощности (до нескольких сотен ватт), в которых сопротивление Rя относительно велико, и лишь в отдельных случаях — для двигателей мощностью в несколько киловатт. При прямом пуске таких двигателей пусковой ток Iп= (4-6)Iном.
19. Каким образом можно осуществить реверсирование двигателя постоянного тока параллельного возбуждения.
Для реверсирования двигателя постоянного тока параллельного возбуждения необходимо поменять местами зажимы обмотки возбуждения или якоря. Предварительно от двигателя отключается питание, он механически тормозится, меняются зажимы либо обмотки, либо якоря (что-то ОДНО!!!), и выполняется пуск при другом направлении вращения.
20. Вал якоря исправного генератора постоянного тока параллельного возбуждения приводится во вращение двигателем. В цепь якоря включены лампы накаливания, но они не горят. Почему и что необходимо сделать, чтобы лампы загорелись?
Для того, чтобы разобраться в причине, необходимо проверить условия самовозбуждения генератора: 1.Самое главное условие, которое надо сказать в первую очередь: Сопротивление внешней цепи генератора должно быть меньше критической величины Rкр. (Если мало, добавить остальные два!!!) 2. Наличие остаточной ЭДС в обмотке якоря (то есть генератор должен быть запущен хотя бы один раз). 3. Силовые линии остаточного магнитного потока должны совпадать по направлению с силовыми линиями магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения (при их верном направлении, силовые линии складываются, при различном - вычитаются). Для того, чтобы лампы загорелись необходимо подключать ПАРАЛЛЕЛЬНО (!!!) дополнительные лампы (при добавлении ламп сопротивление нагрузки будет падать).
21. Как изменится напряжение на зажимах генератора постоянного тока параллельного возбуждения, если при неизменном значении тока возбуждения вдвое уменьшить скорость приводного двигателя, и при неизменной угловой скорости вдвое уменьшить ток возбуждения? Показать изменения напряжения на характеристике холостого хода генератора.
-

22. Два генератора постоянного тока (один независимого возбуждения, другой параллельного) с одинаковыми номинальными напряжениями включены на общую нагрузку. На зажимах нагрузки произошло короткое замыкание. Какой из генераторов будет находиться в более тяжелых условиях и почему?
В более тяжелых условиях будет находиться генератор независимого возбуждения. Генератор параллельного возбуждения может выдержать КЗ, просто перестанет вырабатывать ток.
23. Как можно регулировать частоту вращения вала двигателя постоянного тока параллельного возбуждения? Процесс регулирования покажите на механической характеристике двигателя.
Частота вращения якоря двигателя при любой схеме возбуждения определяется следующим выражением:n = (U - I(Rя - Rв))/СФ, где Rc — сопротивление последовательной обмотки возбуждения (для двигателя параллельного возбуждения Rс = 0). Это выражение показывает, что частота вращения двигателя зависит от напряжения сети, сопротивления цепи якоря и магнитного потока. Частоту вращения регулируют путем изменения напряжения сети в том случае, когда источником электрической энергии двигателя является какой-либо генератор. Для регулирования частоты вращения двигателя изменением сопротивления цепи якоря используют регулировочный реостат, включенный последовательно с якорем. В отличие от пускового регулировочный реостат должен быть рассчитан на длительное прохождение тока. В сопротивлении регулировочного реостата происходит большая потеря энергии, вследствие чего резко уменьшается кпд двигателя. Регулируют частоту вращения якоря двигателя изменением магнитного потока, который зависит от тока в обмотке возбуждения. В двигателях параллельного и смешанного возбуждения для изменения тока включают регулировочный реостат, а в двигателях последовательного возбуждения для этой цели шунтируют обмотку возбуждения каким-либо регулируемым сопротивлением. Последний способ регулирования частоты практически не создает дополнительных потерь и экономичен. (более предпочтителен)
24. Напряжение сети, питающей двигатель постоянного тока параллельного возбуждения, понизилось. Как изменятся частота вращения вала, ток якоря и мощность двигателя при неизменном моменте на валу? Считать, что изменение магнитного потока влияет на частоту вращения в большей степени, чем уменьшение напряжения.
-

25. Поясните сущность явления реакции якоря в машине постоянного тока. В чем сказывается отрицательное влияние реакции якоря на работе машины и как его устранить?

Реакцией якоря называют воздействие магнитного поля якоря на главное поле машины.

Из-за реакции якоря результирующее магнитное поле искажается, причем, под одним краем полюса поле усиливается, под другим ослабляется. Причем ослабляется поле в большей степени, чем усиливается из-за насыщения края полюсного наконечника.

В генераторе: уменьшается магнитный поток Ф, уменьшается ЭДС, следовательно, уменьшается напряжение сети U=Е_я – I_яR_я.

В двигателе: уменьшается магнитный поток Ф, следовательно, уменьшается момент М=С_мФI_я.

Для уменьшения влияния реакции якоря в зоне переключения щеток, на линии геометрической нейтрали устанавливают дополнительные полюса. Обмотка дополнительных полюсов включается последовательно с обмоткой якоря таким образом, чтобы их МДС были направлены на встречу друг другу.

Для компенсации реакции якоря в зоне главных полюсов в ответственных машинах в наконечниках делаются пазы, в которые укладывается компенсационная обмотка, включаемая последовательно с обмоткой якоря встречно, чтобы поля были направлены друг на друга.

26. К однофазному мостовому выпрямителю подключена активная нагрузка с С - фильтром. Изобразить схему включения. Изменятся ли напряжение на нагрузке коэффициент пульсаций, если подключить еще один конденсатор такой же емкости?
Коэффициент пульсаций уменьшится, так как суммарная емкость конденсатора увеличится. Напряжение на нагрузке станет более постоянным.
27. В каком из однофазных выпрямителей постоянная составляющая тока в нагрузочном резисторе наименьшая, а максимальное обратное напряжение на вентиле наибольшее и почему?
В однофазном однополупериодном выпрямителе ток Id меньше (q=1,57, U2=0,45U2, Id=0,45U2/Rн). В двухполупериодном выше составляющая тока Id (q=0,67, U2=0,9U2, Id=0,9U2/Rн). Максимальное обратное напряжение больше в двухполупериодном (Uобр=2Um=2U2) (так как ЭДС из первой части обмотки наводит ЭДС на вторую часть обмотки и напряжение возрастает).

28. Как и почему изменяется форма выпрямленного напряжения на нагрузочном резисторе при подключении к нему С и L - фильтров?
Фильтры предназначены для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения. С-фильтр – конденсатор, подключенный параллельно нагрузке (используется при высокоомной нагрузке), L фильтр – катушка индуктивности, подключенная последовательно нагрузке (используется при низкоомной). Форма выпрямленного напряжения при применении фильтров становится более ровной. Принцип работы С фильтра сводится к следующему: когда диод открыт, конденсатор заряжается. Когда диод закрыт, конденсатор разряжается. (ХЗ НАСЧЕТ ЭТОГО, ЗАВТРА УЗНАЮ, ПОДЗАБЫЛ Катушка индуктивности обладает реактивным сопротивлением X=2пfL. Из этого следует, что переменному току дроссель оказывает большое сопротивление и уменьшает переменную составляющую).
29. Как и почему изменяется коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения с увеличением тока нагрузки при емкостном и индуктивном фильтрах?
Электроногов ответил: При использовании емкостного фильтра с увеличением тока коэффициент пульсаций увеличивается, так как конденсатор будет успевать заметно разряжаться. При использовании индуктивного фильтра коэффициент пульсаций уменьшается так как энергия, запасаемая в катушке, увеличивается по мере роста среднего значения тока
30. Объясните наклон внешней характеристики маломощного выпрямителя при работе на активную нагрузку без фильтра и с С - фильтром.
Внешней характеристикой выпрямителя называют зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от среднего значения выпрямленного тока нагрузки при неизменной величине входного напряжения. Нелинейность характеристики объясняется нелинейностью ВАХ диодов, используемых в выпрямителе. Чем больше С тем медленнее разряд и меньше наклон характеристики (с C-фильтром напряжение Ud больше, так как напряжение сглаживается лучше, чем без фильтра). На наклон влияют потери в трансформаторе и фильтре.

31. Почему коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения у трехфазного мостового выпрямителя гораздо меньше, чем у однофазного мостового выпрямителя?
Однофазный. Ud небольшой, напряжение постоянно падает до нуля. (однополупериодный q=1,57, двухполупериодный q=0,67)
Трехфазный. Ud большой и напряжение никогда не опускается до нуля. (q=0,25)

32. Вам необходимо регулировать напряжение на нагрузке от максимальной величины до нуля. Изобразите схему данного устройства и поясните принцип работы.
Используем двухполупериодный выпрямитель на основе теристоров. Ud=Ud0*(1+cos )/2. Под каким углом управления подадим (или откроем (ХЗ) напряжение, такое напряжение Ud и получим (по графику). То есть под углом 0 получим максимальное напряжение, под углом 180 ничего не получим (это в идеале, а на самом деле разбег в 2-4 градуса, то есть 2-4 или 176-178). (схема, одна из двух)

33. С какой целью в источниках питания используются стабилизаторы напряжения? Типы стабилизаторов и принцип их работы.
Стабилизатор предназначен для поддерживания напряжения на нагрузке в заданном диапазоне при изменении напряжения сети или сопротивления нагрузки. Делятся на параметрические (нерегулируемые). имеют простую конструкцию и высокую надежность, но имеют низкий КПД.
Состоит из балластного резистора Rбал (для ограничения тока через стабилитрон) и стабилитрона, подключенного параллельно нагрузке, выполняющий основную функцию стабилизации. При изменении на напряжения на входе стабилизатора U, происходит соответствующее изменение тока I, а, следовательно, изменятся токи стабилитрона и нагрузки. Однако при изменении тока стабилитрона напряжение на нем изменится на очень маленькую величину в соответствии с ВАХ стабилитрона т.е. почти не изменится. Согласно второму закону Кирхгофа, при изменении входного напряжения, падение напряжения на балластном сопротивлении изменится пропорционально току, оказывается равным приращению входного напряжения. Другими словами, все приращение входного напряжения падает на балластном сопротивлении, а напряжение на стабилитроне и на нагрузке почти не изменится.
Компенсационные стабилизаторы (регулируемые и нерегулируемые) Принцип работы компенсационного стабилизатора напряжения основан на изменении сопротивления регулирующего элемента в зависимости от управляющего сигнала. Работа основана на непрерывном сравнении опорного напряжения с напряжением на нагрузке. R1-R2-R3- делитель напряжения транзистор VT1 - регулирующий элемент VT2 – измеряет разницу напряжений Rк-определяет базовый ток регулирующего транзистора VT1
34. Типы и схемы включения транзисторов. Что такое h - параметры транзистора и как их определяют? (1)
Транзистор – полупроводниковый прибор с одним и более p-n переходами, предназначенный для усиления параметров сигнала. Биополярный транзистор, состоящий из трех областей с чередующимися типами электропровидмости и предназначенным для усиления мощности. n-p-n – дырочная электропроводимость. p-n-p – электронная электропроводимость. э – эллитер; б – база; к – коллектор; Мощность элитерного перехода меньше коллекторного.
	В зависимости от того, какой из выводов является общим для входной и выходной цепи 3 схемы включения. Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор, состоящий из трех областей с чередующимися типами электропроводности и пригодный для усиления мощности. Он представляет собой пластинку германия или кремния, в которой созданы три области с различной электропроводностью. У транзистора типа n-р-n (2.а) средняя область имеет дырочную, а крайние области – электронную электропроводность.

34. Типы и схемы включения транзисторов. Что такое h - параметры транзистора и как их определяют? (2)
	Транзисторы типа р-n-р (2.б) имеют среднюю область с электронной, а крайние области с дырочной электропроводностью. Средняя область транзистора называется базой, одна крайняя область – эмиттером, другая – коллектором. Таким образом в транзисторе имеются два   р-n- перехода: эмиттерный – между эмиттером и базой и коллекторный – между базой и коллектором. Площадь эмиттерного перехода меньше площади коллекторного перехода.
Эмиттером называется область транзистора назначением которой является инжекция носителей заряда в базу. Коллектором называют область, назначением которой является экстракция носителей заряда из базы. Базой является область, в которую инжектируются эмиттером неосновные для этой области носители заряда. Концентрация основных носителей заряда в эмиттере во много раз больше концентрации основных носителей заряда в базе, а их концентрация в коллекторе несколько меньше концентрации в эмиттере. Поэтому проводимость эмиттера на несколько порядков выше проводимости базы, а проводимость коллектора несколько меньше проводимости эмиттера.
От базы, эмиттера и коллектора сделаны выводы. В зависимости от того, какой из выводов является общим для входной и выходной цепей, различают три схемы включения транзистора: с общей базой (ОБ)(а), общим эмиттером (ОЭ)(б), общим коллектором (ОК)(в). Схема с ОБ обладает низким коэффициентом передачи тока. Из-за этого ее применяют редко, в основном в высокочастотных устройствах, где по усилению напряжения она предпочтительнее других. Схема с ОК обладает коэффициентом усиления по напряжению меньше единицы, поэтому применяется для усиления тока. Основной схемой включения биполярного транзистора является схема с ОЭ.
Работа транзистора в электрической цепи определяется его входными и выходными статическими вольт–амперными характеристиками (ВАХ). Входной статической ВАХ транзистора является зависимость входного тока от входного напряжения при постоянстве выходного напряжения. Выходной статической ВАХ транзистора является зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянстве входного тока. Статические ВАХ снимают в режиме постоянных токов и напряжений. Характеристики транзистора зависят от схемы его включения и содержат информацию о свойствах транзистора во всех режимах работы при больших и малых сигналах. По ним можно определить ряд параметров, не приводимых в справочной литературе, а также рассчитать цепи смещения, стабилизации режима, оценить работу транзистора в широком диапазоне импульсных и постоянных токов, мощностей и напряжений. Так как вид характеристики (зависимость одного параметра от другого) зависит еще и от третьего параметра, то на плоскости одна характеристика описывается рядом кривых, совокупность которых называют семейством. Семейство входных ВАХ транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, устанавливает зависимость тока базы от напряжения UБЭ при UКЭ = const (рис. 4 а), а семейство выходных ВАХ устанавливает зависимость тока коллектора от напряжения UКЭ при IБ = const (рис. 4 б).
Транзистор, включенный в электрическую цепь по схеме с ОБ, ОЭ или ОК, является однокаскадным усилителем электрических сигналов – устройством, в котором маломощный входной сигнал управляет передачей большой мощности от источника энергии к нагрузке. Существенными параметрами транзистора являются так называемые малосигнальные h-параметры. Они характеризуют работу транзистора в основных режимах его работы - при малых изменениях токов и напряжений.
При этом значения h-параметров транзистора, включенного но схеме с ОЭ, определяются следующими выражениями: при – входное сопротивление транзистора, Ом; при – коэффициент внутренней обратной связи по напряжению; при – коэффициент передачи тока базы; при – выходная проводимость транзистора, См; Для схемы включения с ОЭ коэффициент передачи тока базы является основным параметром, связанным с коэффициентом передачи тока эмиттера соотношением . Конкретные значения //-параметров транзистора, включенного по схеме с ОЭ, в общем случае зависят от режима работы транзистора по постоянному току, который задается током покоя и выходным напряжением покоя и могут быть определены по вольтамперным характеристикам. Параметры и определяются по входным характеристикам (рис. 4, а), а параметры и - по выходным характеристикам (рис. 4, б).

34. Типы и схемы включения транзисторов. Что такое h - параметры транзистора и как их определяют? (3)
Принципиальным отличием полевого транзистора от биполярного является то, что источник входного сигнала подключен к p-n-переходу в обратном, запирающем направлении и, следовательно, входное сопротивление здесь очень большое, а потребляемый от источника входного сигнала ток очень маленький. В биполярном транзисторе управление осуществляется входным током, а в полевом транзисторе – входным напряжением. Следует отметить, что поскольку потенциал от истока к стоку возрастает, то соответственно возрастает и обратное напряжение на p-n-переходе, а, следовательно, и его ширина. Так же, как и биполярные транзисторы, полевые транзисторы могут быть разных типов: в рассматриваемом случае – полевой транзистор с каналом n-типа проводимости и на принципиальных схемах он обозначается символом, представленным на рис. 4.3, а.	Рис. 4.3. Условные обозначения полевого транзистора, имеющего канал n-типа (а) и p-типа (б)
Если канал имеет проводимость р-типа, то его обозначение такое же, но стрелка затвора направлена в противоположную сторону (рис. 4.3, б). Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом – это полевой транзистор, управление потоком основных носителей в котором происходит с помощью выпрямляющего электрического перехода, смещенного в обратном направлении. Если полевой транзистор усиливает сигнал переменного тока, то в цепь затвора необходимо вводить смещение в виде источника ЭДС достаточной величины, чтобы суммарное напряжение на p-n-переходе не изменяло свой знак на положительный, так как p-n-переход в таком полевом транзисторе должен быть всегда смещен в обратном направлении. Тогда электрическое поле p-n-перехода, поперечное по отношению к каналу, будет изменятся в точном соответствии с изменением входного сигнала, расширяя и сужая канал. В цепи стока появляется переменная составляющая тока, которая и будет представлять собой усиленный входной сигнал. Полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей заряда, протекающим через токопроводящий канал, и управляемым электрическим полем. Полевой транзистор в отличие от биполярного иногда называют униполярным, т. К. его работа основана только на основных носителях заряда либо электронов, либо дырок. Вследствие этого в полевом транзисторе отсутствуют процессы накопления и рассасывания объемного заряда неосновных носителей, оказывающих заметное влияние на быстродействие биполярного транзистора. Основным процессом переноса носителей заряда, образующим ток полевого транзистора, является дрейф в электрическом поле. Проводящий слой, в котором создается рабочий ток полевого транзистора, называется токопроводящим каналом. Полевой транзистор в отличие от биполярного иногда называют униполярным, т. К. его работа основана только на основных носителях заряда либо электронов, либо дырок. Вследствие этого в полевом транзисторе отсутствуют процессы накопления и рассасывания объемного заряда неосновных носителей, оказывающих заметное влияние на быстродействие биполярного транзистора. Основным процессом переноса носителей заряда, образующим ток полевого транзистора, является дрейф в электрическом поле. Проводящий слой, в котором создается рабочий ток полевого транзистора, называется токопроводящим каналом.
35. Поясните, каким образом осуществляется температурная стабилизация в усилительном каскаде с общим эмиттером? (1)
Три возможные схемы усилительного каскада на биполярном транзисторе: с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК), с общей базой (ОБ). Входные величины: сила тока базы и напряжение база — эмиттер, выходные – сила тока коллектора и напряжение коллектор – эмиттер. Резисторы Rк, RЭ, Rб1, Rб2 обеспечивают режим работы схемы по постоянному току, конденсаторы С1, С2 разделяют переменную и постоянную составляющие напряжения, Сэ устраняет отрицательную обратную связь по переменному току, Rн — сопротивление нагрузки или входное сопротивление следующего усилительного каскада, Ек — источник питания постоянного тока (для транзисторов p-n-p полярность источника изменится).	Схема с ОЭ
Усилительный каскад с общим эмиттером работает следующим образом: 1. При увеличении входного напряжения (UВХ ↑) ширина p − n перехода между коллектором и базой уменьшается, в результате возрастает ток в цепи эмиттера (IЭ ↑), а выходное сопротивление транзистора (между коллектором и эмиттером) уменьшается (RВыхТр ↓), а следовательно уменьшается и падение напряжения на выходе транзистора (IЭRВыхТр = UВых ↓). 2. При уменьшении входного напряжения (UВХ ↓) ширина p−n перехода между коллектором и базой увеличивается, в результате чего ток в цепи эмиттера уменьшается (IЭ ↓), а выходное сопротивление транзистора (между коллектором и эмиттером) увеличивается (RВыхТр ↑), следовательно, увеличивается и падение напряжения на выходе транзистора (IЭRВыхТр = UВых ↑). Таким образом, усилительный каскад с общим эмиттером сдвигает фазу выходного сигнала, относительно входного, на 180.