7. Асинхронные машины
8.1. Полупроводниковые диоды, стабилитроны, тиристоры, транзисторы, выпрямители
М = 2Мкр
𝑆 𝑆⁄ кр + 𝑆кр⁄𝑆 .
Данные для построения механической характеристики с электромагнитным моментом и скольжением (таблица 7.3).
Таблица 7.3
s, % sн =2 s=4 sк=6,59 s =10 s=15 s=20 М, Н*м Мн=389,8 М=622 Мк=701,6 М=644,7 М=516,7 М=417
Рисунок 7.4 – Механическая характеристика М=f (s).
8. Основные электронные приборы
8.1. Полупроводниковые диоды, стабилитроны, тиристоры, транзисторы,
малую площадь p-n перехода и вследствие этого малую паразитную емкость.
Поэтому они предназначены для выпрямления малых токов высокой частоты.
Рисунок 8.1 – условное графическое обозначение; структурная схема и вольтамперная характеристика диода.
Электрод, подключенный к полупроводнику p-типа, называют анодом (А), а к полупроводнику n-типа – катодом (К). Диод пропускает ток от анода к катоду.
Стабилитроны – это диоды, которые могут работать в режиме лавинного пробоя. Когда к стабилитрону приложено обратное напряжение, при
определенном его значении, равном напряжению стабилизации U
ст, в p-n переходе возникает электрический лавинный пробой.
При этом в широком диапазоне изменения тока через стабилитрон от Iст.мин до I
ст.max напряжение на нем изменяется незначительно. Для ограничения тока через стабилитрон последовательно с ним включают балластное
сопротивление R
бал. При включении стабилитрона в прямом направлении он ведет себя как обычный диод (рисунок 8.2).
Рисунок 8.2 – условное графическое обозначение и вольтамперная характеристика стабилитрона
Тиристор – это управляемый диод, который переходит в открытое состояние при выполнении двух условий: это наличие напряжения, приложенного в прямом направлении от анода к катоду U
пр (так же как у диода), и наличие импульса управляющего тока I
у. Тиристор имеет четырехслойную структуру полупроводников с различной проводимостью и три электрода: анод (А), катод (К) и управляющий электрод (УЭ).
Основными параметрами тиристоров являются:
– допустимое обратное напряжение на тиристоре U
обр.max; – падение напряжения на тиристоре в открытом состоянии U
пр;
– допустимый прямой средний ток I
пр.ср; – времена включения t
вкл и выключения t
выкл тиристора;
– ток удержания тиристора I
уд в открытом состоянии.
Рисунок 8.3 – условное графическое обозначение, структура и вольтамперная характеристика тиристора
Существуют симметричные тиристоры – это симисторы.
Симисторы могут проводить ток в прямом и обратном направлениях, имеют три электрода: анод, катод и один управляющий электрод.
Рисунок 8.4 – условное графическое обозначение и вольтамперная характеристика симистора
Тиристоры и симисторы применяются в регуляторах напряжения и силовых преобразовательных установках.
Транзисторы – это приборы, выполняющие роль управляемых резисторов. Включая резистор в цепь большой мощности, получают эффект усиления мощности управляющего сигнала, мощность которого невелика. По принципу действия транзисторы делятся на биполярные и полевые (униполярные).
Биполярные транзисторы – это полупроводниковые приборы с
трехслойной структурой, имеющие два взаимодействующих между собой p-n перехода. Различают p-n-p и n-p-n транзисторы.
Рисунок 8.5 – условные графические обозначения и структурные схемы этих типов биполярных транзисторов
Транзистор называется биполярным, так как в нем могут свободно перемещаться заряды обоих знаков: электроны и положительные дырки.
Униполярными, или полевыми, транзисторами называются полупроводниковые приборы, в которых регулирование тока производится изменением проводимости канала с помощью электрического поля, направленного перпендикулярно направлению тока в канале. Оба названия транзисторов точно отражают их основные особенности: ток в канале
обусловлен зарядами только одного знака (положительными – в p-канале и отрицательными в n-канале), управление величиной тока в канале осуществляется электрическим полем.
Выпрямители.
Электроснабжение осуществляется посредством переменного синусоидального напряжения и тока, а устройства электроники используют в качестве источников энергии источники постоянного напряжения и тока. Поэтому в состав источников постоянного напряжения и тока входят выпрямители – устройства, преобразующие переменное напряжение в постоянное, точнее сказать в однонаправленное пульсирующее. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения параллельно нагрузке включают конденсатор, а для сглаживания пульсаций тока последовательно включают катушку индуктивности. Эти устройства называются сглаживающими фильтрами.
Рассмотрим схему однофазного однополупериодного выпрямителя и временные диаграммы напряжения и тока (рисунок 8.6). В течение положительного полупериода переменного напряжения сети u диод VD открыт, сопротивление его мало, он пропускает ток нагрузки iн от плюса к минусу, создающий на резисторе нагрузки Rн падение напряжения uн.
В течение следующего полупериода напряжение является обратным для диода, тока практически нет из-за большого обратного сопротивления диода Rобр. Напряжение на нагрузке равно нулю. Далее процесс повторяется.
Рисунок 8.6 – схема однофазного однополупериодного выпрямителя и временные диаграммы напряжения и тока
Рассмотрим мостовую схему однофазного двухполупериодного выпрямителя и временные диаграммы, поясняющие его работу (рисунок 8.7).
В течение положительного полупериода переменного напряжения u открыты диоды VD1 и VD3 (VD2 и VD4 закрыты), а в течение отрицательного полупериода наоборот открыты диоды VD2 и VD4, а VD1 и VD3 закрыты. В результате этого ток нагрузки iн протекает в обоих случаях в одном направлении от плюса к минусу и создает на резисторе нагрузки Rн падение напряжения uн.
Рисунок 8.7 – мостовая схема однофазного двухполупериодного выпрямителя и временные диаграммы
Перечень вопросов для контроля 1. Понятие об электрической цепи.
2. Источники и приемники электроэнергии.
3.Классификация электрических цепей. Схема замещения электрической цепи и ее элементы. Схемы соединения элементов электрических цепей.
4. Закон Ома для замкнутой цепи и для участка цепи.
5. Законы Кирхгофа.
6. Методы расчета простых и сложных линейных электрических цепей постоянного тока.
7. Мощность элементов электрической цепи. Баланс мощностей.
8. Однофазные линейные цепи синусоидального тока. Параметры и значения синусоидальных величин.
9. Способы представления синусоидальной функции времени. Метод комплексных амплитуд.
10. Законы Ома и Кирхгофа для мгновенных значений.
11. Законы Кирхгофа и Ома в комплексной форме записи.
12. Методы расчета линейных электрических цепей синусоидального тока.
13. Векторные и топографические диаграммы токов и напряжений.
14. Достоинства трехфазных электрических цепей и причины их широкого применения. Генератор симметричной трехфазной ЭДС и способы соединения фазных обмоток генератора.
15. Симметричный трехфазный приемник электроэнергии и способы соединения фаз приемника.
16. Расчет симметричного режима трехфазной электрической цепи при соединении по схеме «треугольник».
17. Расчет симметричного режима трехфазной электрической цепи при соединении по схеме «звезда».
18. Переходные процессы в цепях постоянного тока первого порядка.
19. Основные свойства и характеристики магнитного поля. Свойства ферромагнитных материалов.
20. Магнитные цепи. Законы Ома и Кирхгофа для магнитной цепи. Расчет магнитных цепей.
21. Трансформаторы. Назначение, устройство и принцип действия трансформатора.
22. Устройство и принцип действия машины постоянного тока (МПТ).
Способы возбуждения МПТ. Режимы работы машины постоянного тока.
23. Конструкция и принцип действия трехфазной асинхронной машины.
Режимы работы трехфазной асинхронной машины.
24. Электрические свойства и классификация полупроводниковых приборов.
25. Назначение и классификация выпрямителей. Однофазные и трехфазные выпрямители.
Список литературы Основная:
1. Иванов И.И. Электротехника и основы электроники. – СПб.: Лань, 2012. – 730 с.
2. Белов Н.В. Электротехника и основы электроники. – СПб.: Лань, 2012.
– 432 с.
3. Подкин Ю.Г. Электротехника и электроника. – М.: Академия, 2011.
– 520 с.
4. Касаткин А.С. Электротехника. – М.: Академия, 2008. – 544 с.
5. Петленко А.Я. Электротехника и электроника. – М.: Академия, 2010.
– 340 с.
6. Рекус Г.Г. Основы электротехники и промышленной электроники в примерах и задачах. – М.: Высшая школа, 2008. – 344 с.
7. Немцов М.В. Электротехника и электроника. – М.: Академия, 2010. – 512 с.
Дополнительная:
8. Герасимов Г.Г. Электротехника и электроника. М.: Энергоатомиздат, 1998, 432 с.
9. Герасимов Г.Г. Сборник задач по электронике и основам электротехники. – М.: Высшая школа, 1998. – 288 с.
Дополнительные источники:
10. Казахстанская национальная электронная библиотека http://kazneb.kz/
11. Online курсы https://www.coursera.org/
12. Бесплатные онлайн-курсы от 140 ведущих университетов мира https://www.edx.org/
13. Тренажёр для подготовки к ЕНТ, итоговой аттестации и ВОУД https://itest.kz/
14. Библиографическая и реферативная база данных https://www.elsevier.com/, https://www.elsevier.com/solutions/scopus
15. Независимая от издателей глобальная база данных о цитировании публикаций и исследовательская аналитическая платформа https://clarivate.com/webofsciencegroup/solutions/web-of-science/
16. Национальный открытый Университет России «ИНТУИТ»
https://www.intuit.ru/
Содержание
Введение 3
1 Расчет линейных электрических цепей постоянного тока 4 2 Расчет электрических цепей однофазного синусоидального тока 15 3 Расчет трехфазных электрических цепей синусоидального тока 27 4 Переходные процессы в линейных электрических цепях 33
5 Трансформаторы 46
6 Машины постоянного тока 49
7 Асинхронные машины 53
8. Основные электронные приборы 60
Список литературы 67