Конспект лекцій з навчальної дисципліни «електротехніка І електроніка» для студентів спеціальності



Сторінка7/11
Дата конвертації27.01.2017
Розмір2.07 Mb.
ТипКонспект
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11
Тема: Синхронні машини.
Мета:

1. Навчальна – вивчити особливості конструкції принципу дії і застосування синхронних машин.

2. Розвиваюча – знання особливостей генераторів змінного струму в автомобілях.

3. Виховна – виховувати вміння аналізувати роботу генераторів змінного струму для одержання заданого режиму
Методичне та матеріально-технічне забезпечення: плакати «Синхронні генератори».

Організаційна структура лекції
1. Визначення навчальних цілей і мотивація – генератори змінного струму встановлені в сучасних автомобілях.

2. Питання лекції

1.) Конструкція синхронних машин.

2.) Використання синхронних машин в генераторному режимі.

3.) Особливості генераторів змінного струму в автомобілях.

Конструкція статора аналогічна асинхронним машинам. Ротор являється постійним магнітом або обмоткою постійного струму. При повороті ротора в обмотках статора наводиться трифазна е.р.с. Синхронні машини застосовуються як потужні генератори. Синхронні машини, які приводяться в дію паровими турбінами називаються турбогенераторами. 4.) Принцип дії генераторів.

5.) Принцип дії електродвигунів.



3. Додаткові елементи заняття – Питання.

1. Які основні способи одержання струму ви знаєте? 2. З якою частотою обертається ротор синхронного генератора, в якого 4 полюси і частота струму в мережі 400 Гц?



4. Висновки лекції, відповіді на можливі запитання – генератори змінного струму встановлені в сучасних автомобілях.

Завдання для самопідготовки студентів – вивчити параграф 8.5 «Синхронні машина» за підручником Ф.Є.Євдокимова «Общая электротехника». Розв’язати задачі № 10.104, 170

Викладач В.В.Хоружий




Лекція

Тема: Синхронні машини.

ПЛАН

1. Поняття синхронних машин

2. Характеристики синхронних двигунів

3. Пуск синхронного двигуна



Література

1.Б.С.Гершунський'' Основи електроніки"

2.В.С. Попов,С.А.Ніколаєв"Загальна електротехніка з основами електроніки"

3. Барыбин А.А. Электроніка и микроэлектроніка

4. Богатырев Е.А., Ларин В.Ю., Лякин А.Е. Энциклопедія електронных компонентів.

5. Бойт К. М Світ электроніки. 2007 рік



1. Поняття синхронних машин

Як і усі електричні машини, синхронна машина обернена і може широко використовуватися у промисловості як генератори та двигуни переважно великої потужності. Синхронні машини належать до класу машин змінного струму. Частота обертання ротора синхронної машини дорівнює частоті обертового магнітного поля, тобто nt = и2> 5=0.

Синхронна машина складається із статора і ротора (рис. 1). Конструкція статора принципово не відрізняється від конструкції стартера асинхронного двигуна. Тобто у шихтованому осерді розташована трифазна обмотка статора. Ротор синхронної машини являє собою електромагніт, обмотка якого живиться від джерела постійного струму.

Ротор синхронної машини буває двох типів:

— явнополюсний;http://ua.textreferat.com/images/referats/1130/image001.jpg

— неявнополюсний.



Рис.1




Явнополюсний ротор (рис. 1) використовується здебільшого у тихохідних синхронних машинах. Обмотка ротора приєднується до контактних кілець і за допомогою щіток на неї подається постійна напруга. У машинах з великою швидкістю обертання (турбогенераторах, газогенератоpax) застосовується неявнополюсний ротор.

Рис.2




На рис. 2 наведено схему неявнополюсного ротора з однією парою полюсів. У багатополюсних роторах полюси чергуються по колу. Обмотка ротора збуджує постійний магнітний потік і називається обмоткою збудження.

У генераторному режиміобмотка збудження вмикається на постійну напругу. Магнітне поле ротора обертається разом з ротором і перетинає трифазну обмотку статора. У фазах індукується ЕРС

E = 4,44 fwkФm

де w — число витків,

k — обмотковий коефіцієнт. Частота індукованої ЕРС

http://ua.textreferat.com/images/referats/1130/image002.jpg

У режимі двигуна, крім постійної напруги, що подається на обмотку збудження, подається також трифазна синусоїдна напруга на обмотку статора. Обмотка збуджує обертове магнітне поле, яке захоплює у синхронному обертанні поле ротора й сам ротор. Тобто ротор обертається з частотою обертання магнітного поля (синхронною частотою)



http://ua.textreferat.com/images/referats/1130/image003.jpg

2. Характеристики синхронних двигунів

Основною перевагою синхронного двигуна перед двигунами інших типів єабсолютно жорстка механічна характеристика (рис. 3). Тобто ротор обертається зі швидкістю обертового магнітного поля, що збуджується статором. Швидкість обертання поля не залежить від моменту опору. Якщо опір більший за максимальний, ротор зупиняється.



http://ua.textreferat.com/images/referats/1130/image004.jpg

Рис.3.


Полюси статора і ротора обертаються з однаковою швидкістю. Але між осями цих полюсів є деяке кутове зміщення. Це зміщення залежить від моменту опору. Залежність електромагнітного моменту від

кута між осями полюсів статора і ротора називається кутовою характеристикою двигуна (рис. 4). Момент має позитивні значення у межах



http://ua.textreferat.com/images/referats/1130/image005.jpg

але стійкий режим роботи може бути тількі на ділянці



http://ua.textreferat.com/images/referats/1130/image006.jpg

Рис. 4


http://ua.textreferat.com/images/referats/1130/image007.jpg

Звичайно θном = (20 .30)0.

Синхронні двигуни використовують там, де потрібна стабільна швидкість обертання, економічність. Безконтактні мікродвигу-ни з однофазною та трифазною обмотками статора застосовують у програмних механізмах, електрогодинниках, звуковій апаратурі тощо.

U-подібною характеристикою синхронного двигуна називається залежність струму якоря від струму збудження при сталому гальмуючому моменті. Як і у генератора, мінімальний струм забезпечується при коефіцієнті потужності cosφ= 1 (рис. 5).

При ф > 0, струм обмежується областю нестійкої роботи двигуна (θ > π/2), а при ф < 0 — магнітним насиченням осердя.



http://ua.textreferat.com/images/referats/1130/image008.jpg

3. Пуск синхронного двигуна

При вмиканні двигуна механічна інерція ротора велика і обертаючий момент на валу практично дорівнює нулеві. Тому для пуску треба розкрутити вал двигуна до швидкості, близької до синхронної. Складний пуск значною мірою обмежує використання синхронного двигуна.



http://ua.textreferat.com/images/referats/1130/image009.jpg

Для пуску синхронного двигуна укладають короткозамкнену обмотку («біляче колесо») у полюсах ротора (рис. 6). Стержні обмотки з'єднуються кільцями. При пускові обмотка збудження замикається на пусковий опір, як наведено на рис.7.

Після увімкнення обмотки статора в мережу створюється обертове магнітне поле, що індукує струм у «білячому колесі» й утворює асинхронний пусковий момент. Щоб збільшити пусковий момент, іноді використовують клітину з глибоким пазом або подвійну «білячу клітину». Це підвищує пусковий момент до 0,8 . 1,0 Мн. Коли ковзання сягне приблизно до 5%, обмотка збудження відмикається від опору та вмикається на джерело постійного струму.
План заняття

Вид:лекція


Тема: Електрофізичні властивості напівпроводників.Випрямляючі діоди

Мета:
1.навчальна:усвідомити роль електроніки для сучасного світу,розширити знання про електрофізичні властивості напівпроводників.
2.розвиваюча:самостійно робити аисновки з теми, встановлювати зв'язки раніше вивченого з новим.
3.виховна: виховувати зацікавленість дисципліною, прагнення отримувати нові знання, виховувати допитливість.
Методичне та матеріально-технічне забезпечення: конспект лекцій,плакати
Організаційна структура лекції:
1. Визначення навчальних цілей і мотивація: перевірка присутніх, повідомлення теми лекції та її цілей, повідомлення плану лекції.
2.Питання лекції:
1.Історія електроніки.
2. Перспективи розвитку електроніки.
3.Відомості про напівпроводники.
3. Додаткові елементи заняття: демонстрація слайдів.
4. Висновки лекції, відповіді на можливі запитання.
5. Завдання для самопідготовки студентів:

Вивчити матеріал конспекта, Б.С.Гершунський'' Основи електроніки"

законспектувати та вивчити відповідні глави.

Викладач В.В.Хоружий
Лекція

Тема: Електрофізичні властивості напівпроводників.Випрямляючі діоди

Мета:Познайомити студентів з перспективами розвитку електроніки. Прищепити студентам навики знань про властивості напівпроводників.

План лекції
1. Напівпровідники
2. Випрямляючі діоди
Література

1.Б.С.Гершунський'' Основи електроніки"

2.В.С. Попов,С.А.Ніколаєв"Загальна електротехніка з основами електроніки"

3. Барыбин А.А. Электроніка и микроэлектроніка

4. Богатырев Е.А., Ларин В.Ю., Лякин А.Е. Энциклопедія електронных компонентів.

5. Бойт К. М Світ электроніки. 2007 рік


Напівпровідники - це речовини, в яких електричний струм утворюється рухом електронів, а величина питомого опору знаходиться в межах між провідниками і діелектриками. Напівпровідниками є хімічні елементи IV, У і VI груп періодичної системи Менделєєва Д. І. - графіт, кремній, германій, селен та інші, а також багато окисли та інші сполуки різних металів. Кількість рухомих носіїв зарядів у напівпровідниках у звичайних умовах невелика, проте воно зростає в сотні і тисячі разів при деяких зовнішніх впливах (нагрівання, дія світла тощо), а також при наявності в П. певних домішок.

Напівпровідники поділяються на електронні (типу n) і діркові (типу p). В П. типу і в якості носіїв зарядів розглядаються електрони, які при утворенні струму переміщаються по всьому П. подібно вільним електронам в металах. В П. типу p в якості носіїв зарядів розглядаються так звані дірки (під дірками розуміється вільне місце біля атома, яке може бути включена стороннім йому електроном). Дірки вважаються еквівалентом позитивного заряду, рівного електрону. При утворенні струму типу p електрони здійснюють тільки спрямовані перескакування між сусідніми атомами; при перескоке електрона з однієї дірки в іншу дірка переміщається в протилежному напрямку, що і розглядається як освіта струму.

Основні області застосування напівпровідників. Напівпровідники, опір яких при нагріванні внаслідок звільнення носіїв зарядів значно знижується, що застосовуються в якості электротермометров, або термісторів; порівняно з ртутними термометрами вони відрізняються значно більш високою чутливістю і відсутністю теплової інерції. Термістор (рис. 1, а) зазвичай має форму кульки 1, в який закладені висновки 2 з тонкого дроту. Т

Термістор оточений тонкою пластмасовою ізоляцією 3 і укріплений на кінці вимірювальної ручки 1 (рис. 1,6). Дроти від термістора включаються в одне плече вимірювальної схеми (місток Уїтстона), в інше плече якої включений мікроамперметр 2 (рис. 1, б). Шкала приладу градуюється в градусах Цельсія. В одному корпусі з пристроєм містяться сухі елементи та інші деталі вимірювальної схеми. Завдяки малій величині термістор може застосовуватися для вимірювання шкірної, порожнинний і навіть внутрішньотканинний температури; в останньому випадку він закладається всередину голки, яка вколюється в тканину.

Якщо нагрівати один кінець стержня з напівпровідника, то звільняються в ньому носії зарядів з високою кінетичною енергією (електрони або дірки) будуть дифундувати до іншого кінця стрижня, утворюючи на ньому надлишок заряду відповідного знака. Між гарячим і холодним кінцями П. утворюється різниця потенціалів, прямо пропорційна різниці температур цих кінців. Зазвичай складають пару з електронного і діркового П. При нагріванні їх спаю між холодними кінцями утворюється термоелектрорушійна сила, рівна сумі різниць потенціалів, що утворюється в кожному з напівпровідників. Вона в сотні разів перевищує термоэлектродвижущую силу металевих термопар.

Термоелектричні явища оборотні: якщо через спай електронного і діркового П. пропускати в певному напрямку струм від стороннього джерела, то спай буде охолоджуватися по відношенню до температури вільних кінців П. Це явище використовується при влаштуванні холодильних елементів. На рис. 2 показаний напівпровідниковий лабораторний холодильник. Холодильні елементи розташовані у формі кільця, спаями всередину. У це кільце вставляється посудину з охолоджувальної рідиною. Протилежні кінці елементів забезпечені радіаторами, за допомогою яких у них підтримується температура навколишнього середовища. Постійний струм від акумулятора підводиться до клем.

Випрямляючі діоди


Випрямляючими діодами називають діоди, призначені для перетворення змінного струму в постійний, в яких до швидкодії, ємності p-n переходу і стабільності параметрів не пред’являють спеціальних вимог. Для випрямляючих діодів характерно, що вони мають малі опори в провідному стані і дозволяють пропускати великі струми. Бар’єрна ємність цих діодів із-за великої площіp-nпереходів велика і досягає значень десятків пікофарад. Германієві випрямляючі діоди можутьпрацювати при температурах до+70…+80 оС, кремнієві – до+120…+150 оС,а арсенід-галієві – до+150о С.

До основнихпараметріввипрямляючих діодів відносяться:

1. Максимально допустима обернена напруга діодаUоб.макс– значення напруги, прикладеної у зворотньому напрямку, котру діод може витримати на протязі тривалого часу без порушення його працездатності (десятки-тисячі В).
2. Середній випрямлений струм діода Івп.ср – середнє за період значення випрямленого постійного струму, протікаючого через діод (сотні мА - десятки А).
3. Імпульсний прямий струм діода Іпр.імп – пікове значення імпульса струму при заданих максимальній тривалості, щілинності та формі імпульса.
4. Середній обернений струм діода Іоб.ср– середнє за період значення оберненогоструму, протікаючого через діод (долі мкА – декілька мА).
5. Середня пряма напруга діода при заданому середньому значенні прямого струмуUпр.ср (долі В).
6. Середня розсіювана потужність діода Рср.д – середня за період потужність, розсіювана діодом при протіканні струму в прямому й зворотньому напрямках (сотні мВт – десятки і більше Вт).
7. Диференціальний опір діодаrдиф– відношення приросту напруги на діоді довідповідного приросту струму (одиниці - сотні Ом).

План заняття
Вид:лекція

Тема: Кремнієві стабілітрони.Тунельні діоди.
Мета:
1.навчальна:розширити знання про кремнієві стабілітрони.Тунельні діоди.Варікапи.Фотодіоди.Світлодіоди

2.розвиваюча:систематизувати знання,встановлювати зв'язки раніше вивченого з новим.


3.виховна:прививати культурну поведінку, прагнення отримуватинові знання
Методичне та матеріально-технічне забезпечення: конспект лекцій,плакати
Організаційна структура лекції:
1. Визначення навчальних цілей і мотивація: перевірка присутніх, повідомлення теми лекції та її цілей, повідомлення плану лекції.
2.Питання лекції:

1. Кремнієві стабілітрони. . 2. Тунельні діоди

3. Варікапи 4.Фотодіоди

5. Світлодіоди


3. Додаткові елементи заняття: демонстрація слайдів.
4. Висновки лекції, відповіді на можливі запитання.
5. Завдання для самопідготовки студентів:

Вивчити матеріал конспекта, Б.С.Гершунський'' Основи електроніки",.В.С. Попов,С.А.Ніколаєв"Загальна електротехніка з основами електроніки "

законспектувати та вивчити відповідні глави.

Викладач В.В.Хоружий

Лекція


Тема:Кремнієві стабілітрони.Тунельні діоди.
Мета:Познайомити студентів з характеристиками,властивостями та маркуванням кремнієвих стабілітронів,тунельних діодів,варікапів,фотодіодів,світлодіодів. Прищепити студентам навики роботи з вишчевказаними приборами.
План лекції
1. Кремнієві стабілітрони.
2. Тунельні діоди.
3. Варікапи.
4. Фотодіоди.
5. Світлодіоди.

Література
1.Б.С.Гершунський'' Основи електроніки"

2.В.С. Попов,С.А.Ніколаєв"Загальна електротехніка з основами електроніки "

3. Барыбин А.А. Электроника и микроэлектроника


В даний час для параметричної стабілізації постійної напруги найбільш широко застосовуються кремнієві стабілітрони. У порівнянні з іншими НЕ, використовуваними для стабілізації напруги, вони володіють наступними перевагами: мале значення диференціального (динамічного) опору R q(одиниці, десятки Ом); широкий діапазон напруги стабілізації (3,3 - 198 В), широкий діапазон допустимої потужності розсіювання (до 8,0 В т); малі габарити і маса. 

Кремнієвий стабілітрон є напівпровідниковим площинним діодом, зворотна гілка ВАХ (рис.3) якого має область, де величина напруги мало залежить від величини зворотного струму. Пряма гілка ВАХ для звичайного р-п-переходу. Робочим ділянкою ВАХ кремнієвого стабілітрона є ділянка А-Б зворотної гілки характеристики. При зміні струму через стабілітрон від I min до I m напруга на стабілітроні змінюється на величину ΔUс. Значення струму через стабілітрон I c min напруга на стабілітроні змінюється на характеристиці стабілітрона. При значеннях зворотного струму через стабілітрон I c т min напруга на стабілітроні змінюється практично лінійно відповідно до прикладеним напругою. 

Тунельний ефект.file23_html_64d1a046

Тунельний ефект полягає в тому що при певних умовах електрони можуть проходити через потенціальний барєр ПН переходу не змінюючи своєї енергії. Для одержання тунельного ефекту використовують напів провідники (германій або арсенід галію) з дуже високою концентріцією домішок (1020 до 1021 1/см3 атомів домішки на сантиметер кубічний напів провідника), втой час як звичайна концентрація домішок в напівпровідниках не перевищує 1015-1016 1/см3. Напівпровідники з таким високим вмістом домішок називаються виродженими , оскільки їхні властивості дуже близькі до властивостей металів.

Внаслідок високого вмісту домішок в обох напівпровідниках які утворють ПН перехід ширина ПН переходу в десятки разів менша ніж у звичайних діодах, що приводить до значного підвищення напруженості (Е)електричного поля у переході навіть при відсутності зовнішньої напруги. У цих умовах існує ймовірність того що електрон який рухається або знаходиться біля цього вузького барєра пройде через ного наскрізь як через тунель і займе вільний стан зтакою самою енергією по інший бік ПН переходу. Такий тунельний перехід з енергією меншою від висоти потенціального барєра ПН переходу може здійсьнювати в двох напрямах але при умові що по інший бік барєра для пунельних електронів є вільні рівні енергії,описане явище називається тунельним ефектом. Тунельний діод.

Процеси в тунельному діоді зручно розглядати на енергетичних діаграмах. Відомо що збільшення концентрації домішок зміщує рівень фермі (Еф) напівпровідників Н типу в гору а напів провідників П типу вниз відносно забороненої зони.

При концентрації домішок 1023 1/см3 рівень фермі напівпровідника Н типу знаходиться в середині зони провідності а напівпровідника Р типу в середині валентної зони (малюнок 1).при утворенні РН переходу і відсутності зовнішньої напруги рівні фермі (ЕфН і ЕфП) напівпровідників які утворюють РН перехід збігаються , оскільки значення енергії рівня фермі повинне бути однакове у всьому тілі (малюнок 2), при цьому в середині ПН переходу енергетичні рівні напів провідників П і Н типу викривляються в наслідок того що рівні фермі вироджених напівпровідників знаходяться за межами забороненої зони, то при утворенні контакту між напівпровідниками утворюється зона перекриття валентної зони напівпровідника П і зони провідності Н. У цій зоні дозволені рівні Н типу розташовані напроти дозволених рівнів П типу, для тунельного проходження електронів зоднієї обласчті в іншу крізь потенціальний барєр необхідно щоб навпроти зайнятого електроном рівня по один бік барєра був розташований вільний рівень за бар’єром, при відсутності зовнішньої напруги такої можливості немає тому тунельні переходи практично відсутні і струм через ПН перехід=0



Варикапи

Варикапи - це НД, ємність якого керується зворотною напругою і який призначений для застосування як елемент з електрично керованою ємніс-тю, тобто як електричний конденсатор, керований напругою.

Варикапи використовують у пристроях керування частотою коливаль-ного контуру, параметричних схемах підсилення, ділення і множення ча-стоти, схемах частотної модуляції тощо. Тут перевагу мають варикапи на основі бар'єрної ємності р-n-переходу. Вихідним матеріалом для варика-пів є кремній та арсенід галію. Такі діоди характеризуються залежністю ємності р-n-переходу від зворотної напруги Ї вольт-фарадною характери-стикою C-j{UR) (рис. 3.1). Для одержання більш різкої залежності С =J{Ur) в епітаксійних варикапах використовують переходи зі структу-рою р+-п-п+ та зворотним градієнтом розподілення домішок у базі.

Схему вмикання варикапа .Керувальна напруга на варикап подається через багатоомний резистор. Це вмикає шунту-вання ємності варикапа малим внутрішнім опором джерела керувальної напруги. Змінюючи значення керувальної напруги UK, змінюють зворотну напругу на варикапі і відповідно його ємність. Паралельно варикапу вми-кається коливальний LC-контур, настроювання якого регулюють за до-помогою варикапа. Роздільний конденсатор Ср вмикають для запобігання шунтуванню варикапа малим опором індуктивності для постійної напру-ги. Таку схему широко використовують у різних радіоелектронних при-строях. Наприклад, у радіоприймачах, настроєних на приймання сигналів радіостанції, що генерує радіосигнали із частотою f1 через вплив дестабілізувальних факторів може змінитися резонансна частота вхідного коли-вального контуру f2. Для забезпечення оптимального приймання сигналів ця частота має збігатися із частотою радіопередавача (f1=f2). Відхилення частоти спричиняє зменшення інформаційного сигналу, що фіксується спеціальною схемою, яка формує «сигнал помилки». Цей сигнал викори-стовується як керувальна напруга UK. Таким чином, за допомогою вари-капа автоматично забезпечується рівність частот радіопередавача та ра-діоприймача (f1 =f2), а отже, і стале приймання сигналів.


Світлодіод - це напівпровідниковий прилад, що здатен перетворювати електричну енергію безпосередньо у світлову. За своєю структурою, світлодіод подібний до звичайного напівпровідникового діоду, так само як і будь який напівпровідниковий діод, світлодіод має властивість односторонньої електропровідності, але, при протіканні електричного струму у "прямому" напрямі, на кристалі, в зоні контакту напівпровідників різного типу провідності, виникає світіння.

Довжина світлової хвилі, яку ми сприймаємо як колір, залежить лише від структурних та хімічних особливостей напівпровідників. Ніякі зміни характеристик струму живлення світлодіода ( сила струму, частота, напруга ) не можуть вплинути на довжину хвилі випромінюваного світла.


Та немає таких обмежень, які б не спробувала обійти конструкторська думка. Ніщо не заважає розмістити у одному корпусі кілька кристалів з різним кольором світіння. Першими були створені двокольорові світлодіоди. Конструктори скористались тим, що світлодіод здатен проводити струм лише у одному напрямі, розмістивши на одній основі два кристали, під'єднані до виводів живлення зустрічно.

План заняття
Вид:лекція


Поділіться з Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


База даних захищена авторським правом ©divovo.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

войти | регистрация
    Головна сторінка


загрузить материал