книги из ГПНТБ / Хайдуков, О. П. Электрооборудование судов учебник

спая, естественно, влияет на точ­ ность измерения. Для повышения точности измерения свободные спаи термопар помещаются в среду с по­ стоянной температурой.

Теоретически термопару можно получить из любых двух металлов, сплавов или полупроводников. Наи­ более широкое распространение в измерительных термопарах получи­ ли сплавы: копель (56,5% Си+ 43,5% Ni), хромель (90% Ni+10% Сг), алюмель (1% Si+2%' А1+

хромель-копель: 2 — хромель-алю­ + 17% Fe+2% Mn+78% Ni).

Термопара хромель-копель мо­ жет использоваться для измерения температуры до 600°С, а термо­ пара хромель-алюмель до 1100°С.

На рис. 13 приведена зависимость э. д. с- Е этих термопар от температуры рабочего спая при 0°С свободного спая.

Образцовые термопары для измерения температуры до 1600° С выполняются из платины и платинородия (90% Pt + 10% Rh).

Конструктивное исполнение термопар различное. Обычно они помещаются в защитную металлическую трубу, а рабочий спай, кроме того, вставляется в фарфоровый наконечник, изолирующий его от трубы. Изоляция проводов (электродов) термопары выпол­ няется в виде бус. В верхней части трубы на изоляционной колодке располагаются контакты для подключения удлинительных прово­ дов к измерительному прибору.

На рис. 14 показаны примеры монтажа термопар для измерения температуры выхлопных газов цилиндров. Места установки термо­ пар должны иметь теплоизоляцию.

Второй способ измерения температуры основан на использова­ нии зависимости электрического сопротивления проводников и по­ лупроводников от температуры. Зависимость для проводников вы­

Температурный коэффициент сопротивления для металлов является положительным и в интервале 0—100° С для большинства металлов

Для измерения температуры используются сопротивления из ме­ таллов, обладающих возможно большим температурным коэффи­

30

ратуры от —50 до +180°С, никелевые от -100 до +300°С, плати­ новые — от —200 до +650°С.

Преимущество никеля как материала для термосопротивлений перед медью заключается в том, чго его удельное сопротивление в 4—5 раз больше.

Большое распространение получают полупроводниковые терми­ сторы. Зависимость сопротивления полупроводников от температу­

где А и В — постоянные коэффициенты, зависящие от типа полу­ проводника и формы термосопротивления;

Т — температура, °К; е — основание натурального логарифма.

Уравнение (5) показывает, что сопротивление полупроводнико­ вых терморезисторов при увеличении температуры уменьшается по экспоненциальному закону, т. е. нелинейно. Сопротивление полупро­ водниковых терморезисторов изменяется в зависимости от темпе­ ратуры в 6—10 раз больше, чем проводниковых. Серьезным недо­

31

Т абли ца т

В табл. 7 приводятся данные некоторых типов отечественных тер­ морезисторов, используемых для контроля и измерения темпе­ ратуры.

Измерительные схемы с терморезисторами выполняются чаще всего в виде моста (рис. 15). Три плеча измерительного моста состо­ ят из постоянных сопротивлений Rl; R2; R3. Они обычно выполня­ ются из манганиновой проволоки, поскольку сопротивление манга­ нина очень мало зависит от температуры.

Сопротивление четвертого плеча состоит из суммы сопротивле­ ний:

R4 = Ri -'гА>л + /?у,

где R? — сопротивление терморезистора; R„ — сопротивление проводов линии; R y — уравнительное сопротивление.

Известно, что мост является уравновешенным, если выполняет­ ся условие

R1R3 = R2R4.

Измерительный прибор, включенный в диагональ уравновешен­ ного моста, покажет напряжение, равное нулю.

Измерение сопротивления RT в зависимости от температуры на­ рушает равновесие моста, что и позволяет отградуировать шкалу измерительного прибора в градусах Цельсия.

Для согласования сопротивления проводов линии с тем сопро­ тивлением, которое было принято при градуировке прибора, при­ меняется сопротивление Ry и калибровочное сопротивление, кото­ рое включается вместо RT.

Третий способ контроля температуры применяется для определе­ ния предельно допустимого значения температуры. Он основан на использовании линейного и объемного расширения тел и рассмат­ ривается в принципе действия тепловых пожароизвещателей.

32

вать плавно в широких пределах напряжение на выходе агрегата, а при необходимости и частоту переменного тока. Существенным не­

в генераторе. К. п. д. двигатель-генератора р определяется произве­ дением к. п. д. двигателя т]д на к. п. д. генератора гр:

V = ЪяЪ-

Например, при т)д = 0,8 и vjr = 0,9 к. п. д. двигатель-генератора

7j = 0,72.

Двигатель-генераторы имеют большие габариты и вес, высокую стоимость, но благодаря простоте обслуживания, возможности ис­ пользования нормальных серийных машин и возможностям регули­ рования до настоящего времени находят еще довольно широкое применение в береговых установках и на судах.

При преобразовании переменного тока в постоянный в качестве двигателей используются трехфазные асинхронные двигатели, а при значительной мощности агрегата — синхронные двигатели, об­ ладающие высокими к. п. д. и коэффициентом мощности. В качест­ ве генераторов применяются генераторы постоянного тока парал­ лельного или смешанного возбуждения. Такие двигатель-генерато­ ры установлены на многих судах для питания электроприводов лебедок, кранов, брашпилей, руля и др., требующих широкого и плав­ ного регулирования скорости, а также больших пусковых момен­ тов. Кроме того, они используются для питания цепей возбужде­ ния синхронных генераторов и двигателей, для зарядки аккумуля­ торов, для питания сварочных агрегатов, дуговых прожекторов, а также специальных приборов и устройств радиоэлектронной аппа­ ратуры. На судах с электрической станцией постоянного тока уста­ новлены двигатель-генераторы, преобразующие при питании с бе­ рега переменный ток береговой сети в постоянный ток судовой сети.

При преобразовании постоянного тока в переменный в качестве двигателей, как правило, используются двигатели смешанного воз­ буждения, а в качестве генераторов — однофазные или трехфазные синхронные генераторы. Такие двигатель-генераторы установлены на судах е электрической станцией постоянного тока и служат для питания электро- и радионавигационной аппаратуры, устройств свя­ зи, машинного телеграфа, сети освещения, различных бытовых при­ боров переменного тока, приводов механизмов с двигателями пере­ менного тока, не требующих регулирования и т. д. На судах с элек­ трической станцией переменного тока они используются для питания ответственных потребителей переменного тока от аккуму­ ляторных батарей, служащих в качестве аварийного источника.

Для питания судовых электро- и радионавигационных прибо­ ров, радиопередающих устройств применяются двигатель-генерато­ ры, служащие для преобразования переменного тока судовой сети с частотой 50 Гц в переменный однофазный или трехфазный ток по­ вышенной частоты 400—500 Гц. В качестве двигателей в таких аг­ регатах используются асинхронные двигатели, в качестве генерато­

36

электрическую машину, преобразовывающую энергию переменно­ го тока в энергию постоянного тока или обратно.

Конструктивно одноякорный преобразователь выполняется в виде машины постоянного тока, обмотка якоря которой одновре­ менно присоединяется как к коллектору, так и к контактным коль­ цам. В зависимости от количества точек отвода от обмотки якоря к контактным кольцам и их расположения одноякорные преобразо­ ватели могут быть одно-, трех- и шестифазными. На рис. 17 изобра­ жена схема трехфазного одноякорного преобразователя.

При подключении преобразователя к сети переменного тока пи­ тание через контактные кольца поступает на якорную обмотку, ко­ торая может рассматриваться как трехфазная обмотка, соединен­ ная в треугольник. По отношению к сети переменного тока элект­ рическая машина работает в режиме синхронного двигателя. Пере­ менное напряжение якорной обмотки с помощью коллектора вы­ прямляется и поступает в сеть постоянного тока. По отношению к сети постоянного тока преобразователь работает в режиме генера­ тора постоянного тока.

При подаче питания на преобразователь из сети постоянного тока через коллектор в обмотке якоря индуктируется переменная э. д. с., и в сети со стороны контактных колец будет действовать переменное напряжение. В этом случае преобразователь работает по отношению к сети постоянного тока в режиме двигателя посто­ янного тока, а по отношению к сети переменного тока — в режиме синхронного генератора.

Таким образом, одноякорный преобразователь можно рассмат­ ривать, как электрическую машину, в которой совмещены двига­ тель и генератор. Ток в якоре такого преобразователя можно рас­ сматривать образованным из составляющих переменного тока и по­ стоянного, причем эти токи направлены встречно. Это позволяет уменьшить сечение проводов якорной обмотки и получить более

37

высокий к. п- д. и меньшие габариты, чем у двигатель-генераторов. Так как стороны постоянного и переменного токов одноякорного преобразователя электрически связаны и магнитная система для них является общей, то напряжение на выходе преобразователя может регулироваться только изменением напряжения на входе. Это является существенным недостатком, ограничивающим приме­

нение одноякорных преобразователей.

Между напряжениями и токами со стороны переменного и по­ стоянного токов существуют зависимости, определяемые соотноше­

где Uф, / л — действующие значения фазного напряжения и линейного тока со стороны сети переменного тока;

U а ,/„ — значения напряжения и тока со стороны сети постоянно­

го тока; т — число фаз, равное соответственно 2, 3 и 6 для одно-,

трех- й шестифазного преобразователей.

Одноякорный преобразователь может работать в режиме гене­ ратора двойного рода тока, т. е. генератора переменного и постоян­ ного тока. Для этого якорь преобразователя необходимо приводить во вращение посторонним двигателем.

Ранее одноякорные преобразователи применялись для преоб­ разования низкого напряжения в высокое напряжение постоянного тока для питания судовых радиоустановок. В пазах якоря таких преобразователей уложены две или более отдельных обмоток, при­ соединенных к соответствующим коллекторам. Преобразователь работает двигателем со стороны коллектора низкого напряжения

игенератором со стороны коллектора высокого напряжения.

Внастоящее время одноякорные преобразователи применяются для питания судовых электронавигационных приборов (эхолотов, лагов), радиоприемников и трансляционных узлов, но их примене­

ние становится все более ограниченным.

§ 10. Полупроводниковые приборы

Прежде чем перейти к рассмотрению полупроводниковых статических преобразователей, необходимо познакомиться с физи­ ческими явлениями в полупроводниках, устройством и принципом действия различных полупроводниковых приборов.

Полупроводники. Полупроводниками называются вещества, за­ нимающие промежуточное положение среди проводников и изоля­ торов. Как известно из курса физики, в полупроводниках в отли­ чие от проводников имеет место не только движение свободных

38

Вводя в тщательно очищенные полупроводники весьма малое, но определенное количество примеси, можно получить в них пре­ обладание дырок над свободными электронами или, наоборот, пре­

а с преобладающей электронной проводимостью — типа « (negativ — отрицательный). Примеси, образующие в полупроводнике ды­ рочную проводимость, называются акцепторами, а электронную — донорами.

К чистым полупроводникам относятся кремний, германий, се­ лен, закись меди. По отношению к кремнию и германию акцептора­ ми служат индий, галий, алюминий и бор, а донорами — мышьяк, сурьма и фосфор.

Два полупроводника, один из которых имеет преобладающую дырочную проводимость, а другой — преобладающую электронную проводимость, обладают замечательным свойством образовывать на границе их раздела запирающий слой, называемый электронно-ды­ рочным, или р—n-переходом (рис. 18). Свободные электроны диф­ фундируют из «-области с электронной проводимостью в р-область с дырочной проводимостью, так как концентрация электронов в «-области больше, чем в p-области. В обратном направлении про­ исходит диффузия дырок. Вследствие диффузии части электронов и дырок пограничный слой обедняется носителями зарядов и его проводимость резко уменьшается. С одной стороны р—«-перехода, прилегающей к p-области, накапливаются отрицательные заряды, а с другой, прилегающей к «-области, — положительные. В р—«- переходе образуется контактная разность потенциалов (потенциаль­ ный барьер) и электрическое поле с напряженностью Ei, противо­ действующее дальнейшему переходу электронов из «-области в р- область и дырок в обратном направлении. Диффузия электронов и дырок прекращается, когда силы электрического поля в р—«-пе­ реходе уравнивают силы, вызывающие эту диффузию. --

Полупроводниковый диод (вентиль). При включении полупро­ водникового прибора, имеющего р—«-переход, в электрическую цепь в приборе создается внешнее электрическое поле с напряжен­ ностью Е. Если положительный полюс источника электроэнергии соединен с p-областью, то электрическое поле источника ослабляет поле пространственных зарядов Eit т. е. снижает потенциальный

39