shpory_elektronika

№38 Регулирование частоты ращения двигателя постоянного тока

Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока.

Двигатели постоянного тока получили широкое распространение и часто являются незаменимыми благодаря ценному свойству - возможности плавно и экономично регулировать частоту вращения в широких пределах.

Частота вращения якоря двигателя при любой схеме возбуждения определяется следующим выражением:n = (U - I(Rя - Rc))/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.

Вопрос №39

Понятие о генераторах постоянного тока. Паспортные данные машин постоянного тока.

Генераторы постоянного тока представляют собой обычные индукционные генераторы, снабженные особым приспособлением — так называемым коллектором,— дающим возможность превратить переменное напряжение на зажимах (щетках) машины в постоянное.

Гененатор постоянного тока (ГПТ) предназначен для преобразования механической энергии приводного двигателя в электрическую.

При вращении якоря генератора в магнитном поле, созданном обмоткой возбуждения, в обмотке якоря индуцируется ЭДС Е_а.

При подключении к генератору нагрузки под действием ЭДС Е_а в цепи якоря возникает ток I_а, а на выводах генератора устанавливается напряжение, определяемое уравнением напряжения для цепи якоря генератора:

Якорь генератора приводится во вращение приводным двигателем, который создает на валу генератора вращающий момент М₁.

Рисунок 46 Моменты, действующие в генераторе постоянного тока

Механическая мощность приводного двигателя Р₁, преобразуется в генераторе в полезную электрическую мощность Р₂, отдаваемую нагрузке, и мощность, затрачиваемую на покрытие потерь (Р₀ + Р_эа + Р_эв).

При увеличении электрической нагрузки на генератор ток якоря увеличивается, так как потребители подключаются к сети параллельно и при этом сопротивление нагрузки уменьшается, а ток, следовательно, увеличивается.

Рассмотрим основные характеристики ГПТ при n=const.

а) Характеристика холостого хода – зависимость напряжения на выводах генератора в режиме х.х. от тока возбуждения.

U₀ = f(I_в) при I = 0 и n = const.

б) Нагрузочная характеристика - зависимость напряжения на выводах генератора при работе под нагрузкой от тока возбуждения.

U = f(I_в) при I ≠ 0 и n = const.

в) Внешняя характеристика - зависимость напряжения на выводах генератора от тока нагрузки.

U = f(I) при r_рг = const и n = const,

где r_рг – регулировочное сопротивление в цепи обмотки возбуждения.

г) Регулировочная характеристика - зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при неизменном напряжении на выводах генератора.

I_в = f(I) при U = const и n = const.

Вид перечисленных характеристик определяет рабочие свойства генераторов.

 Выпускаемые двигатели должны соответствовать паспортным данным. Они проходят специальные испытания:

измерение сопротивления обмоток при постоянном токе; сопротивление не должно отличаться более чем на ±10% от номинального;

измерение сопротивления изоляции обмоток относительно корпуса и между обмотками;

испытание изоляции обмоток относительно корпуса и между обмоток повышенным напряжением — обычно испытательное напряжение (Уисп=2(/_Ном+ + 1000 В;

испытание при повышенной частоте вращения, которая должна быть на 20% больше максимальной, указанной в паспорте, или на 20% больше номинальной, если максимальная частота вращения не указана; исключение составляют двигатели с последовательным возбуждением, испытательная частота вращения которых должка не менее чем на 50% превышать номинальную (если максимальная не указана);

проверка номинальных данных машины: частоты вращения, напряжения холостого хода и т. д.;

проверка коммутации при номинальной нагрузке и при кратковременной перегрузке по току в 1,5 раза в течение 1 мин.

Могут проводиться и дополнительные испытания, которые предусмотрены ГОСТом и специальными техническими условиями.

30 Получение вращающегося магнитного поля.

В теории цифровых устройств комбинационной логикой (комбинационной схемой) называют логику функционирования устройств комбинационного типа. У комбинационных устройств состояние выхода однозначно определяется набором входных сигналов. Это отличает комбинационную логику от секвенциальной логики, в рамках которой выходное значение зависит не только от текущего входного воздействия, но и от предыстории функционирования цифрового устройства. Другими словами, секвенциальная логика предполагает наличие памяти, которая в комбинационной логике не предусмотрена.

Мультиплексоры

Мультиплексор (коммутатор) - комбинационное многовходовое устройство с одним выходом.

Входы подразделяются на:

1) информационные х1, х2, х3,..., хn;

2) управляющие (адресные) v1, v2, v3,..., vm;

где n - число информационных входов,

m - число управляющих (адресных) входов.

Обычно n=2m.

Код (адрес), поступающий на управляющие входы, определяет один из информационных входов, значение переменной которого передается на выход у.

Адреса представляют в двоичном коде и им присваивают номер j. Каждому адресу с номером j соответствует свой информационный вход xj, сигнал с которого при данном адресе проходит на выход.

Основным назначением мультиплексора является коммутация n=2m входных сигналов на один выход.

В соответствии с назначением составим таблицу истинности для мультиплексора, содержащего, например, четыре информационных входа: х1, х2, х3, х4, которые могут коммутироваться двумя управляющими (адресными) входами.

Демультиплексоры

Демультиплексор - комбинационное устройство с одним информационным входом х1, с m

управляющими входами (v1...vm) и с n информационными выходами (y1...yn), при этом n=2m.

Основное назначение демультиплексора - распределение сигнала с линии по нескольким каналам (обратное мультиплексору).

Дешифраторы

Полным дешифратором называют комбинационную схему, имеющую n входов и 2n выходов и реализующую на каждом выходе функцию, представляющую собой минтерм n переменных.

Дешифраторы являются преобразователями кодов, выполняющих преобразование двоичного и двоично-десятичного кодов в унитарный код. Унитарный код двоичного n-разрядного числа представляется 2n разрядами, только один из разрядов которого равен 1 [6].

Поэтому в полном дешифраторе каждой комбинации значений входных сигналов х1,..., хn соответствует сигнал, равный 1, только на одном выходе, на остальных выходах сохраняются сигналы 0.

Шифраторы

Шифраторы выполняют функцию, обратную дешифраторам, т.е. преобразуют унитарный код в двоичный или двоично-десятичный.

Сумматоры

Сумматоры - это комбинационные устройства, осуществляющие суммирование чисел в двоичном коде.Правила суммирования в простейшем случае - суммирования двух одноразрядных чисел, задаются таблицей двоичного сложения:

0+0=0

0+1=1

1+0=1

1+1=0+единица переноса в старший разряд.

Логическую функцию одноразрядного суммирования составляют на основании правил суммирования.

29 Трехфазные трансформаторы. Автотрансформаторы. Измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Основными и наиболее простыми логическими элементами являются элементы, выполняющие операции отрицания (НЕ), конъюнкции (И), дизъюнкции (ИЛИ). Они составляют функционально полную систему и являются системой минимального базиса. В этой таблице даны названия логических элементов, обозначение данной операции, показано, как читается запись операции, обозначаются логические элементы в функциональных схемах, а также таблица истинности для случая, когда имеется два входа и один выход. Таблица истинности содержит правила выполнения операций. В каждой ее строке записывают состояние сигналов на входах (х1, х2) и результат логической операции на выходе (у). В общем случае логический элемент может иметь n входов и n выходов.Функционально полную систему могут обеспечить составные (комбинированные) логические элементы, выполняющие логические операции И - НЕ, ИЛИ - НЕ. Логические элементы выполняют как на дискретных приборах, так и методами интегральной технологии. Для большинства серий интегральных микросхем базисной системой являются логические элементы И - НЕ или ИЛИ - НЕ. Их выпускают в виде отдельных микроминиатюрных устройств в герметичном корпусе.Рассмотрим логические элементы на полупроводниковых приборах. Логические элементы И и ИЛИ могут выполняться на резисторах, диодах, биполярных и полевых транзисторах и туннельных диодах. Элемент НЕ выполняется на транзисторах.

Составные логические элементы на разных ступенях могут выполняться на различных приборах (резисторах, диодах, транзисторах, как биполярных, так и полевых), т. е. могут иметь разные схемные варианты. В соответствии с конструкцией их называют логикой типа резисторно-транзисторной (РТЛ); диодно-транзисторной (ДТЛ); транзисторно-транзисторной (на биполярных транзисторах - ТТЛ; на полевых - р-канальная МОПТЛ, n-канальная МОПТЛ; на комплементарных полевых транзисторах - КМОП или КМОПТЛ; на транзисторах с эмиттерными связями - ТЛЭС или ЭСЛ).

Специфической логикой на транзисторах является инжекционная логика - И2Л, она не имеет аналогов в транзисторных схемах на дискретных элементах. Связь между ступенями логических элементов осуществляется либо непосредственно, либо через резистор, либо через RC-цепочку. Тогда в название логики добавляют соответствующие буквенные обозначения: НСТЛ - транзисторная логика с непосредственной связью; НСТЛМ - транзисторная логика с непосредственной связью на МОП-транзисторе; РЕТЛ - транзисторная логика с резистивно-емкостной связью.

Операция "НЕ"

Операция «НЕ», или отрицание, может быть реализована на транзисторном ключе.

При высоком уровне входного сигнала транзистор открыт, и выход оказывается подключен к земле, т.е. выходной логический сигнал равен нулю. И наоборот, когда на входе низкий потенциал, транзистор закрывается, и на выходе появляется высокое напряжение +E, т.е. логическая единица.

Операция "И"

Операция «И» - логическое умножение, или конъюнкция - определяется следующей таблицей истинности:

Простейшая её реализация - на диодах.

Если хотя бы один из входов схемы заземлить, выход F через соответствующий диод оказывается подключён к земле, т.е., при хотя бы одном логическом «нуле» на входе выходная логическая функция F будет равна 0.

Для того, чтобы на выходе был высокий потенциал, на оба входа должны быть поданы единичные напряжения.

Операция "ИЛИ"

Операция «ИЛИ» - логическое сложение, или дизъюнкция - определяется следующей таблицей истинности:

Операция может быть реализована на диодах.

Если хотя бы на один из входов подано высокое напряжение, через соответствующий диод и внешнюю выходную цепь протекает ток, и высокое напряжение оказывается на выходе F.

Для того, чтобы на выходе был логический 0, нули должны быть на обоих входах схемы.

Операция "И НЕ"

Операция «И НЕ», или «инверсия И», обозначается так:

Электронный элемент, реализующий эту функцию, наряду с элементом, реализующим функцию «ИЛИ НЕ», является основой серии логических интегральных микросхем. Такая серия, построенная на биполярных транзисторах, называется транзисторно-транзисторной логикой, или логикой ТТЛ-типа.

Элемент «И НЕ» такой логики представлен на рисунке:

Если на всех входах многоэмиттерного транзистора присутствуют высокопотенциальные уровни, управляющий pn-переход этого транзистора закрыт, а переход «база-коллектор» смещен в прямом направлении.

Благодаря этому возникают условия для протекания тока через управляющие переходы транзисторов VT2 и VT4.

Транзистор VT4 подключает выход F к земле, т.е. обеспечивает на выходе логический ноль.При подаче на один из входов транзистора VT1 низкого напряжения, управляющий переход этого транзистора открывается, и потенциал базы транзистора VT1 оказывается близок к нулю.

В результате, закрывается переход «База-коллектор» транзистора VT1, возрастает потенциал транзистора VT2, в результате чего открывается транзистор VT3.

От «плюса» источника питания через этот транзистор и внешнюю цепь течёт ток, обеспечивающий на выходе логическую единицу.

Операция "ИЛИ НЕ"

Операция «ИЛИ НЕ», или «инверсия ИЛИ», обозначается выражением:

и таблицей истинности:

Один из основных элементов МДП-логики, реализующих эту функцию, представлен на рисунке:

Если потенциалы обоих входов равны нулю, проводящие каналы транзисторов VT1 и VT2 не образуются, и эти транзистора остаются закрыты.

В транзисторах VT3 и VT4 образуются проводящие каналы p-типа, и сопротивление между стоками и истоками оказывается минимальным.

В результате выход F схемы изолирован от земли транзисторами VT1 и VT2 и подключён к высокому потенциалу VT3 и VT4.

На выходе - логическая единица

.Если хотя бы на один из входов подать высокое напряжение, один из верхних транзисторов (VT3, VT4) закроется, а один из нижних откроется.К выходу будет подключено низкое напряжение логического нуля.

11. Активное, реактивное, полное, комплексное сопротивления.

Активное сопротивление - сопротивление электрической цепи или её участка, обусловленное необратимыми превращениями электрической энергии в другие виды энергии (в тепловую энергию). R – активное сопротивление, оно поглощает энергию идущую от генератора, превращая ее в тепловую.

u=U_maxCosωt

Закон Ома запишется:

где - амплитуда силы тока.

Z=R+ ϳX

Сила тока в цепи с активным сопротивлением совпадает по фазе с напряжением.

Реакти́вное сопротивле́ние — электрическое сопротивление, обусловленное передачей энергии переменным током электрическому или магнитному полю (и обратно). Реактивное сопротивление - это сопротивление проводников переменного тока с учётом поверхностного эффекта.

Реактивное сопротивление определяет мнимую часть импеданса Z:

Z=R+ϳX, где Z — импеданс, R — величина активного сопротивления, X — величина реактивного сопротивления, ϳ — мнимая единица.

В зависимости от знака величины X какого-либо элемента электрической цепи говорят о трёх случаях:

X>0 — элемент проявляет свойства индуктивности.

X=0— элемент имеет чисто активное сопротивление.

X<0— элемент проявляет ёмкостные свойства.

Величина реактивного сопротивления может быть выражена через величины индуктивного и ёмкостного сопротивлений:

X=X_L-X_C

Индуктивное сопротивление (X_L) обусловлено возникновением ЭДС самоиндукции в элементе электрической цепи. Изменение тока и, как следствие, изменение его магнитного поля вызывает препятствующее изменению этого тока ЭДС самоиндукции. Величина индуктивного сопротивления зависит от индуктивности элемента L и частоты w протекающего тока:

X_L=wL=2ПfL

Ёмкостное[1] сопротивление (X_C). Величина ёмкостного сопротивления зависит от ёмкости элемента C и также частоты протекающего тока f :

X_C=1/wC=1/2ПfC

Здесь — циклическая частота w, равная 2Пf .

Прямая и обратная зависимость этих сопротивлений от частоты тока f приводит к тому, что с увеличением частоты всё бо́льшую роль начинает играть индуктивное сопротивление и всё меньшую ёмкостное.

Полное сопротивление

Обычно цепь переменного тока включает в себя и активное сопротивление, и емкость, и индуктивность.

Полное сопротивление (Z) - это векторная сумма всех сопротивлений: активного, емкостного и индуктивного.

Z²=R²+(X_c+X_L)² полное сопротивление цепи.

Здесь:

R=pl/S- активное сопротивление.

X_C =1/wC -емкостное сопротивление.

X_L =wL- индуктивное сопротивление.

I=U/Z - полное сопротивление определяет силу тока в цепи по закону Ома.

I - действующее значение силы тока А

U - действующее значение напряжения В

XL - индуктивное сопротивление Ом

ω - циклическая частота переменного тока рад/с

L - индуктивность Гн

C - емкость Ф

XC - индуктивное сопротивление Ом

Z - полное сопротивление Ом

R - активное сопротивление Ом

ρ - удельное сопротивление проводника Ом м

l - длина проводника м

S - площадь сечения проводника м2

Комплескное сопротивление (импеданс)

-отношение комплексной амплитуды напряжения гармонического сигнала, прикладываемого к двухполюснику, к комплексной амплитуде тока, протекающего через двухполюсник. При этом импеданс не должен зависеть от времени: если время t в выражении для импеданса не сокращается, значит, для данного двухполюсника понятие импеданса неприменимо.

Z (w) = V/I =R (w) + iX(w).

Электрическая цепь, включающая пассивные линейные элементы и имеющая два полюса: a - схема цепи; б - эквивалентный двухполюсник с импедансом Z(w).

Здесь V - комплексная амплитуда напряжения между полюсами 1 и 2, I - комплексная амплитуда тока в направлении от полюса 1 к полюсу 2; R - веществ. часть импеданса (активное сопротивление), X - мнимая часть И. (реактивное сопротивление, реактанс).

Модуль И. |Z|=(R2+X2)1/2 наз. полным сопротивлением двухполюсника. В СИ И. измеряется в Омах, в Гаусса системе единиц имеет размерность, обратную скорости. Иногда наряду с И. Z используют обратную ему величину s=Z-1, наз. адмитансом. Активное сопротивление R ответственно за потери энергии, поступающей в двухполюсник. Мощность потерь Р (средняя за период колебаний Т=2p/w)выражается соотношением Р =R|I|2/2. Реактанс характеризует величину энергии, пульсирующей с частотой 2w (и потому в среднем за период равной нулю), накапливаемой в двухполюснике и отдаваемой обратно источнику. Знак реактанса определяется зависимостью от времени: в технике и прикладной физике (и в данной статье) полагают её в теоретич. физике обычно принимают В случае чисто индуктивного двухполюсника (индуктивное сопротивление) Х=ХL=wL (в СИ; в системе единиц Гаусса XL=c-2wL), а для чисто ёмкостного (ёмкостное сопротивление) Х=Хс=-(wС)-1. Различие в знаках порождается дуальной асимметрией Максвелла уравнений (Е''H, Н''- E)и отражает соотношение между фазами напряжений и токов: ток в идеальной катушке самоиндукции отстаёт по фазе на p/2 от приложенного напряжения, а ток через идеальный конденсатор опережает па тот же угол напряжение, создаваемое на его обкладках. Правила сложения И. при последоват. и параллельном их соединении такие же, как и в случае обычных омических