М
ІНІСТЕРСТВО
ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ
ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ
УНІВЕРСИТЕТ
ІНСТИТУТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ
ТА ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙ
КАФЕДРА РАДІОТЕХНІЧНИХ ПРИСТРОЇВ
Є.О. Чемес
Конспект лекцій
З ДИСЦИПЛІНИ
“ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНІ ПРИСТРОЇ”
Одеса ОНПУ 2010
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ
ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ
УНІВЕРСИТЕТ
ІНСТИТУТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ
ТА ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙ
КАФЕДРА РАДІОТЕХНІЧНИХ ПРИСТРОЇВ
Є.О. Чемес
Конспект лекцій
З ДИСЦИПЛІНИ
“ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНІ ПРИСТРОЇ”
Затверджено
на засіданні кафедри РТП
Протокол № 3 від
13 жовтня 2010 р.
Одеса ОНПУ 2010
УДК 621.311.6:621.396.6 (075.8)
Конспект лекцій з дисципліни “Електротехнічні пристрої”, рівень підготовки – бакалавр, спеціаліст, магістр, напрямки 6.0907, 7.0907, 8.0907 – “Радіотехніка”, Є.О.Чемес. – Одеса: ОНПУ, 2010. – 145 с.
Електротехнічні пристрої ділять на елементи та вузли, які безпосередньо входять до складу радіотехнічного обладнання (трансформатори, електричні машини, комутаційне обладнання, давачі інформації, елементи контролю, сигналізації, захисту, джерела вторинного живлення) та пристрої, які забезпечують можливість надійного функціонування радіотехнічних систем і пристроїв (автономні електромеханічні, гальванічні, теплові, світлові джерела первинного живлення, електричне мережне обладнання).
Відповідно до навчальної програми в електронному навчальному посібнику викладено теорію електротехнічних пристроїв, принципи їх будови, проведено аналіз процесів, які протікають в пристроях, розглядаються особливості елементної бази та основи проектування. Розглянуто особливості взаємного впливу та сумісності радіотехнічних та електротехнічних пристроїв. Приділяється увага перспективним напрямкам розвитку електротехнічних пристроїв - використання електронних вузлів замість електромеханічних, високочастотному перетворенню енергії, мініатюризації вузлів.
Навчальні матеріали супроводжуються запитаннями для самостійного тестового контролю знань. Наявність глосарія та гіперпосилань значно полегшує роботу з навчальними матеріалами і сприяє більш швидкому і глибокому засвоєнню матеріалів дисципліни. Електронний навчальний посібник відповідає програмам вищої освіти України і може бути використаний студентами, які навчаються за професійними спрямуваннями “Комп'ютерні науки”, "Комп'ютеризовані системи, автоматика і управління", “Комп'ютерна інженерія”.
0 Вступ
Дисципліна "Електротехнічні пристрої" є однією з профілюючих для студентів спеціальності "Радіотехніка". Її мета полягає у вивчені i засвоєні теоретичних основ та принципів побудови електротехнічних пристроїв, які входять до складу радіотехнічних систем та комплексів, вивчення особливостей їх проектування та використання у радіоелектронній апаратурі.
Електротехнічними пристроями називають пристрої, які призначені для виробництва та перетворення електричної енергії, а також виконання в електричних ланцюгах функцій керування, контролю, сигналізації, комутації, захисту. Їх дія базується на використанні електричних та магнітних явищ.
Безпосередньо електротехнічні пристрої не пов'язані з формуванням, випромінюванням, прийомом, перетворенням радіосигналів, з обробкою великих об'ємів інформації; вони є допоміжними ланками і забезпечують надійне функціонування радіотехнічних пристроїв та систем. Радіотехнічна та радіоелектронна промисловість виділилася з електротехнічних галузей.
Склад, класифікацію та взаємний зв'язок електротехнічних пристроїв умовно відображає рисунок 0.1. До них відносять [1, ..., 6]:
– первинні джерела змінного та постійного струму, які є перетворювачами механічної, теплової, хімічної, сонячної, атомної енергії у електричну, та кінцеве мережне обладнання (рисунок 0.1, а);
– системи вторинного електричного живлення; до їх складу входять джерела та блоки вторинного живлення, блоки та функціональні вузли комутації, керування контролю захисту. Функціональними вузлами систем вторинного живлення є малопотужні трансформатори, дроселі, випрямлячі, фільтри, стабілізатори, інвертори, перетворювачі (рисунок 0.1, а). Вони безпосередньо входять до складу радіотехнічних пристроїв. Джерела вторинного живлення, перетворювачі електричної енергії, комутаційні елементи можуть складати 40...60 % (а в окремих випадках до 80 %) маси та об'єму радіотехнічних пристроїв [3, 4]. За величиною вихідної потужності прийнята така класифікація джерел вторинного живлення: малопотужні (до 100 Вт); середньої потужності (100...1000 Вт); великої потужності (більше 1 кВт). За робочою напругою їх класифікують так: низьковольтні (до 100 В); середні напруги (100...1000 В); високовольтні ( більше 1000 В);
– деякі електричні машини (двигуни, генератори, потужні трансформатори, реактори, дроселі, стабілізатори змінного струму, магнітні та електромашинні підсилювачі, інформаційні електричні мікромашини) (рисунок 0.1, б);
– елементи комутації, сигналізації та аварійного захисту електричних ланцюгів (електромагнітні реле, автоматичні вимикачі, контактори, пускачі, командоапарати) (рисунок 0.1, в).
Для забезпечення ефективної і надійної роботи систем, де використовують електротехнічні пристрої, потрібно розглядати їх функціонування сумісно з радіотехнічними системами, вивчати їх взаємодію та взаємний вплив. Яскравим прикладом, коли необхідно враховувати взаємний вплив електротехнічних та радіотехнічних пристроїв, є їх електромагнітна сумісність. Потрібно враховувати також те, що електротехнічні пристрої можуть змінювати і спотворювати форму змінної напруги живлення.
У більшості випадків на шляху до кінцевого приймача електрична енергія піддається декільком перетворенням. Перетворювачі мають коефіцієнти корисної дії (ККД) від 15 до 90...98 %, і втрати електроенергії перетворювачів можуть бути визначальними для пристрою у цілому.
Потрібно враховувати також той факт, що електротехнічні пристрої є складовими частинами приладів масового користування – це телевізійні приймачі і радіоприймачі, комп'ютери, стільникові телефони, електронні годинники, і зменшення втрат електроенергії, зменшення габаритів і маси цих приладів завжди буде актуальним і пов'язаним зі значним економічним і навіть соціальним ефектами не тільки в одній країні, а і всьому світі.
Рисунок 0.1 – Складові електротехнічних пристроїв
Розвиток електротехнічних пристроїв йде по шляху ускладнення їх функцій, збільшення числа операцій, які вони виконують.
Перспективними напрямками розвитку електротехнічних пристроїв є заміна механічних комутаційних пристроїв електронними на основі транзисторів і тиристорів, використання високочастотного перетворення електричної енергії, забезпечення електромагнітної сумісності електротехнічних пристроїв з радіоелектронною апаратурою, покращання коефіцієнта корисної дії та масогабаритних показників [2-5].
Наведені фактори вказують на важливість навчальної дисципліни "Електротехнічні пристрої", не дивлячись на ніби її вторинну (допоміжну) роль в основних системах. Думка про вторинність таких пристроїв викорінюється збільшенням коефіцієнта корисної дії, потужності, яка приходиться на одиницю об'єму джерела живлення, частоти, на якій працюють перетворювачі енергії, використанням самої сучасної елементної бази.
Основними задачами дисципліни "Електротехнічні пристрої" є:
– вивчення характеристик та показників первинних джерел живлення радіоелектронної апаратури різного призначення; фізичних процесів, які протікають у функціональних частинах сучасних джерел вторинного електроживлення радіоелектронної апаратури;
– вивчення принципів функціонування, будови, характеристик джерел вторинного електроживлення різної потужності;
– вивчення основних характеристик та особливостей використання електричних машин та комутаційних пристроїв у радіотехнічній апаратурі та системах;
– придбання навичок у виборі та проектуванні джерел вторинного електроживлення (трансформаторів, випрямлячів, стабілізаторів, інверторів, перетворювачів) з використанням прогресивних технологій та сучасної елементної бази;
– придбання навичок моделювання, дослідження та випробування джерел первинного та вторинного електроживлення.