Аппаратура управления и защиты электротехнических устройств

Определение понятия электропривода. Значение электропривода в автоматизации производственных процессов. Понятие об установившихся и переходных процессах электроприводов. Типовые режимы работы электропривода. Технико-экономическое значение правильного выбора мощности электродвигателя. Условия, определяющие выбор мощности двигателя. Нагрев и охлаждение. Классы изоляции. Понятие о нагрузочных диаграммах и принципе их построения. Продолжительность включения. Приближенные методы выбора мощности при длительном и повторно-кратковременном режимах работы электродвигателя. Особенности выбора мощности электродвигателя по нагреву и перегрузочным способностям при его работе с постоянной и переменной нагрузками. Выбор электродвигателя по каталогу.

Понятие об управлении электроприводами. Аппаратура управления и защиты электротехнических устройств. Контакторы, конечные выключатели и реле. Условные графические обозначения аппаратуры на схемах. Типовые схемы управления. Общие принципы релейно-контакторного и бесконтакторного управления электротехническими устройствами.

Понятие о схемах электроснабжения, выборе сечения проводов и тепловой защите электроустановок.

18

Методические указания по отдельным темам курса и примеры решения типовых задач электрические цепи постоянного тока

Приступая к изучению данного раздела, необходимо иметь представление о типах генерирующих устройств, их внешних характеристиках и режимах работы, а также об основных видах приемных устройств и их условных обозначениях. Следует знать основные законы и понимать свойства линейных электрических цепей. Необходимо уметь анализировать электрическое состояние цепей с нелинейными резистивными элементами. В результате изучения данного раздела студенты должны:

1. Знать области применения и способы соединения электротехнических устройств постоянного тока, методику составления уравнений электрического состояния линейных цепей, примеры нелинейных элементов, их вольт-амперные характеристики, стандартные графические обозначения наиболее распространенных электротехнических устройств, области применения и основные свойства мостовых и потенциометрических устройств;

2. Понимать эквивалентность схем источника э.д.с. и источника тока, смысл вольт-амперных характеристик приемных и внешних характеристик генерирующих устройств, сущность энергетических процессов, происходящих в электрических схемах, возможность осуществления взаимных преобразований схем соединений пассивных элементов треугольником и звездой, возможность замены нелинейного элемента эквивалентной схемой замещения с линейными элементами, возможность проведения анализа линейных электрических цепей методами контурных токов, суперпозиции, узлового напряжения, эквивалентного генератора и пропорциональных величин;

3. Уметь проводить анализ линейных электрических цепей методами свертывания, непосредственного применения законов Кирхгофа, узлового напряже-

19

ния, составлять уравнения баланса электрической мощности, определять ток любой ветви сложной электрической цепи методом эквивалентного генератора, применять метод пересечения характеристик для определения тока в нелинейной цепи.

Приступая к расчету электрических цепей, необходимо иметь четкое представление о схемах соединения (последовательное, параллельное, смешанное) как приемников, так и источников электрической энергии. В ряде случаев приходится иметь дело и с более сложными соединениями, к которым относятся многоугольники и звезды. Наиболее часто встречаются соединения треугольником и трехлучевой звездой. При расчете электрических цепей обычно пользуются законами Ома и Кирхгофа. Электрические цепи разделяются на простые и сложные. К простым относятся цепи, состоящие только из последовательных, параллельных и смешанных соединений приемников электрической энергии.

Расчет простых цепей проводится двумя методами: методом свертывания схемы (определение входного или эквивалентного сопротивления) и методом пропорциональных величин. При расчете сложных цепей используются метод непосредственного применения законов Кирхгофа, методы контурных токов (ячеек), суперпозиции (наложения), узлового напряжения (если в схеме имеется два узла) и эквивалентного генератора (для нахождения тока в одной из ветвей схемы).

Рассмотрим электрическую цепь, изображенную на рис. 1. Пусть известны величины сопротивлений резисторов R1, R2, R3, R4, R5, R6, э.д.с. Е (аккумуляторная батарея) и ее внутреннее сопротивление R0. Требуется определить токи на всех участках цепи.

Такие задачи решаются методом свертывания схемы. Так, резисторы R4 и R5 соединены последовательно и их эквивалентное сопротивление R4,5=R4+R5. Резисторы R4,5 и R6 соединены параллельно, следовательно, их эквивалентное сопротивление

20

R4,5,6 =

После произведенных преобразований цепь принимает вид, показанный на рис. 2, эквивалентное сопротивление всей цепи найдем из уравнения

Rэкв =

Рис. 1. Схема для расчета токов. Рис. 2. Эквивалентная схема.

Ток I1 в неразветвленной части схемы определим по закону Ома:

Воспользовавшись схемой рис. 2, найдем токи I2 и I3:

Согласно второму закону Кирхгофа Uab = E – (R0 + R1) I1.

21

Переходя к рис. 1, определяем токи I4, I5, I6:

Для проверки решения можно воспользоваться первым законом Кирхгофа и уравнением баланса мощностей, которые для схемы, изображенной на рис. 1, примут вид:

I1 = I2 + I3; I3 = I4 + I6;

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Однофазные цепи

В результате изучения данного раздела студенты должны:

1. Знать содержание терминов: резистор, сопротивление, индуктивность, катушка индуктивности, индуктивное сопротивление, конденсатор, емкость, емкостное сопротивление, фаза, начальная фаза, угол сдвига фазы, период, частота, угловая частота, мгновенное, действующее и среднее значения гармонических величин; полное, активное, реактивное, комплексное сопротивления и проводимости; полная, активная, реактивная комплексная мощности; характеристики и параметры элементов схем замещения цепей однофазного тока; условия достижения резонансов напряжений и токов;

2. Понимать особенности электромагнитных процессов в электрических цепях синусоидального тока, энергетические соотношения в цепях синусоидального тока, экономическое значение коэффициента мощности, особенности простейших электрических цепей с магнитно-связанными элементами; сущность резонансов токов и напряжений;

3. Уметь составлять дифференциальные и комплексные уравнения состояния линейных цепей; представлять гармонически изменяющиеся величины три-

22

гонометрическими функциями, графиками, комплексными числами; строить векторные диаграммы неразветвленных цепей и цепей с параллельным соединением ветвей; определять параметры схем замещения пассивных двухполюсников; строить потенциальные (топографические) диаграммы для неразветвленных цепей и цепей с параллельным соединением ветвей.

Трехфазные цепи

При изучении трехфазных цепей особое внимание необходимо обратить на преимущества, которые дает трехфазная система по сравнению с однофазной. Рассматривая схемы соединения обмоток генераторов, надо уяснить связь между фазными и линейными напряжениями в схеме соединения звездой, а также связь между фазными и линейными токами в схеме соединения треугольником.

Необходимо четко представлять, что в трехфазной цепи могут быть два основных режима: симметричный и несимметричный. Расчет трехфазной цепи в симметричном режиме сводится к расчету для одной фазы и производится аналогично расчету обычной цепи однофазного тока. Трехфазная цепь может рассматриваться как разветвленная цепь с тремя источниками питания и для ее расчета применяются методы, используемые при расчете сложных электрических цепей. Например, если несимметричный приемник соединен звездой без нейтрального провода, то для расчета трехфазной цепи можно применить метод узлового напряжения в комплексной форме.

После изучения настоящего раздела, студенты должны:

1. Знать основные элементы трехфазных цепей, способы соединения фаз обмотки генератора и включения в трехфазную цепь приемников; способы изображения трехфазной симметричной системы э.д.с.;

23

2. Понимать назначение нейтрального провода, принципы построения потенциальных диаграмм; влияние рода и схемы включения нагрузки на величину тока в нейтральном проводе; схемы электроснабжения предприятий;

3. Уметь анализировать различные режимы симметричных и несимметричных цепей; читать схемы соединения трехфазных и однофазных приемников; предвидеть последствия коммутационных изменений в цепи на ее электрическое состояние.

Рассмотрим примеры расчета трехфазных цепей.

Задача 1. Приемники электрической энергии (светильники, двигатели подъемников, бетономешалок и т. д.) строительной площадки включены в четырехпроводную трехфазную сеть с линейным напряжением Uл = 380 В (рис. 3). Активные и индуктивные сопротивления фаз соответственно равны: R_A = 3 Oм; Х_А = 4 Ом; R_B = 5 Ом; Х_В = 4 Ом; R_С = 4 Ом; Х_С = 3 Ом. Требуется определить токи в линейных и нейтральном проводах, активную мощность, потребляемую приемниками, построить векторную диаграмму токов и напряжений на комплексной плоскости.

Рис. 3. Схема трехфазной цепи при соединении потребителей в звезду

24

Решение. Принимаем, что вектор фазного напряжения направлен по действительной оси, тогда В, В, В.

Находим линейные токи:

А;

А;

А.

Ток в нейтральном проводе определяется как геометрическая сумма линейных токов:

При несимметричной нагрузке активная мощность трехфазной цепи определяется как сумма мощностей отдельных фаз:

Вт

Вт

Вт

Вт

На рис. 4 приведена векторная диаграмма токов и напряжений, построенная в масштабе по расчетным данным. Векторы фазных напряжений располагаются под углом 120⁰ . Векторы фазных токов расположены относительно векторов фазных напряжений под соответствующими углами - Геометрическое сложение фазных токов производим, используя формулу

25

и по правилу многоугольника, получаем вектор тока в нейтральном (нулевом) проводе.

Рис. 4. Векторная диаграмма напряжений и токов для схемы «звезда»

Задача 2. В трёхфазную цепь с линейным напряжением Uл = 220 В включён приёмник, соединённый треугольником, сопротивление каждой фазы которого Z = (10+j10) Ом (рис. 5). Требуется определить токи в фазных и линейных проводах, активную мощность, потребляемую приемниками и каждой фазы в отдельности, построить векторную диаграмму токов и напряжений на комплексной плоскости.

26

Рис. 5. Схема трёхфазной цепи при соединении потребителей в треугольник

Решение. Расчёт токов в трёхфазных цепях производится комплексным методом. Примем, что вектор линейного напряжения направлен по действительной оси, тогда В, В, В.

Определяем фазные токи:

А;

А;

А.

Находим линейные токи:

А;

А;

А.

27

Активная мощность цепи:

Вт.

Активная мощность фазы:

Вт.

На рис. 6 приведена векторная диаграмма токов и напряжений, построенная в масштабе по расчетным данным. Векторы фазных напряжений располагаются под углом 120⁰ . Векторы фазных токов расположены относительно векторов фазных напряжений под соответствующими углами –

Рис. 6. Векторная диаграмма напряжений и токов для схемы «треугольник»

28

Переходные процессы в линейных электрических цепях

Переходный (неустановившийся) процесс возникает в электрической цепи как в результате изменения параметров цепи, так и при негармоническом изменении величины приложенного напряжения.

Изучая переходные процессы, мы определяем закономерности изменения тока и напряжения в элементах электрических цепей в функции времени при переходе от одного установившегося состояния к другому. Такой переход сопровождается изменением энергии магнитного поля в индуктивном элементе:

и энергии электрического поля в емкостном элементе: Эти энергии не могут изменяться скачком, так как мощность, равная производной энергии по времени должна в этом случае достигнуть бесконечно большого значения, что практически не возможно. Следовательно, если не могут скачком изменяться энергии и то не могут изменяться скачком ток в индуктивном элементе и напряжение на емкостном элементе что обусловливает законы коммутации.

После изучения данного раздела студенты должны:

1. Знать законы изменения токов и напряжений в простейших электрических цепях при переходном процессе, решение уравнений электрического состояния цепи при переходном процессе, примеры использования переходных процессов в электротехнике;

2. Понимать причины возникновения переходных процессов в электрических цепях, законы коммутации, характер изменения токов и напряжений в электрических цепях при переходных процессах, смысл и значение постоянной времени;

29

3.Уметь составлять уравнения электрического состояния линейных электрических цепей при переходных процессах, определять постоянную времени простейших электрических цепей, определять закон изменения токов и напряжений в простейших линейных электрических цепях при переходных процессах.

Периодические несинусоидальные токи в электрических цепях

При изучении настоящего раздела необходимо усвоить, что источников с абсолютно постоянной или синусоидальной э.д.с. практически не существует. Различные источники энергии в силу ряда причин создают пульсирующие,

медленно меняющиеся, или незначительно отличающиеся от синусоидальной формы напряжения.

Причинами появления несинусоидальных токов являются:

1. Несовершенство источников постоянной и синусоидальной э.д.с.;

2. Подключение к линейной цепи генераторов, создающих специальную форму напряжения;

3. Наличие различного рода нелинейных элементов в электрической цепи.

При расчете цепей, находящихся под воздействием периодических несинусоидальных величин, необходимо знать способы их представления:

1. Графики зависимости мгновенных значений несинусоидальных токов и напряжений от времени;

2. Аналитический способ разложения периодических функций в ряд Фурье, из которого для практических целей берут ограниченное число первых членов ряда. В ряду Фурье, в общем случае, представлена постоянная составляющая, основная (первая) гармоническая составляющая, имеющая период, равный периоду данного несинусоидального воздействия, высшие гармонические составляющие и их начальные фазы. Амплитуды и начальные фазы гармоник определяют спектральный состав несинусоидальной кривой, который может быть представлен в виде диаграмм амплитудно-частотного и фазо-частотного спектров.

30

После изучения данного раздела студенты должны:

1. Знать значение терминов: электрический фильтр, амплитудно-частотный и фазо-частотный спектры, коэффициент пульсаций, коэффициент искажения формы кривой; назначение сглаживающего, полосового, заградительного, избирательного фильтров;

2. Понимать причины возникновения несинусоидальных токов; принцип работы дифференцирующих и интегрирующих цепей; влияние формы кривой тока и напряжения на показания приборов различных систем;

3. Уметь анализировать электрическое состояние линейной цепи несинусоидального тока методом суперпозиции, работу простейших фильтров.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСТРОЙСТВА И ТРАНСФОРМАТОРЫ

Данную тему целесообразно начинать с изучения электрической цепи однофазного тока, содержащей катушку со стальным сердечником, а затем переходить непосредственно к изучению трансформатора.

Трансформаторы

Рассматривая физические процессы, возникающие в трансформаторе, необходимо обратить особое внимание на то положение, что при изменении нагрузки трансформатора в широком диапазоне (от холостого хода до номинального режима) магнитный поток может считаться практически постоянным и равным магнитному потоку в режиме холостого хода. Это в свою очередь определяет постоянство потерь в стали, которые легко определяются из режима холостого хода.

При рассмотрении режима опытного короткого замыкания получается, что магнитный поток в сердечнике трансформатора настолько мал, что им можно

31

пренебречь, следовательно, в этом режиме потери в стали трансформатора практически равны нулю, а потери в меди (в обмотках трансформатора) равны потерям при номинальной нагрузке трансформатора. Величины токов, напряжений и мощностей, полученные из режимов холостого хода и опытного короткого замыкания, позволяют определить основные параметры трансформатора.

В паспорте трехфазных силовых трансформаторов указывается номинальная мощность, напряжения, токи, к. п. д., коэффициент мощности, группа

соединения обмоток. Под номинальными напряжениями понимают линейные напряжения на зажимах трансформатора в режиме холостого хода, а под номинальными токами – линейные токи независимо от схемы соединения обмоток.

После изучения настоящего раздела студенты должны:

1. Знать основные элементы конструкции трансформатора; выражение для коэффициента трансформации; уравнения электрического и магнитного состояния обмоток;

2. Понимать назначение опытов холостого хода и короткого замыкания; сущность «приведения» параметров вторичной обмотки трансформатора к первичной; различие опыта короткого замыкания и режима короткого замыкания трансформатора; причины изменения напряжения на вторичной обмотке трансформатора; принципы построения векторных диаграмм для различных нагрузок;

3. Уметь анализировать различные режимы работы трансформатора; читать паспорт трансформатора; включать приемники и электроизмерительные приборы для определения напряжений, токов и мощностей; предвидеть последствия коммутационных изменений в цепи нагрузки на электрическое состояние трансформатора.

Теория трансформатора полностью распространяется на автотрансформаторы и измерительные трансформаторы, поэтому при их изучении следует обратить внимание на область их применения и особенности работы.

32

Рассмотрим типовой расчет основных характеристик трехфазных силовых трансформаторов, которые устанавливаются на трансформаторных подстанциях для электроснабжения промышленных объектов, жилых домов

и т. д.

Трехфазный трансформатор имеет следующие паспортные данные: номинальная мощность S_н = 100 кВ·А; соединение обмоток Υ/Y₀-0; номинальное напряжение на зажимах первичной обмотки трансформатора

U_1н = 6000 В; напряжение холостого хода на зажимах вторичной обмотки трансформатора U₂₀ = 400 В; напряжение короткого замыкания u_k = 5,5%; мощность короткого замыкания Р_к = 2400 Вт; мощность холостого хода Р₀ = 600 Вт; ток холостого хода I₁₀ = 0,07 I_1н.

Требуется определить: сопротивления обмоток трансформатора R₁, X₁, R₂, X₂; параметры схемы замещения z₀, r₀, x₀ ; угол магнитных потерь δ. Построить внешнюю характеристику U₂ = f(β) и зависимость η = f(β) при cos φ₂ = 0,75. Построить векторную диаграмму при нагрузке и . Составить Т-образную схему замещения трансформатора.

Определяем номинальный ток первичной обмотки:

А

Определяем ток холостого хода I₁₀ и cos φ₀ :

Определяем угол магнитных потерь:

Определяем сопротивления обмоток при коротком замыкании:

Ом

Ом

33

Ом

Сопротивления первичной обмотки:

Ом

Ом

Коэффициент трансформации трансформатора:

Сопротивления вторичной обмотки:

Ом

Ом

Определяем параметры схемы замещения:

Ом

Ом

Ом

Для построения внешней характеристики U₂ = f(β) определяем потерю напряжения во вторичной обмотке трансформатора:

где и соответственно активная и реактивная составляющие напряжения :

34

Напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора определяем по формуле

и задаваясь значениями β, результаты расчетов сводим в таблицу:

№, п/п	β	ΔU2 , %	U2 , B	η
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11	0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0	0 0.507 1.014 1.521 2.028 2.535 3.042 3.549 4.056 4.563 5.070	400,00 397.97 395.94 393.92 391.89 389.86 387.83 385.80 383.78 381.75 379.72	0 0.924 0.956 0.965 0.967 0.969 0.967 0.966 0.964 0.963 0.962

Для построения зависимости η = f(β) расчет коэффициента полезного действия производится по формуле

35

Максимальный к. п. д. получается при нагрузке

Рис. 7. График изменения вторичного напряжения и к.п.д. трансформатора

от нагрузки

Построение векторной диаграммы (рис. 8) начинаем с вектора фазного напряжения , величина которого для и равна В. Приведенное значение вторичного напряжения В.

36

Вектор тока отстает по фазе от вектора на заданный угол и равен:

А,

где А

Рис. 8. Векторная диаграмма трансформатора

Падения напряжения во вторичной обмотке:

В;

В.

37

Электродвижущую силу находим из уравнения электрического состония, составленному по второму закону Кирхгофа, для вторичной цепи:

Вектор потока отстает от вектора на , а ток холостого хода опережает поток на угол потерь . Ток в первичной обмотке трансформа-

тора получаем из уравнения: , где . Вектор совпадает по фазе с вектором . Напряжение первичной обмотки трансформатора определяем из уравнения электрического состояния первичной цепи:

^.

Вектор параллелен вектору . Током холостого хода можно пренебречь и принять или определить по диаграмме. Тогда падения напряжений в первичной обмотке:

В;

В.

Т-образная схема замещения трансформатора изображена на рис. 9.

Рис. 9. Т-образная схема замещения трансформатора

38

ЭЛЕКТРОНИКА

Изучение данной темы целесообразно проводить после повторения соответствующих разделов физики и руководствуясь программой курса.

Физические процессы в р-n-переходе

К полупроводникам относится большое количество веществ и элементов, которые по своим электрическим свойствам занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Большинство полупроводников

имеют кристаллическую структуру. Основными полупроводниками являются

германий и кремний. Для увеличения электропроводности кристалла полупро-

водника в него вводят примесь. Если атомы примеси имеют большую валентность, получают полупроводник n-типа, то есть с избытком электронов. Если атомы примеси имеют меньшую валентность, получают полупроводник р-типа, то есть с избытком дырок. Электропроводность полупроводника, вызванная введением в химически чистый кристалл атомов других элементов, называется примесной электропроводностью.

В процессе изучения темы следует обратить внимание на возникновение электрических токов в полупроводнике: дрейфового под воздействием внешнего электрического поля и диффузионного, вызванного неравномерностью концентрации электронов и дырок. Изучая тему, следует особое внимание обратить на процессы, происходящие на границе двух полупроводников n- и р-типов. Контакт между полупроводниками с разным типом электропроводности, называемый электронно-дырочным или р-n-переходом, является основным элементом любого полупроводникового прибора. Поэтому понимание свойств р-n-перехода имеет большое значение для последующего изучения полупроводниковой электроники.

39

Последовательно изучите:

-свойства р-n перехода без воздействия на него каких-либо внешних факторов;

- изменение этих свойств под воздействием приложенного внешнего поля;

- характеристики и параметры р-n-перехода;

- температурные и частотные свойства электронно-дырочного перехода;

- принципиальные возможности использования рассмотренных свойств р-n-перехода при создании полупроводниковых приборов.

Полупроводниковые диоды

Полупроводниковый диод – конструктивно оформленный р-n-переход с двумя выводами. Наибольшее применение получили диоды, выполненные на основе германия, кремния и арсенида галлия. Диоды имеют различные конструкции и значительное разнообразие по своему назначению.

Приступая к изучению темы, необходимо помнить, что работа диода осно-

вана на физических процессах в р-n-переходе. Поэтому идеальная ВАХ диода имеет вид ВАХ р-n-перехода. Необходимо обратить внимание на различие ВАХ реального диода и ВАХ идеального и выяснить причины возникновения этих различий. При этом следует рассмотреть влияние температуры на характеристики диодов и вида пробоев (электрический, тепловой, лавинный).

Изучая конкретные типы диодов, перечень которых указан в программе, необходимо вначале ознакомиться с конструкцией приборов того или иного типа, рассмотреть способы их включения в схемы, принцип работы, характеристики, параметры.

Биполярные транзисторы

Транзистор – это полупроводниковый прибор с двумя или несколькими р-n-переходами, позволяющий усиливать электрические сигналы и имеющий три вывода или более. Широко распространенные транзисторы с двумя р-n-переходами называются биполярными. Термин «биполярный» связан с

40

наличием в этих транзисторах двух различных типов носителей заряда – электронов и дырок. Биполярный транзистор представляет собой кристалл с трехслойной структурой р-n-р- или n-р-n-типов, выводы которого связаны с тремя областями кристалла. Крайние его области – эмиттер и коллектор, а средняя – база. Физические процессы, протекающие в транзисторах р-n-р- и n-р-n-типов, аналогичны. Разница заключается только в типах носителей заряда (дырки для р-n-р- и электроны для n-р-n-переходов) и в противоположных знаках полярности напряжения Е_к на коллекторе. Для р-n-р-перехода на коллекторе - Е_к, для n-р-n-перехода на коллекторе + Е_к. При изучении работы транзистора, которая широко и доступна освещена в рекомендуемой литературе, необходимо обратить внимание на соотношение концентрации основных носителей в областях эмиттера, базы, коллектора и на носители зарядов, которые образуют ток коллектора I_к, ток базы I_б и ток эмиттера I_э.

Необходимо также запомнить, что независимо от типа транзистора, справедливо соотношение: I_э = I_к + I_б.

Кроме рассмотренного активного режима транзистор может работать в режимах отсечки и насыщения.

Для уяснения возможностей использования транзистора в схемах радиоэлектронной аппаратуры следует рассмотреть три схемы включения транзистора – схему с общей базой (ОБ), схему с общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). Особое внимание обратите на то, какая цепь является входной, а какая – выходной. Следует составить обобщенную таблицу, в которой сравните между собой основные параметры трех схем включения:

- входное сопротивление, R_вх;

- выходное сопротивление, R_вых;

- коэффициент усиления по току, К_i;

- коэффициент усиления по напряжению, К_u;

- коэффициент усиления по мощности К_р.

41

Это поможет вам понять причину наибольшего распространения и применения схемы включения с ОЭ.

Далее обратите внимание на входную и выходную статические характеристики для схемы включения с ОЭ:

- входная характеристика I_б = f (U_бэ) при U_кэ = const;

- выходная характеристика I_к = f(U_кэ) при I_б = const.

Для уяснения возможности практического применения транзистора нужно рассмотреть его работу в динамическом режиме, т. е., при включении в выходную цепь сопротивления нагрузки. Следует рассмотреть усилитель, включенный по схеме с ОЭ, так как эта схема является основной схемой усилителя на транзисторе. Особое внимание надо уделять назначению элементов схемы. Следует уметь выделять элементы, от которых зависит коэффициент усиления, элементы, которые определяют выбор рабочей точки, а также элементы термостабилизации.

Важным является вопрос о частотных свойствах транзистора, поэтому тщательно следует изучить особенности конструкции и принцип работы высокочастотных транзисторов новых типов.

Полевые транзисторы

Полевыми или униполярными транзисторами называются полупроводниковые приборы, в которых регулирование тока производится изменением проводимости проводящего канала с помощью электрического поля, перпендикулярного направлению тока. Электроды, подключенные к каналу, называются стоком и истоком, а управляющий электрод называется затвором. В зависимости от выполнения затвора полевые транзисторы делятся на две группы: с управляющим p-n-переходом (ПТУП) и с изолированным затвором (ПТИЗ или МДП-транзисторы).

42

Сравните работу полевого с p-n-переходом и биполярного транзисторов и уясните, почему полевые транзисторы имеют более высокое входное сопротивление, более высокую помехоустойчивость, меньший уровень собственных шумов и меньшую потребляемую мощность и габариты. Ознакомьтесь с характеристиками полевого транзистора с p-n-переходом: стоковой (выходной) и стоково-затворной (входной).

После усвоения работы ПТУП с каналом n-типа и p-типа приступите к изучению МДП-транзистора. В ПТИЗ электрод затвора изолирован от полупроводникового канала слоем диэлектрика из двуокиси кремния. Электроды стока и истока располагаются по обе стороны затвора и имеют контакт с полупроводниковым каналом. Ток утечки затвора незначителен даже при повышенных температурах. Полупроводниковый канал может быть обеднен носителями зарядов или обогащен ими. При обедненном канале электрическое поле затвора повышает его проводимость, поэтому канал называется индуцированным. Если канал обогащен носителями зарядов, то он называется встроенным. Электрическое поле затвора в этом случае приводит к обеднению канала носителями зарядов. Проводимость канала может быть электронной или дырочной. Если канал имеет

электронную проводимость, то он называется n-каналом. Каналы с дырочной проводимостью называются p-каналами. ПТИЗ могут быть четырех типов: с каналом n- или p-типов, каждый из которых может иметь индуцированный или встроенный канал. Особое внимание следует обратить на то, что МДП транзисторы обладают очень высоким входным сопротивлением и сохраняют его независимо от полярности и величины входного напряжения на затворе.

Силовые полупроводниковые приборы

К силовым полупроводниковым приборам относятся управляемые приборы, используемые в различных силовых устройствах: источниках питания, мощных преобразовательных установках, электроприводе. Для снижения потерь

43

эти приборы в основном работают в ключевом режиме. Диод-тиристор относится к классу четырехслойных приборов, состоящих их четырех последовательно чередующихся областей с проводимостью р- и n-типа. Различают диод-тиристор (динистор), который имеет выводы от двух крайних областей – анода и катода, и триод-тиристор (тринистор), который также имеет выводы от двух крайних областей и одной внутренней (базовой). Конструкция, принцип работы, параметры и области применения тиристоров подробно и доступно изложены в любом из рекомендуемых учебников. При изучении темы следует обратить внимание на то, что тиристоры имеют два устойчивых состояния. В закрытом состоянии внешние р-n-переходы открыты, внутренний р-n-переход включен в обратном направлении. При повышении напряжения внешнего источника возникает ударная ионизация (лавинный пробой) внутреннего р-n-перехода, и ток во внешней цепи резко возрастает. Тиристор переходит в открытое состояние. Для коммутации цепей переменного тока разработаны специальные симметричные тиристоры – симисторы.

Элементная база оптоэлектроники

Полупроводниковые приборы (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры) работают на использовании внутреннего фотоэффекта. Конструкция, параметры, характеристики, работа этих приборов подробно рассмотрены в рекомендуемой литературе. При изучении раздела следует обратить внимание на температурную зависимость параметров полупроводниковых приборов, инерционность, частотные свойства. Рассмотренные приборы относятся к категории приемников световой энергии. Для осуществления обратного преобразования в оптоэлектронике применяется управляемый источник света (фотоизлучатель), яркость которого определяется электрическим сигналом, поступающим на его вход. Таким источником является светодиод. При изучении диодов видимого и инфракрасного диапазонов следует обратить внимание на конструкцию, электрические и эксплуатационные параметры, спектральные харак-

44

теристики и диаграммы направленности. К достоинствам излучающих диодов относят высокую стабильность, низкую потребляемую мощность, высокое быстродействие и долговечность.

Оптроном называют прибор, в котором имеются управляемый источник излучения и фотоприемник с тем или иным видом оптической связи между ними, конструктивно объединенные и помещенные в один корпус. В оптроне энергия электрического сигнала с помощью светодиода преобразуется в световую, затем через оптическую среду передается на фотоприемник, в котором энергия света преобразуется в электрический сигнал. Это дает оптрону ряд следующих преимуществ:

- полную электрическую развязку входной и выходной цепи;

- согласование цепей с разными входными и выходными сопротивлениями;

- отсутствие влияния приемника сигнала на его источник;

- работу в широком диапазоне частот.

Микроэлектроника

Микроэлектроника – это раздел электроники, включающий исследование, конструирование и производство интегральных микросхем (ИМС) и электронной аппаратуры на их основе. ИМС – это микроэлектронные изделия, состоящие из активных элементов (биполярных, многоэмиттерных и полевых транзисторов, диодов, тиристоров), пассивных элементов (резисторов, конденсаторов) и соединительных проводов, которые изготовлены в едином технологическом процессе, электрически соединены между собой, заключены в общий корпус и представляют собой единое целое.

При изучении материала по рекомендуемой литературе обратите внимание на то, что ИМС состоят из элементов и компонентов.

Элемент ИМС – часть интегральной микросхемы, реализующая функцию какого-либо электрорадиоэлемента (например, транзистора, диода, резистора, конденсатора), которая не может быть выделена как самостоятельное изделие с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставки и эксплуатации.

45

Компонент ИМС – часть ИМС, реализующая функцию какого-либо электрорадиоэлемента, которая может быть выделена как самостоятельное изделие с точки зрения отмеченных выше требований.

При изучении темы обратите внимание на то, что ИМС классифицируются как по конструктивно-технологическим признакам (монолитные, пленочные, гибридные, совмещенные), так и по количеству в них активных и пассивных элементов и компонентов. Критерием оценки сложности микросхемы является степень интеграции.

По функциональному назначению микросхемы подразделяются на цифровые и аналоговые. Цифровая микросхема предназначена для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции. В аналоговых микросхемах сигналы изменяются по закону непрерывной функции. Самый распространенный тип аналоговых микросхем – это операционные усилители. При изучении материалов по теме следует сравнивать ИМС по конструктивным

особенностям и технологии изготовления для выявления их достоинств и недостатков.

Общетехнические параметры ИМС: механическая прочность, диапазон рабочих температур, устойчивость к изменению давления и влагостойкость, - обычно не хуже, чем у полупроводниковых диодов и транзисторов. Основные преимущества ИМС перед аналогичными схемами на дискретных элементах (компонентах) – малые размеры, масса и высокая надежность. Следует отметить, что вся микроэлектроника базируется на тех же теоретических основах, что и узлы, выполненные на дискретных элементах.

После изучения данного раздела студенты должны:

1. Знать принцип работы и область применения полупроводниковых приборов, их основные характеристики, тенденции развития полупроводниковой техники.

2. Понимать принцип работы электрических схем с полупроводниковыми приборами; влияние внешних факторов на работу электронных устройств.

46

3. Уметь различать по внешнему виду полупроводниковые элементы; ориентироваться в паспортных данных полупроводниковых приборов; выбирать полупроводниковые приборы и устройства в соответствии с заданными техническими условиями.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Особое внимание в этом разделе следует обратить на измерение неэлектрических величин (например, скорости, давления, температуры, влажности, концентрации растворов, газовых смесей и т. д.) электрическими методами.

После изучения данного раздела студенты должны:

1. Знать устройство и область применения основных типов электроизмерительных приборов непосредственной оценки; основные показатели этих приборов; способы расширения пределов измерения приборов.

2. Понимать устройство и работу электрических схем при измерении неэлектрических величин; принципы мостового и компенсационного методов измерения электрических и неэлектрических величин; принцип работы электронных измерительных приборов;

3. Уметь выбрать электроизмерительный прибор по пределу измерений и точности в соответствии с каталогом.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Машины постоянного тока

Изучение электрических машин постоянного тока нужно начинать с их принципа работы и устройства. Учитывая, что машина постоянного тока обратима, т. е. может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, изучение таких вопросов, как реакция якоря, электромагнитный момент,

47

возбуждение и ряд других, необходимо рассматривать в сопоставлении для обоих режимов. Очень важно правильно понимать связь между напряжением на зажимах машины ее э. д. с. и падением напряжения в обмотке якоря для генераторного и двигательного режимов:

Изучая работу машин постоянного тока в режиме двигателя, необходимо обратить особое внимание на пуск, регулирование частоты вращения вала и вращающий момент двигателя, а в режиме генератора – на способ возбуждения. Характеристики двигателей и генераторов дают наглядное представление об эксплуатационных свойствах машин.

После изучения данного раздела студенты должны:

1. Знать конструктивные основные элементы машин постоянного тока: статор, обмотка статора, якорь, обмотка якоря; термины: щеточно-коллекторный узел, геометрическая и физическая нейтрали, реакция якоря, коммутация, противо-э. д. с.; классификацию машин постоянного тока по способу возбуждения; внешние характеристики генераторов постоянного тока всех способов возбуждения; механические характеристики двигателей постоянного тока всех способов возбуждения; способы пуска двигателей постоянного тока; способы регулирования частоты вращения вала двигателей постоянного тока;

2. Понимать назначение конструктивных основных элементов машин постоянного тока; принцип действия генератора и двигателя постоянного тока; уравнения электрического состояния генератора и двигателя постоянного тока; назначение пусковых и регулировочных реостатов; энергетические диаграммы генератора и двигателя постоянного тока;

48

3. Уметь включать в сеть, регулировать частоту вращения и реверсировать двигатель постоянного тока; отличать по внешнему виду машину постоянного тока от других электрических машин; ориентироваться в паспортных данных машины, выбирать двигатель применительно к заданным техническим условиям.

Рассмотрим пример расчета машины постоянного тока.

Задача 1. Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения (рис.10) используется для привода центробежного насоса. Мощность на валу двигателя Р_2н = 10 кВт при напряжении U_н = 220 В, частота вращения вала n_н = 2250 мин^-1 . Потери мощности в цепи возбуждения ΔР_в = 5% Р_1н , в цепи якоря - ΔР_я = 4,6% Р_1н, коэффициент полезного действия двигателя η = 86%.

Требуется определить: величину сопротивления пускового реостата R_пуск для пуска двигателя с отношением ; величину номинального

вращающего момента М_н ; величину пускового вращающего момента М_п, полагая, что магнитный поток Ф = const.

Решение. Определяем мощность, потребляемую двигателем из сети:

кВт

Номинальный ток двигателя

А

Ток возбуждения

А

49

Рис. 10. Схема включения в сеть двигателя постоянного тока

параллельного возбуждения

Номинальный ток якоря

А

Сопротивление обмотки якоря

Ом

Сопротивление пускового реостата

Ом

Номинальный вращающий момент

Н·м

50

Определяем пусковой вращающий момент. Из теории известно, что вращающий момент пропорционален магнитному потоку и току якоря

Так как по условию задачи магнитный поток Ф не изменяется, то пусковой момент пропорционален току якоря. Пусковой ток, согласно условию, в два раза больше номинального, следовательно, и пусковой момент будет в два раза превышать номинальный:

Н·м.

Задача 2. Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения (рис.10) подключен к сети с напряжением U_н = 220 В, потребляет при номинальной нагрузке ток I_н = 20, 5 A, а при холостом ходе I₀ = 2,35 A. Сопротивление обмотки якоря R_я = 0,75 Ом, цепи обмотки возбуждения R_в = 258 Ом. Номинальная частота вращения вала n_н = 1025 мин^-1 .

Определить номинальную мощность на валу Р_2н , номинальный к.п.д. η_н, номинальный вращающий момент М_н .

При решении задачи принять, что магнитные и механические потери не зависят от нагрузки.

Решение. Номинальная мощность, потребляемая из сети

Вт.

Ток в цепи возбуждения и ток в цепи якоря в номинальном режиме:

А;

А.

Потери в обмотке якоря и в цепи возбуждения:

Вт;

Вт.

Магнитные и механические потери

Вт,

51

где Вт – мощность, потребляемая двигателем из сети при холостом ходе;

Вт – потери в обмотке якоря при холостом ходе.

Потери в двигателе при номинальной нагрузке

Вт.

Номинальная мощность на валу

Вт.

Номинальный к. п. д.

.

Номинальный момент

Н∙м.

Асинхронные машины

Изучение асинхронных машин начинают с их устройства и принципа работы. Необходимо обратить особое внимание на электромагнитные процессы, возникающие в двигателе, как при его пуске, так и в процессе работы. Векторная диаграмма и эквивалентная схема асинхронного двигателя облегчает изучение его работы и используется при выводе основных уравнений. Эксплуата-

ционные параметры асинхронного двигателя наглядно демонстрируются при помощи механических и рабочих характеристик.

После изучения настоящего раздела студенты должны:

1. Знать содержание терминов: скольжение, синхронная скорость, вращающееся магнитное поле, короткозамкнутый ротор, контактные кольца, поток полюса, глубокопазный ротор, двойная «беличья клетка»; способы изменения направления вращения магнитного поля; устройство и области применения

52

двух типов трехфазных асинхронных двигателей, их условные обозначения на схемах; вид механических характеристик; способы регулирования частоты вращения вала;

2. Понимать принцип возбуждения многополюсного вращающегося магнитного поля; принцип действия трехфазной асинхронной машины в режимах

двигателя, генератора и электромагнитного тормоза; факторы, влияющие на частоту вращения ротора трехфазного асинхронного двигателя; возможность замены трехфазного асинхронного двигателя с вращающимся ротором эквивалентным асинхронным двигателем с неподвижным ротором; аналогию физических явлений в трехфазном асинхронном двигателе с неподвижным ротором и в трансформаторе с резистивной нагрузкой; энергетические преобразования в трехфазном асинхронном двигателе;

3. Уметь осуществлять пуск асинхронного двигателя; измерять скольжение с помощью стробоскопического устройства, частоту вращения вала; оценивать величины номинального, пускового и максимального моментов, пускового тока и номинального скольжения по данным каталога.

Рассмотрим примеры решения задач по асинхронным двигателям.

Задача 1. Номинальная мощность трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, используемого в вентиляторной установке, кВт, номинальное напряжение В, номинальная частота вращения ротора мин^-1, номинальный к. п. д. и номинальный коэффициент мощности . Кратность пускового тока , а перегрузочная

способность двигателя . Требуется определить: потребляемую из сети мощность ; номинальный и максимальный (критический) вращающие моменты; пусковой ток ; номинальное и критическое скольжения. Построить механические характеристики и .

53

Решение. Потребляемая из сети мощность

кВт.

Номинальный и максимальный моменты

Нּм;

Нּм.

Номинальный и пусковой токи:

А;

А.

Номинальное и критическое скольжения:

;

.

Механическая характеристика строится по уравнению

.

Задаваясь значениями скольжения от 0 до 1, рассчитываем вращающий момент. Для построения характеристики используем уравнение . Результаты расчетов приведены в таблице

54

№ п/п	s	n, мин-1	M, Нּм	№ п/п	s	n, мин-1	М, Нּм
1 2 3 4 5 6	0,053 0,4 0,175 0,2 0,3 0,4	1420 1350 1238 1200 1050 900	67,3 104,3 121,0 120,5 105,3 88,8	7 8 9 10 11 12	0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0	750 600 450 300 150 0	75,5 65,2 57,0 50,5 45,5 41,2

Рис. 11. Зависимость момента на Рис. 12. Зависимость частоты

валу двигателя от скольжения вращения вала от момента на

валу

Задача 2. Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором, сопротивления фаз обмоток которого Ом, Ом, Ом, Ом, соединен треугольником и работает при напряжении В с частотой Гц. Число витков на фазу обмоток , . Обмоточные коэффициенты , . Число пар полюсов . Определить: пусковые

55

токи статора и ротора; пусковой вращающий момент; коэффициент мощности ( ) при пуске двигателя с замкнутым накоротко ротором; токи ротора, статора и вращающий момент при работе двигателя со скольжением ; критическое скольжение и критический (максимальный) момент; величину сопротивления фазы пускового реостата для получения пускового момента, равного максимальному, а также пусковые токи статора и ротора при этом сопротивлении.

Решение. Для приведения сопротивления обмотки ротора к обмотке статора определяем коэффициент трансформации:

,

где - число фаз обмотки статора;

- число фаз обмотки ротора.

Приведенные значения сопротивлений роторной обмотки:

Ом;

Ом.

Сопротивления короткого замыкания:

Ом;

Ом;

Ом.

Пусковые токи, пусковой момент и при пуске двигателя с замкнутым накоротко ротором:

А;

А;

Нּм,

где - угловая частота вращения магнитного поля:

56

; .

Определяем коэффициент мощности:

.

Токи и вращающий момент при работе двигателя со скольжением

Ом;

А;

А;

Нּм.

Критическое скольжение и критический (максимальный) момент:

;

Нּм.

Определяем сопротивление пускового реостата. Известно, что пусковой вращающий момент достигает максимального значения при условии, что , где - приведенное значение сопротивления пускового реостата:

Ом;

Ом.

57

Пусковые токи при пуске двигателя с реостатом:

Ом;

А;

А.

Задача 3. Из каталога на асинхронные двигатели с фазным ротором известны номинальные величины: кВт, В, частота вращения ротора мин^-1, %, , схема соединения обмоток Y/Y. Перегрузочная способность двигателя , активное сопротивление фазы статора Ом. Определить: номинальный ток статора; номинальный и максимальный моменты; сопротивления и в ветви приведенного тока в Г-образной схеме замещения (рис. 13); приведенный ток ротора ; ток в статоре в режиме холостого хода и коэффициент мощности ; сопротивления и в Г-образной схеме замещения.

Рис. 13. Г-образная схема замещения трехфазного асинхронного двигателя

58

Решение. Находим номинальный ток статора:

А.

Для определения реактивного сопротивления воспользуемся формулой максимального электромагнитного момента:

,

из которой следует, что , где - расчетное сопротивление:

.

Приведенное активное сопротивление ротора найдем из формулы, выражающей зависимость номинального электромагнитного момента от номинального скольжения :

,

из которой следует, что

,

где - расчетное сопротивление:

.

По каталогу номинальный момент

Нּм.

Максимальный момент

Нּм.

Расчетные сопротивления:

Ом;

59

Ом,

где кгּм; кгּм.

Реактивное сопротивление

Ом.

Приведенное активное сопротивление ротора

Ом.

Определяем приведенный ток при номинальном режиме работы двигателя:

А.

Для Г-образной схемы замещения (рис. 13) составим два уравнения баланса активных и реактивных мощностей при номинальном режиме работы двигателя:

;

.

Активная мощность двигателя в режиме холостого хода, отнесенная к одной фазе обмотки статора:

Вт

Реактивная мощность двигателя в режиме холостого хода, отнесенная к одной фазе обмотки статора:

вар.

Полная мощность двигателя в режиме холостого хода, отнесенная к одной фазе обмотки статора:

ВּА.

60

Ток холостого хода

А.

Коэффициент мощности при холостом ходе двигателя

Сопротивления при холостом ходе:

Ом;

Ом.

ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ.

АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

Основными вопросами, которые нужно изучить в данной теме, являются: сравнительная оценка свойств и область применения электрических двигателей как постоянного, так и переменного токов, выбор мощности двигателя для различных режимов работы; аппаратура управления электродвигателями; схемы электроснабжения предприятия; внутризаводские силовые и осветительные сети, их устройства и расчет.

После изучения настоящего раздела студенты должны:

1. Знать области применения электропривода и его преимущества перед другими типами приводов; основные электротехнические и механические устройства, входящие в состав электропривода; режимы работы электропривода; типы электропривода; механические характеристики основных производственных механизмов; основные аппараты ручного и автоматического управления электроприводом; условные графические обозначения двигателей и элементов устройств управления; основные аппараты защиты электротехнических устройств;

61

2. Понимать нагрузочные диаграммы и их построение; влияние температуры окружающей среды на нагрузочную способность двигателя; сущность методов эквивалентного тока, момента и мощности для расчета мощности приводного электродвигателя; назначение и принцип действия аппаратов управления; работу типовых схем и управления электроприводом; назначение и принцип действия аппаратуры защиты;

3. Уметь определять по механическим характеристикам двигателя и рабочего механизма частоту вращения и момент в установившемся режиме; рассчитывать мощность двигателя по нагрузочной диаграмме рабочего механизма; выбирать по каталогу двигатель нужного исполнения, соответствующего условиям окружающей среды и режиму работы производственного механизма.

Рассмотрим примеры выбора электродвигателей для производственных механизмов.

Задача 1. Определить необходимую мощность двигателя для привода механизма, режим работы которого задан нагрузочной диаграммой на рис. 14. По технологическим условиям следует использовать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Частота вращения вала двигателя 980 мин^-1 . Помещение, где будет установлен двигатель – сухое, без пыли и грязи.

Рис. 14. Нагрузочная диаграмма двигателя

62

Решение. В данном случае режим работы представляет собой длительную переменную нагрузку. Мощность двигателя подбирается при подобных режимах работы по эквивалентной мощности:

кВт,

где с – время цикла работы.

По данным каталога в качестве приводного двигателя может быть использован трехфазный асинхронный двигатель в защищенном исполнении типа А4-61-6: 380/220 В; Р_н = 10 кВт; n_н = 965 мин^-1; η_н = 0,87; М_п / М_н = 1,2; М_м /М_н =1,8.

В ряде случаев момент нагрузки на отдельных участках может оказаться больше максимально допустимого момента и асинхронный двигатель может остановиться. Поэтому после выбора двигателя его необходимо проверить по перегрузочной способности, исходя из условия 0,9М_м ≥ М_ст.м, где М_м - максимальный момент; М_ст.м – максимальный статический момент.

В данном примере:

номинальный момент двигателя

Нּм;

максимальный момент

Нּм;

максимальный статический момент

М_ст.м = Нּм.

По перегрузочной способности двигатель подходит, так как выполняется условие 0,9ּМ_м = 0,9ּ178 = 160 > М_ст.м = 119.

В том случае, когда нагрузочные диаграммы заданы моментом М = f(t) или током I = f(t), мощность двигателей выбирают либо по эквивалентному моменту , либо по эквивалентному току .

63

Задача 2. Определить мощность двигателя для привода механизма, работающего в повторно-кратковременном режиме, который задан нагрузочной диаграммой, изображенной на рис. 15. Частота вращения вала n = 720 мин^-1.

Рис. 15. Нагрузочная диаграмма двигателя

Решение. Определяем эквивалентный момент за рабочее время:

Нּм.

Определяем мощность, соответствующую эквивалентному моменту за рабочее время:

кВт.

64

Определяем относительную продолжительность включения:

.

В каталогах для двигателей повторно-кратковременного режима номинальная мощность указывается для следующих стандартных значений относительной продолжительности включения ПВ: 0,15; 0,25; 0,4 и 0,6. В том случае, когда расчетная ПВ отличается от стандартного значения, рассчитанная по нагрузочной диаграмме мощность пересчитывается по формуле

.

Для получим

кВт.

По данным каталога по аналогии с задачей 1 выбираем двигатель для расчетной мощности 4,5 кВт и .

ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА

К электронным устройствам относятся неуправляемые и управляемые полупроводниковые выпрямители, усилители, генераторы синусоидальных колебаний, генераторы пилообразного напряжения, мультивибраторы, логические элементы и т. д. Все эти устройства могут выполняться на транзисторах, диодах, резисторах, конденсаторах или в микроминиатюрном исполнении - на микросхемах.

65

Рассмотрим наиболее распространенные устройства – усилители на полупроводниковых транзисторах.

Усилители являются одними из самых распространенных электронных устройств, применяемых в системах автоматики, радиотехнике, в автомобильной технике, строительных машинах и т. д. Усилители подразделяются на предварительные (усилители напряжения) и усилители мощности. Предварительные транзисторные усилители содержат один или несколько каскадов усиления. При этом все каскады усилителя обладают общими свойствами, различие между ними может быть только количественное: разные токи, напряжения, разные значения резисторов, конденсаторов и т. п.

Для каскадов предварительного усиления наибольшее распространение получили схемы с применением резисторов. В зависимости от способа подачи входного сигнала и получения выходного усилительные схемы получили следующие названия: с общим эмиттером; с общей базой; с общим коллектором. Наиболее распространенным является каскад с общим эмиттером, который обладает наибольшим входным и наименьшим выходным сопротивлениями.

Рассмотрим пример расчета каскада транзисторного усилителя напряжения низкой частоты (см. рисунок 16).

Исходные данные: напряжение на выходе каскада U_вых.м (напряжение на нагрузке); сопротивление нагрузки R_н ; нижняя граничная частота f_н ; допустимое значение коэффициента частотных искажений каскада в области нижних частот

Рис. 16. Однокаскадный усилитель низкой частоты

66

М_н ; напряжение источника питания Е_п ; каскад работает в стационарных условиях Т_мин = +15⁰С, Т_макс = +25⁰С, поэтому при расчете влиянием температуры на режим работы транзистора пренебрегаем.

Определить: тип транзистора; режим работы транзистора; сопротивление коллекторной нагрузки R_k ; сопротивление в цепи эмиттера R_э; сопротивления делителя напряжения R₁ и R₂ , стабилизирующие режим работы транзистора; емкость разделительного конденсатора С_р ; емкость конденсатора в цепи эмиттера С_э ; коэффициент усиления каскада по напряжению K_u .

Выбираем тип транзистора, руководствуясь следующими соображениями: U_кэ.доп ≥ (1,1-1,3) Е_п ; U_кэ.доп – наибольшее допустимое напряжение между коллектором и эмиттером, приводится в справочниках; I_к.доп > 2I_н.м.=2U_вых.м / R_н ; I_н.м. – наибольшая амплитуда тока нагрузки; I_к.доп - наибольший допустимый ток коллектора, приводится в справочниках.

Заданному диапазону температур удовлетворяет любой транзистор. Для выбранного типа транзистора необходимо выписать из справочника значения коэффициентов усиления по току для схемы с ОЭ – β_мин и β_макс . В некоторых справочниках дается коэффициент усиления α по току для схемы ОБ и начальный ток коллектора I_к.н . Тогда (при выборе режима работы транзистора необходимо выполнять условие I_к.мин ≥ I_к.н ). Для каскадов предварительного усиления обычно применяют маломощные транзисторы типа КТ361, КТ3107, КТ363 и др.

Режим работы транзистора определяется по нагрузочной прямой, построенной на выходных статических (коллекторных) характеристиках для схемы с ОЭ. Построение нагрузочной прямой показано на рис. 17. Нагрузочная прямая строится по двум точкам: точка 0-точка покоя (рабочая) и точка 1, которая определяется величиной напряжения источника питания Е_п .

67

Рис. 17. Выходные статические характеристики транзистора в схеме с ОЭ

Координатами точки 0 являются ток покоя I_к0 и напряжение покоя U_кэ0 (т. е. ток и напряжение, соответствующие U_{в х} = 0). Можно принять I_к0 =

= (1,05-1,2) I_вых ≈ (1,05-1,2) I_н.м . Напряжение покоя U_кэ0 = U_вых.м + U_ост = U_км + +U_ост , где U_ост – наименьшее допустимое напряжение U_кэ .

При U_кэ < U_ост возникают значительные нелинейные искажения, так как в рабочую зону попадают нелинейные участки характеристик. Для маломощных транзисторов можно принять U_ост = (0,5-1,0) В.

Определяем величины резисторов R_k и R_э . По выходным характеристикам рис. 17 определяем R_об = R_k + R_э . Общее сопротивление в цепи эмиттер-

коллектор R_об = Е_п /I , где I – ток, определяемый точкой пересечения нагрузочной прямой с осью токов.

Принимая , получим

68

Определяем наибольшие амплитудные значения тока I_вх.м и напряжения U_вх.м входного сигнала, необходимые для обеспечения заданного значения

U_вых.м . Задавшись наименьшим значением коэффициента усиления транзистора по току β_мин , получим

причем I_вх.м не должен превышать величины где для маломощных транзисторов мА, мА

Рис. 18. Входная статическая характеристика транзистора в схеме с ОЭ

По входной статической характеристике рис. 18 и вычисленным значениям и находят величину 2 U_вх.м .

Определяем входное сопротивление R_вх каскада переменному току (без учета делителя напряжения R₁ и R₂):

69

Определяем сопротивления делителя R₁ и R₂. Для уменьшения шунтирующего действия делителя на входную цепь каскада принимаем: R_1-2 ≥(8-12)R_вх , где Тогда

Определяем коэффициент нестабильности работы каскада:

где β_макс – наибольший коэффициент усиления по току выбранного типа транзистора.

Для нормальной работы каскада коэффициент нестабильности S не должен превышать нескольких единиц.

Определяем емкость разделительного конденсатора С_р :

где R_вых.т - выходное сопротивление транзистора, определяемое по выходным статическим характеристикам. В большинстве случаев R_вых.т >> R_к , поэтому можно принять R_вых ≈ R_к + R_н .

Принимаем С_э = (10-30) мкФ.

Определяем коэффициент усиления каскада по напряжению

.

70

УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ

РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

Целью расчётно-графической работы является окончательная проверка усвоения студентами соответствующих разделов курса. Приступать к решению очередной задачи следует после изучения необходимого материала и решения достаточного количества задач из рекомендуемой литературы. При оформлении каждой задачи следует приводить исходную схему с принятыми буквенными обозначениями и числами заданных величин. Все рисунки, схемы и графики должны быть выполнены аккуратно в масштабе. Графики желательно чертить на миллиметровой бумаге с помощью чертежных инструментов. На осях координат должны быть указаны откладываемые величины и единицы их измерений. При оформлении работы нужно указать все необходимые расчетные формулы. Конечный результат должен быть выделен из общего текста. Решение задач не следует перегружать приведением всех алгебраических преобразований. Каждый этап решения должен иметь пояснение. Результаты вычислений рекомендуется записывать с точностью до третьей значащей цифры. Вывод формул и уравнений, имеющихся в литературе, приводить в тексте работы не следует. Нa титульном листе расчётно-графической работы должно быть указано наименование института и факультета, фамилия, инициалы и шифр студента. В конце работы необходимо привести список использованной литературы, поставить дату окончания работы и свою подпись.

Каждая из пяти задач имеет 50 вариантов. Вариант определяется двумя последними цифрами шифра (номера зачетной книжки). Если две последние цифры шифра более 50, то для определения номера варианта необходимо вычесть 50. Если предпоследняя цифра шифра нуль, то студент выполняет вариант, определяемый последней цифрой своего шифра.

Проверенная преподавателем расчётно-графическая работа подлежит защите в установленные деканатом сроки.

71

ЗАДАЧИ ДЛЯ РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

ЗАДАЧА 1

Для электрической схемы, изображенной на рис. 1.1- 1.17, по заданным в таблице 1 параметрам и линейному напряжению определить фазные и линейные токи, ток в нейтральном проводе (для четырехпроводной схемы), активную мощность всей цепи и каждой фазы отдельно. Построить векторную диаграмму токов и напряжений на комплексной плоскости.

72

73

Вариант	Рисунок	Uл, В	RА, Ом	RB, Ом	RC, Ом	XA, Ом	XB, Ом	XC, Ом	RAB, Ом	RBC, Ом	RCA, Ом	XAB, Ом	XBC, Ом	XCA, Ом
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25	1.1 1.1 1.1 1.2 1.2 1.2 1.3 1.3 1.3 1.4 1.4 1.4 1.5 1.5 1.5 1.6 1.6 1.6 1.7 1.7 1.7 1.8 1.8 1.8 1.9 1.9	127 220 380 127 220 380 127 220 380 127 220 380 127 220 380 127 220 380 127 220 380 127 220 380 127 220	8 8 8 8 8 8 4 4 4 16,8 16,8 16,8 10 10 10 - - - - - - - - - - -	8 8 8 4 4 4 8 8 3 8 8 8 - - - - - - - - - - - - - -	8 8 8 6 6 6 6 6 6 8 8 8 - - - - - - - - - - - - - -	6 6 6 4 4 4 3 3 8 14,2 14,2 14,2 - - - - - - - - - - - - - -	6 6 6 3 3 3 4 4 4 6 6 6 10 10 10 - - - - - - - - - - -	6 6 6 8 8 8 8 9 8 4 4 4 10 10 10 - - - - - - - - - - -	- - - - - - - - - - - - - - - 8 8 8 8 8 8 4 4 4 16,8 16,8	- - - - - - - - - - - - - - - 8 8 8 4 4 4 8 8 8 8 8	- - - - - - - - - - - - - - - 8 8 8 6 6 6 6 6 6 3 3	- - - - - - - - - - - - - - - 6 6 6 4 4 4 3 3 3 14,2 14,2	- - - - - - - - - - - - - - - 6 6 6 3 3 3 4 4 4 6 6	- - - - - - - - - - - - - - - 6 6 6 8 8 8 8 8 8 4 4

Таблица 1

Вариант	Рисунок	Uл, В	RА, Ом	RB, Ом	RC, Ом	XA, Ом	XB, Ом	XC, Ом	RAB, Ом	RBC, Ом	RCA, Ом	XAB, Ом	XBC, Ом	XCA, Ом
26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50	1.9 1.10 1.10 1.10 1.11 1.11 1.11 1.12 1.12 1.12 1.13 1.13 1.13 1.14 1.14 1.14 1.15 1.15 1.15 1.16 1.16 1.16 1.17 1.17 1.17	380 127 220 380 127 220 380 127 220 380 127 220 380 127 220 380 127 220 380 127 220 380 127 220 380	- - - - 10 10 10 15 15 15 - - - - - - - - - - - - - - -	- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 5 5	- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -	- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 5 5	- - - - 10 10 10 15 15 15 - - - - - - - - - - - - - - -	- - - - 10 10 10 15 15 15 - - - - - - - - - - - - 5 5 5	16,8 10 10 10 - - - - - - - - - 8 8 8 - - - 5 5 5 - - -	8 - - - - - - - - - 3 3 3 4 4 4 5 5 5 - - - - - -	8 - - - - - - - - - 8 8 8 8 8 8 6 6 6 6 6 6 - - -	14,2 - - - - - - - - - 4 4 4 - - - 5 5 5 10 10 10 - - -	6 10 10 10 - - - - - - 6 6 6 6 6 6 8 8 3 8 8 8 - - -	4 10 10 10 - - - - - - 8 8 8 10 10 10 4 4 4 4 4 4 - - -

Продолжение таблицы 1

76

ЗАДАЧА 2

Вариант	Данные для расчета
	Группа соединений обмоток	Номинальн мощность Sном, кВА	Номинальное напряжение		Напряжение к.замыкания Uк,%	Мощность к.замыкания Рк, Вт	Мощность холостого хода Ро, Вт	Ток холостого хода I0 ,%
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23	Y/Y0 – 0 Y/ - 11 Y/Y0 – 0 Y/Y0 – 0 Y/Y0 – 0 Y/Y0 – 0 Y/ - 11 Y/Y0 – 0 Y/ - 11 Y/Y0 – 0 Y/Y0 – 0 Y/Y0 – 0 Y/ - 11 Y/ - 11 Y/Y0 – 0 Y/Y0 – 0 Y/Y0 – 0 Y/ - 11 Y/ - 11 Y/ - 11 Y/ - 11 Y/Y0 – 0 Y/Y0 – 0 Y/Y0 – 0	10 20 30 50 75 100 180 240 320 420 25 25 25 25 40 40 40 40 63 63 63 63 63 63	6300 6300 10000 10000 10000 10000 10000 10000 35000 10000 6000 10000 6000 10000 10000 6000 6000 10000 6000 6000 10000 10000 2000 20000	400 230 400 400 230 525 525 525 10500 525 230 230 400 400 230 230 400 400 230 400 230 400 400 230	5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 6,5 5,5 4,5 4,7 4,5 4,7 4,5 4,5 4,7 4,0 4,5 4,5 4,7 4,7 4,7 4,7	335 600 850 1325 1875 2400 4100 5100 6200 7000 600 690 600 690 880 880 1000 690 1280 1280 1470 1470 1470 1470	105 180 300 440 590 730 1200 1600 2300 2100 125 125 125 125 180 180 180 125 260 260 260 260 260 260	10,0 9,0 9,0 8,0 7,5 7,5 7,0 7,0 7,5 6,5 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,2 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8

Для трехфазного трансформатора, параметры которого приведены в таблице 2, определить коэффициент мощности холостого хода , сопротивления первичной и вторичной обмоток расчетные сопротивления угол магнитных потерь . Построить внешнюю характеристику и зависимость к. п. д. от нагрузки для . Начертить Т-образную схему замещения трансформатора.

Таблица 2

77

Вариант	Данные для расчета
	Группа соединений обмоток	Номинальн мощность Sном, кВА	Номинальное напряжение		Напряжение к.замыкания Uк,%	Мощность к.замыкания Рк, Вт	Мощность холостого хода Ро, Вт	Ток холостого хода I0 ,%
24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50	Y/Y0 – 0 Y/ - 11 Y/ - 11 Y/ - 11 Y/Y0 – 0 Y/ - 11 Y/Y0 – 0 Y/ - 11 Y/Y0 – 0 Y/ - 11 Y/ - 11 Y/Y0 – 0 Y/Y0 – 0 Y/ - 11 Y/ - 11 Y/ - 11 Y/Y0 – 0 Y/Y0 – 0 Y/Y0 – 0 Y/Y0 – 0 Y/Y0 – 0 Y/Y0 – 0 Y/Y0 – 0 Y/Y0 – 0 Y/Y0 – 0 Y/Y0 – 0 Y/Y0 – 0	63 100 100 100 100 100 100 100 100 160 160 160 160 160 250 250 250 250 400 400 400 400 400 400 400 630 630	2000 10000 10000 6000 6000 20000 20000 35000 35000 6000 6000 10000 10000 6000 6000 6000 10000 10000 3000 6000 6000 6300 10000 10000 10000 3000 6000	400 230 400 230 400 230 400 230 400 230 400 230 400 690 230 400 230 690 400 400 690 400 230 400 690 400 400	4,5 4,7 4,7 4,5 4,5 4,7 4,7 4,7 4,7 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,7 4,7 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 5,0 5,0	1280 2270 2270 1970 1970 2270 2270 2270 2270 2650 2650 3100 3100 2650 3700 6700 4200 4200 5500 5500 5500 5500 5500 5500 5500 7600 7600	260 365 365 365 365 465 465 465 465 540 540 540 540 540 780 780 780 780 1080 1080 1080 1080 1080 1080 1080 1680 1680	2,8 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,3 2,3 2,3 2,3 3,2 3,2 3,2 3,2 3,2 3,2 3,2 3,2 3,2

Продолжение таблицы 2

78

ЗАДАЧА 3

Варианты 0-25

Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения, номинальное напряжение которого U_н , при номинальной нагрузке потребляет ток I_н , а при холостом ходе – I₀ . Номинальная частота вращения n_н , сопротивление обмотки якоря R_я , сопротивление цепи возбуждения R_в (табл. 3). Магнитные и механические потери принять постоянными при всех режимах работы двигателя. Определить: номинальную мощность двигателя на валу Р_2н , номинальный вращающий момент М_н , номинальный к. п. д. .

Таблица 3

Вари- ант	Данные для расчета
	Uн, В	Iн, А	I0, A	Rя, Ом	Rв, Ом	nн, мин-1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25	220 220 115 110 220 110 220 110 220 220 110 110 220 110 220 220 110 110 220 220 110 110 220 220 220 220	15 53 100 267 16,3 7,8 19,8 35 32 34 9,5 20 15 8,2 20,5 40 10,5 18,6 16 32 28 25 60 50 102 151	1,6 5,3 9,5 5 1,78 0,7 2,0 3,2 2,8 3,0 0,9 1,8 1,5 0,8 2,35 4,2 1,2 2,0 1,8 3,5 3,2 2,6 6,8 5,7 9,5 15	1,2 0,212 0,11 0,04 1,16 0,8 1,5 0,6 0,94 0,45 1,9 0,7 0,82 1,4 0,74 0,52 1,2 0,9 0,6 0,62 0,55 0,58 0,40 0,40 0,12 0,07	180 33 50 27,5 75 210 150 60 120 110 200 80 200 220 258 190 160 120 270 200 80 90 130 150 110 75	1025 1225 1000 1100 1025 1240 960 1400 1600 1100 850 940 1350 1450 1025 1420 960 825 1600 1350 875 1110 935 1340 750 1000

79

ЗАДАЧА 3

Варианты 26-50

Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения, номинальное напряжение которого U_н, развивает номинальную мощность на валу Р_2н. Номинальная частота вращения якоря n_н и номинальный к. п. д. η_н. Потери мощности в цепи якоря ΔР_я и в цепи возбуждения ΔР_в заданы в процентах от потребляемой мощности двигателя Р_1н (таблица 4). Определить: ток в цепи возбуждения, ток якоря при номинальной нагрузке I_я.н., номинальный вращающий момент при пуске двигателя с пусковым реостатом.

Таблица 4

Вари- ант	Данные для расчета
	Uн , В	Р2н , кВт	ΔРя , %	ΔРв , %	nн , мин-1	ηн ,%
26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50	110 220 220 220 220 220 220 110 110 110 110 110 110 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 110	60 10 4,0 6,6 4,4 2,5 10,0 77 80 92 66 35 45 15 10 5,8 19 29 46,5 14,0 20,5 33,5 8,5 13,5 60	5,2 5,0 6,2 6,2 6,5 5,8 5,3 5,0 5,4 5,3 6,2 6,3 5,7 5,0 5,2 6,0 4,8 5,0 5,4 4,0 5,1 5,5 4,0 4,8 5,0	4,8 4,8 4,2 4,1 4,8 4,8 4,4 4,2 4,5 4,1 5,0 5,2 4,6 4,0 4,2 5,0 4,5 4,3 4,8 4,6 4,2 4,0 4,1 4,2 4,0	980 2250 1025 2400 2100 1000 2250 1050 1150 970 1050 2200 1500 1000 970 2200 980 2520 1025 2400 2100 1000 2250 1050 1150	86,5 86,0 82,2 85,5 84,5 85,0 83,0 85,5 85,8 86,5 85,5 84,5 85,0 84,5 85,5 84,0 86,5 86,0 82,2 84,0 85,5 84,5 85,5 85,0 84,5

80

ЗАДАЧА 4

Варианты 0-25.

Вари- ант	Данные для расчета
	Uн, В	Р2н, кВт	nн, мин-1	ηн, %	cos φн		r1, Ом	m1= =m2	p
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25	220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220	40 55 75 100 30 40 55 75 22 30 40 55 10 7,5 10 5,5 2,2 3,5 5,0 7,5 11 7,5 11 16 22 30,6	1140 1440 1450 1450 960 960 960 960 720 720 720 720 1420 960 960 710 875 910 940 945 953 720 720 710 710 720	90,0 90,5 90,5 90,5 89,0 89,0 89,0 90,5 87,5 87,5 87,5 90,0 85,0 84,0 85,0 82,0 64,0 70,5 74,5 78,5 82,5 77,5 81,0 82,5 84,5 86,0	0,84 0,84 0,85 0,85 0,84 0,85 0,86 0,86 0,79 0,79 0,81 0,81 0,82 0,82 0,83 0,72 0,72 0,73 0,68 0,69 0,71 0,69 0,70 0,74 0,67 0,71	2,0 2,0 2,0 2,0 1,8 1,8 1,8 1,8 1,7 1,7 1,7 1,7 2,0 1,8 1,8 1,7 2,3 2,5 2,9 2,8 3,1 2,6 2,9 3,0 3,0 3,0	0,072 0,039 0,032 0,021 0,092 0,060 0,059 0,035 0,157 0,093 0,086 0,051 0,270 0,495 0,340 0,645 0,750 0,740 0,685 0,490 0,325 0,450 0,475 0,355 0,180 0,095	3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3	2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 2 3 3 4 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором, обмотки статора и ротора которого соединены звездой, включен в сеть под номинальное напряжение U_н с частотой f = 50 Гц. Определить: номинальный ток статора I_1н, номинальный М_н и максимальный М_м моменты, сопротивления r₂^/, x_к , r₁₀ , x₁₀ в Г-образной схеме замещения (см. рис. 13), приведенный ток ротора I₂^/ , ток в статоре в режиме холостого хода I₁₀ и коэффициент мощности cos φ₁₀. Данные для

расчета приведены в таблице 5.

Таблица 5

81

ЗАДАЧА 4

варианты 26-50

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, номинальная мощность которого Р_2н , включен в сеть под номинальное напряжение U_н с частотой f = 50 Гц. Определить: номинальный I_н и пусковой I_п токи, номинальный М_н , пусковой М_п и максимальный М_м моменты, полные потери в двигателе при номинальной нагрузке ΔР_н . Как изменится пусковой момент двигателя при снижении напряжения на его зажимах на 15% и возможен ли пуск двигателя при этих условиях с номинальной нагрузкой, учитывая, что

М ≡ U²? Данные для расчета приведены в таблице 6.

Таблица 6

Вари- ант	Данные для расчета
	Uн, В	Р2н, кВт	Sн, %	ηн	cos φн				p
26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50	220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 380 380 380 380 380 380 380 380	0,8 1,1 1,5 2,2 3,0 4,0 5,5 7,5 10 13 17 22 30 40 55 75 100 10 13 17 22 30 40 55 75	3,0 3,0 4,0 4,5 3,5 2,0 3,0 3,5 4,0 3,5 3,5 3,5 3,0 3,0 3,0 3,0 2,5 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0	0,78 0,795 0,805 0,83 0,845 0,855 0,86 0,87 0,88 0,88 0,88 0,88 0,89 0,89 0,90 0,90 0,915 0,885 0,885 0,89 0,90 0,91 0,925 0,925 0,925	0,86 0,87 0,88 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,89 0,90 0,90 0,90 0,91 0,92 0,92 0,92 0,87 0,89 0,89 0,90 0,91 0,92 0,92 0,92	2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0	1,9 1,9 1,8 1,8 1,7 1,7 1,7 1,6 1,5 1,5 1,2 1,1 1,1 1,0 1,0 1,0 1,0 1,4 1,3 1,3 1,2 1,2 1,1 1,1 1,1	7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0	1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2

82

ЗАДАЧА 5

Для заданного в таблице 7 режима нагрузки производственного механизма построить нагрузочную диаграмму Р = f(t) и выбрать по каталогу мощность трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Проверить выбранный двигатель по перегрузочной способности.

Таблица 7

Вари- ант	Данные для расчета
	t, с					Р, кВт
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34	20 18 60 30 50 15 10 7 1 1,5 20 18 60 30 50 15 10 7 1 1 20 18 60 30 50 15 20 7 1 1 30 10 20 50 20	10 30 100 15 20 25 75 3 1,5 4 10 30 100 15 20 25 75 3 1,5 4 10 30 100 15 20 25 75 3 1,5 4 45 15 10 10 10	50 10 10 60 40 20 60 15 2,5 2,5 50 10 10 60 40 10 60 15 2,5 2,5 50 10 10 60 40 10 60 15 2,5 2,5 30 20 10 15 15	20 20 45 60 50 35 50 4 1,5 3,5 10 20 45 60 50 35 50 4 1,5 3,5 10 20 45 60 50 35 50 4 1,5 3,5 15 40 20 20 15	15 23,5 30 10 45 30 10 12 1,5 3 15 23,5 3 10 45 30 10 20 1,5 3 15 23,5 30 10 45 30 10 2 1,5 3 20 40 30 35 20	25 8 8 25 0 15 30 6 8 20 20 8 8 6 30 8 15 0 10 8 8 20 26 30 15 0 30 25 8 0 8 20 8 8 30	10 5 4 10 4 4 5 20 6 10 10 6 4 20 5 6 4 4 10 4 6 10 20 5 4 4 5 10 5 4 5 10 5 4 5	0 0 15 0 8 30 0 3 0 6 6 0 15 3 0 0 30 8 0 15 0 6 13 0 30 8 0 0 0 8 0 6 0 15 0	13,5 25 10 18 0 15 15 15 4 8 8 4 10 15 15 4 15 0 18 10 4 8 15 15 15 0 15 13,5 25 0 25 8 25 10 15	8 10 25 30 5 10 25 30 3,5 8 8 3,5 25 30 25 3,5 10 5 30 25 3,5 8 30 25 10 5 25 8 10 50 10 8 10 25 25

83

Продолжение таблицы 7

Вари- ант	Данные для расчета
	t, с					Р, кВт
35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50	15 20 10 25 10 40 20 8 16 15 20 10 15 40 20 35	20 15 20 5 45 30 15 8 5 15 35 25 30 30 15 35	20 15 20 50 50 30 15 10 3 20 35 10 35 30 15 20	30 25 15 5 60 15 10 10 2 25 25 15 40 20 10 15	30 25 15 10 60 10 5 12 12 15 25 20 40 15 5 10	20 8 8 30 0 25 8 8 15 20 30 6 8 20 0 15	10 6 6 5 4 10 6 4 10 10 0 0 6 10 4 4	6 0 10 0 8 0 0 15 0 6 25 0 0 6 8 30	8 4 6 15 0 18 6 10 10 8 25 6 4 8 0 15	8 3,5 5 25 5 30 5 25 8 8 10 5 3,5 8 5 10

84