Электротехника и электроника (стр. 17 из 19)
Рисунок 8.11 – Схема включения обмотки возбуждения машин постоянного тока
У машин с последовательным возбуждением ток якоря Iя равен току обмотки возбуждения (рисунок 8.11,в), поэтому она выполняется проводом большого сечения. Значение тока якоря в обмотке последовательного возбуждения велико, так что для получения необходимой МДС (Iяwпос) обмотка может иметь малое число витков wпос. Следовательно, сопротивление rв обмотки последовательного возбуждения относительно мало. Для этих машин характерны изменения в широких пределах главного магнитного потока при изменениях нагрузки машины вследствие изменений тока якоря, т.е. и тока возбуждения.В машинах со смешанных возбуждением на каждом полюсном сердечнике расположены две обмотки (рисунок 8.11,г). Одна из этих обмоток с числом витков wпар подключена параллельно якорю, вторая обмотка с числом витков wпос – последовательно.
В зависимости от преобладания МДС, созданных последовательной или параллельной обмоткой возбуждения, машина по своим характеристикам может быть машиной последовательного или с небольшой параллельной обмоткой возбуждения или машиной параллельного возбуждения с небольшой последовательной обмоткой возбуждения. В большинстве машин смешанного возбуждения применяется согласное соединение, т.е. МДС двух обмоток складываются. Встречное соединение, при котором МДС обмоток имеют противоположное направление, применяется в немногих специальных случаях.
9 Основы промышленной электроники
9.1 Общие сведения
Промышленная электроника – наука о применении электронных приборов и устройств в промышленности.
В промышленной электронике можно выделить три области:
- информационную электронику (ИЭ); - энергетическую электронику (ЭЭ); - электронную технологию (ЭТ).
Информационная электроника является основой электронновычислительной, информационно-измерительной техники и автоматизации производства.
Энергетическая электроника является основой устройств и систем преобразования электрической энергии средней и большой мощностей. Сюда относятся выпрямители, инверторы, мощные преобразователи частоты и др.
Электронная технология включает в себя методы и устройства, используемые в технологических процессах, основанные на действии электрического тока и электромагнитных волн различной длины (высокочастотный нагрев и плавка, ультразвуковая резка и сварка и т.д.), электронных и ионных пучков (электронная плавка, сварка и т.д.).
Главные свойства электронных устройств (ЭУ):
- высокая чувствительность; - быстродействие;
- универсальность.
Чувствительность электронных устройств – это абсолютное значение входной величины, при котором электронное устройство начинает работать. Чувствительность современных электронных устройств составляет 10-17 А по току, 10-13 В по напряжению, 10-24 Вт по мощности /3/.
Быстродействие электронных устройств обусловливает их широкое применение в автоматическом регулировании, контроле и управлении быстропротекающими процессами, достигающими долей микросекунды.
Универсальность заключается в том, что в электронных устройствах используется электрическая энергия, которая сравнительно легко получается из различных видов энергии и легко преобразуется в другие виды энергии, что очень важно, т.к. в промышленности используются все виды энергии.
В настоящее время широкое применение в промышленной электронике находят полупроводниковые приборы, т.к. они имеют важные достоинства: - высокий КПД;
- долговечность;
- надежность;
- малые масса и габариты.
Одним из главных направлений развития полупроводниковой электроники в последние десятилетия являлись интегральная микроэлектроника.
В последние годы широкое применение получили полупроводниковые интегральные микросхемы (ИС).
Микросхема – микроминиатюрный функциональный узел электронной аппаратуры, в котором элементы и соединительные провода изготавливаются в едином технологическом цикле на поверхности или в объеме полупроводника и имеют общую герметическую оболочку.
В больших интегральных схемах (БИС) количество элементов (резисторов, диодов, конденсаторов, транзисторов и т.д.) достигает нескольких сотен тысяч, а их минимальные размеры составляют 2…3 мкм. Быстродействие БИС привело к созданию микропроцессоров и микрокомпьютеров.
В последнее время широкое развитие получил новый раздел науки и техники – оптоэлектроника. Физическую основу оптоэлектроники составляют процессы преобразования электрических сигналов в оптические и обратно, а также процессы распространения излучения в различных средах.
Оптоэлектроника открывает реальные пути преодоления противоречия между интегральной полупроводниковой электроникой и традиционными электрорадиокомпонентами (резисторы переменные, кабели, разъемы, ЭЛТ, лампы накаливания и т.д.).
Преимуществом оптоэлектроники являются неисчерпаемые возможности повышения рабочих частот и использование принципа параллельной обработки информации.
9.2 Полупроводниковые диоды
Полупроводниковый диод (ПД) – прибор с одним pn переходом и двумя выводами.Он хорошо пропускает ток одного направления и плохо пропускает ток противоположного направления.
Эти токи и соответствующие им напряжения между выводами полупроводникового диода называются прямыми Iпр и обратными Iобр токами, прямыми Uпр и обратными Uобр напряжениями.
На рисунке 9.1 приведено условное изображение полупроводникового диода в схемах электрических цепей и его идеализированная вольтамперная характеристика (ВАХ).
Прямой ток Iпр в ПД направлен от одного вывода (анода) к другому (катоду).
Анализ ВАХ ПД позволяет сделать вывод, что ПД – нелинейный элемент и сопротивление его зависит от величины и направления тока.
Так прямое сопротивление ПД составляет обычно не выше нескольких десятков Ом, а обратное сопротивление не ниже нескольких сотен кОм.
Вольтамперная характеристика ПД имеет ярко выраженные три участка, которые называются прямой (I), обратной (II) ветвями и ветвью стабилизации (III).
Полупроводниковые диоды, у которых рабочим участком является участок стабилизации III, называются стабилитронами. Они имеют значительное обратное сопротивление и применяются в схемах стабилизации напряжения.
Рисунок 9.1 – Вольтамперная характеристика ПД и его условное обозначение
9.3 Выпрямители на полупроводниковых диодах
Наиболее часто источники постоянного напряжения получают путем преобразования синусоидального (переменного) напряжения в постоянное напряжение.
Устройства, осуществляющие такое преобразование, называются выпрямителями.
В большинстве случаев для выпрямления переменного напряжения применяются выпрямители на ПД, поскольку они хорошо проводят ток в прямом направлении и плохо в обратном.
Простейшая схема выпрямителя показана на рисунке 9.2,а.
В ней последовательно соединены источник переменной ЭДС (е ), диод Д и нагрузочный резистор Rн. Эта схема называется однополупериодной. Часто ее называют однофазной однотактной, т.к. источник переменной ЭДС является однофазным и ток проходит через него в одном направлении один раз за период (один такт за период).
В качестве источника синусоидальной ЭДС обычно служит силовой трансформатор, включенный в электрическую сеть (рис.9.2,б).
Д Д
Рисунок 9.2 – Схемы выпрямителей на ПД
Графики на рисунке 9.3 иллюстрируют процессы в выпрямителе. ЭДС генератора изображена синусоидой с амплитудой Еm (рис.9.3,а).
uРисунок 9.3 – Графики напряжений выпрямителя, поясняющие его работу
В течение положительного полупериода ЭДС e напряжение для диода является прямым, сопротивление его мало, и проходит ток i , создающий на резисторе Rн падение напряжения uR
вых.В течение следующего полупериода напряжение является обратным, тока практически нет из-за большого сопротивления диода
( RД
Rн) и uR 
0.Таким образом, через диод Д , нагрузочный резистор Rн и генератор проходит пульсирующий ток в виде импульсов, длящихся полпериода и разделенных промежутками также в полпериода. Этот ток называют выпрямленным током. Он создает на резисторе Rн пульсирующее выпрямленное напряжение, полярность которого: со стороны катода получается плюс, а со стороны анода – минус.