Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Электротехника и основы электроники» (стр. 15 )

Симметричная нагрузка трехфазной цепи возникает при подключении к сети трехфазных приемников.

 

Рис. 5 Симметричная нагрузка

при соединении звездой

Рис. 6 Симметричная нагрузка при соединении треугольником

Фазные и линейные напряжения

Фазным напряжением называют напряжение между началом и концом каждой фазы.

Линейным напряжением называют напряжение между началами 2-х фаз.

Соотношения между фазными и линейными напряжениями можно определить по 2-му закону Кирхгофа.

Токи в каждом из трех объединенных линейных проводов, т. е. линейные токи, равны разности соответствующих фазных токов (первый закон Кирхгофа для узлов приемника):

Мощности трехфазного приемника могут быть выражены так:

№1

P = 3Рф = 3Uф Iф соs φф ;  Q = 3Qф = 3Uф Iф sin φф ;

S = 3Sф = 3Uф Iф = √P2 + Q2 .

В качестве номинальных напряжений и токов трехфазных приемников указываются обычно линейные напряжения и токи. Учитывая это, мощности трехфазных приемников целесообразно также выражать через линейные напряжения и токи. Заменив в (№1) фазные напряжения и  ток получим

№ 2

Р = √3UлIл cos φф ;  Q = √3UлIл sin φф ;

S = √3Uл Iл.

Полупроводниковые приборы

Полупроводниковым диодом называется полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом, имеющим 2 вывода.

По своему назначению полупроводниковые диоды подразделяются на следующие основные типы: выпрямительные, стабилитроны (опорные диоды), быстро восстанавливающиеся (частотные), фото - и светодиоды, варикапы, магнитодиоды, туннельные и тензодиоды.

Полупроводниковый диод имеет в левой части электронную проводимость, а в правой – дырочную. Так как концентрация электронов в n-области больше, чем в р-области, электроны стремятся перейти в р-область. По этой же причине «дырки» стремятся перейти в n-область. При этом происходит перенос электрических зарядов, вследствие чего «дырочная область» заряжается.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) диода имеет вид сплошной линии изображенной на рисунке 7, и определяется следующим выражением:

где Uд – напряжения на p-n - переходе; - температурный потенциал;

Рис. 7 Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода

При определенном значении напряжении Uобр начинается лавинообразный процесс нарастания тока Iобр, соответствующий электрическому пробою p-n- перехода (отрезок АВ на рисунке). Если в этот момент ток не ограничить, то электрический пробой переходит в тепловой (участок ВАХ после точки В). Такая последовательность лавинообразного процесса нарастания тока Iобр характерна для кремневых диодов. Для германиевых диодов с увеличением обратного напряжения тепловой пробой p-n- перехода наступает практически одновременно с началом лавинообразного процесса нарастания тока Iобр. Электрический пробой обратим, т. е. после уменьшения напряжения Uобр работа диода соответствует пологому участку обратной ветви ВАХ. Тепловой пробой необратим, так как разрушает p-n- переход.

Транзистор - это полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и коммутации электрических сигналов и имеющий обычно 3 внешних вывода.

Принцип работы биполярного транзистора (смотреть рисунок 8) основан на использовании двух электронно-дырочных переходов. Один из них обычно включен в прямом направлении (эмиттерный переход), а второй в обратном (коллекторный переход). Эти два перехода разделены областью базы. Толщина этой области (т. е. расстояния между эмиттерным и коллекторным переходами) измеряется единицами или десятыми долями микрометра. Эмиттер «впрыскивает» (инжектирует) в базу неосновные носители тока, а коллектор «отделяет» их от основных. Так эмиттерный переход управляет током через коллекторный переход. В зависимости от последовательности чередования типа электропроводимости в слоях эмиттера, базы и коллектора различают транзисторы типа n-p-n и p-n-p, которые отличаются обратными знаками напряжений, подводимых к их электродам.

Рис. 8 Схема включения транзистора n-p-n перехода

Таблица 1

Схема включения	Графическое изображение схемы	Основные параметры
Общая база
Общий эмиттер
Общий коллектор

Входные и выходные ВАХ биполярного транзистора n-p-n - типа для схемы включения с общим эмиттером ( рисунок 9 а и б). На выходной характеристике транзистора можно выделить три области, отвечающие разным режимам работы транзистора: насыщения (заштрихованная область левее линии ОА); отсечка (заштрихованная область ниже линии ОВ) соответствующая закрытому состоянию транзистора, когда <0, <0; усиление (заштрихованная область между ОА и ОВ), соответствующая активному состоянию транзистора, когда >0, >0.

Рис. 9 Вольт-амперные характеристики транзистора n-p-n-типа, включенного по схеме с общим эмиттером: а - входные, б - выходные.

Выпрямительные устройства

Выпрямительное устройство предназначено для преобразования переменного тока в ток одного направления (выпрямленный ток).

Выпрямительное устройство включает в себя:

-  Трансформаторный блок;

-  Вентиль (полупроводниковый диод);

-  Сглаживающий фильтр;

-  Стабилизатор напряжения.

Известно что выпрямители разделяются на: однополупериодные и двухполупериодные.

Однополупериодный выпрямитель представляет собой один последовательно соединенный вентиль (полупроводниковый диод) и нагрузочный резистор Rн (смотреть рисунок 10).

Рис. 10 Схема электрическая однополупериодного выпрямителя

Двухполупериодный мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов, включенных по мостовой схеме (смотреть рисунок 11). При положительном полупериоде напряжения диоды Д2 и Д4 открыты и пропускают ток в нагрузку. Диоды Д1 и Д3 в этот момент закрыты. При наступления отрицательного полупериода напряжения диоды Д2 и Д4 закрываются, но открываются диоды Д1 и Д3, в результате чего ток продолжает протекать через нагрузку в том же направлении.

Основные параметры двухполупериодного выпрямителя:

По сравнению с однополупериодным выпрямителем двухполупериодный обеспечивает большее значения среднего выпрямленного напряжения на нагрузке, меньшую амплитуду пульсации.

Рис. 11 Схема электрическая двухполупериодного выпрямителя

Как было сказано выше в состав выпрямителя входит сглаживающий фильтр.

Он предназначен для подавления переменной составляющей выпрямленного напряжения между вентилем и нагрузкой устанавливают сглаживающие фильтры.

Основным параметром фильтра является коэффициент сглаживания Sф.

Он определяется отношением коэффициентов пульсации на его входе и выходе:

Простейшим сглаживающим фильтром является:

Индуктивный фильтр (смотреть рисунок 12) состоит из дросселя, который включается последовательно с нагрузкой Rн. Значительное индуктивное сопротивление существенно снижает переменную составляющую напряжения, практически не изменяя постоянной, так как активное сопротивление R дросселя невелико. Находят применение в мощных низкоомных цепях.