Наряду с синхронными электрическими машинами широко применяются так называемые асинхронные электрические машины. Наиболее распространенным в промышленности типом двигателя переменного тока является трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Статор такого двигателя ничем не отличается от статора синхронной машины. В пазах статора располагается трехфазная система катушек. На роторе двигателя закреплены довольно толстые алюминиевые стержни, на торцах ротора соединенные друг с другом кольцами. Эта конструкция называется беличьей клеткой (Рис. 28.6). Беличья клетка выполняет функцию замкнутой накоротко обмотки ротора.
Рис. 28.6
Когда к катушкам статора подключают трехфазную систему ЭДС, в статоре появляется вращающееся магнитное поле. В первый момент после возникновения вращающегося магнитного поля ротор двигателя неподвижен. При этом вращающееся магнитное поле пересекает проводники беличьей клетки и наводит в них ЭДС. Так как проводники замкнуты накоротко, в них начинают протекать токи. Эти токи создают свое собственное магнитное поле. Взаимодействие магнитных полей статора и ротора приводит к тому, что ротор начинает вращаться в сторону вращения магнитного поля статора.
Важно отметить, что токи в роторе появляются лишь тогда, когда проводники ротора движутся относительно магнитного поля статора. Поэтому скорость вращения ротора всегда меньше скорости вращения магнитного поля статора. Если бы эти скорости были равны, ротор был бы неподвижен относительно магнитного поля статора, а в проводниках ротора не наводились бы ЭДС, ротор не испытывал бы вращающего момента. Двигатель называют асинхронным, потому что его ротор вращается несинхронно с вращающимся полем статора.
В установившемся режиме частота вращения ротора составляет 95-98% от частоты вращения поля статора. Разницу в скоростях выражают в процентах и называют скольжением. При увеличении механической нагрузки на валу двигателя скорость ротора уменьшается, скольжение растет.
Кроме трехфазных асинхронных и синхронных двигателей и генераторов существует множество других типов электрических машин, например, коллекторные машины постоянного тока индукторные машины, однофазные и двухфазные асинхронные машины. Также к электрическим машинам относят трансформаторы, назначение которых состоит в преобразовании одних переменных напряжений в другие. В трансформаторах нет движущихся частей, но электромагнитные процессы в них во многом аналогичны процессам в асинхронных машинах.
Здесь были рассмотрены лишь некоторые основные принципы взаимного преобразования электрической и механической энергии в электрических машинах. Подробное же изучение электрических машин в задачи настоящего курса не входит.
29. ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
Электронные приборы служат для преобразования формы, величины, частоты электрического тока или напряжения. Кроме того, в некоторых видах электронных приборов происходит преобразование неэлектрических видов энергии в электрическую и наоборот (фотоэлементы, терморезисторы и т. д.). Работа электронных приборов основана на управлении концентрацией и движением заряженных частиц (электронов, ионов) в различных средах (вакууме, газах, полупроводниках). Именно поэтому в специальных вузовских курсах, посвященных электронике, чрезвычайно большое внимание уделяется изучению свойств заряженных частиц и сред. Не останавливаясь на этих вопросах, познакомимся с основными свойствами некоторых электронных приборов, рассматривая эти приборы как нелинейные резистивные элементы электрической цепи.
Полупроводниковый диод
На Рис. 29.1 а представлено условное изображение полупроводникового диода, на Рис. 29.1 б – его вольт-амперная характеристика. Диод имеет два вывода, и выводы эти неравнозначны. Вывод, обозначенный на схеме треугольником, называется анод. Вывод, обозначенный на схеме чертой, называется катод. Если напряжение, приложенное к диоду, и ток через него направлены от анода к катоду, включение диода называется прямым. Если напряжение и ток направлены от катода к аноду, включение диода называется обратным. Принято считать, что при прямом включении напряжение и ток на диоде положительны (Рис. 29.1 в).
а)
б)
в)
Рис. 29.1
Как видно из вольт-амперной характеристики, при прямом включении сопротивление диода очень мало, при обратном включении сопротивление диода чрезвычайно велико. Говорят, что диод пропускает ток только в одном направлении.
С помощью полупроводниковых диодов можно, например, осуществлять преобразование переменного тока в постоянный. Такую операцию называют выпрямлением переменного тока, а устройство, осуществляющее выпрямление, – выпрямителем.
Рассмотрим цепь, содержащую источник синусоидальной ЭДС, полупроводниковый диод и резистор нагрузки (Рис. 29.2 а).
а)
б)
в)
Рис. 29.2
Напряжение на входе схемы – это напряжение на зажимах источника ЭДС (Рис. 29.2 б). Когда напряжение на входе положительно, диод включен в прямом направлении (иначе говоря, диод открыт), сопротивление диода пренебрежимо мало, все входное напряжение приложено к резистору нагрузки, и ток в нагрузке равен:
. (29.1)
Когда напряжение на входе отрицательно, диод закрыт, сопротивление диода бесконечно велико, и ток в нагрузке отсутствует:
. (29.2)
Иными словами, ток в нагрузке пульсирует (Рис. 29.2 в):
. (29.3)
Если параллельно резистору нагрузки включить конденсатор достаточно большой емкости (Рис. 29.3 а), он в течение положительных полупериодов входного напряжения станет заряжаться от источника ЭДС, а в течение отрицательных полупериодов – разряжаться в нагрузку. В результате ток в нагрузке будет близок к постоянному (Рис. 29.3 б). Конденсатор выполняет функцию сглаживающего фильтра.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.