ээ ответы. 31. Постоянные (цена деления) электроизмерительных приборов. Чувствительнось

• Название: 31. Постоянные (цена деления) электроизмерительных приборов. Чувствительнось
• Дата: 07.03.2023
• Размер: 0.53 Mb.
• Имя файла: ээ ответы.docx
• Тип: Документы; #973209
• страница: 3 из 6

42.Автотрансформаторы. Измерительные трансформаторы.

Измерительный трансформатор— электрический трансформатор для контроля напряжения, тока или фазы сигнала первичной цепи. Измерительный трансформатор рассчитывается таким образом чтобы оказывать минимальное влияние на измеряемую (первичную) цепь; минимизировать искажения пропорции и фазы измеряемого сигнала в измерительной (вторичной) цепи.

По виду измеряемого значения:

-трансформаторы напряжения;

-трансформаторы тока (переменного);

-трансформаторы постоянного тока.

По количеству коэффициентов трансформации:

-однодиапазонные;

-многодиапазонные.

По способу установки:

-внутренней установки;

-наружной установки;

-встроенные;

-накладные;

-переносные.

По материалу диэлектрика:

-масляные;

-газонаполненные;

-сухие.

Автотрансформа́тор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только магнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения.

Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. В промышленных сетях, где наличие заземления нулевого провода обязательно, этот фактор роли не играет, зато существенным является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.

Назначение, устройство и принцип действия автотрансформаторов

В некоторых случаях бывает необходимо изменять напряжение в небольших пределах. Это проще всего сделать не двухобмоточными трансформаторами, а однообмоточными, называемыми автотрансформаторами. Если коэфициент трансформации мало отличается от единицы, то разница между величиной токов в первичной и во вторичной обмотках будет невелика. Что же произойдет, если объединить обе обмотки? Получится схема автотрансформатора (рис. 1).

Автотрансформаторы относят к трансформаторам специального назначения. Автотрансформаторы отличаются от трансформаторов тем, что у них обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения, т. е. цепи этих обмоток имеют не только магнитную, но и гальваническую связь.




В зависимости от включения обмоток автотрансформатора можно получить повышение или понижение напряжения.

Если присоединить источник переменного напряжения к точкам А и Х, то в сердечнике возникнет переменный магнитный поток. В каждом из витков обмотки будет индуктироваться ЭДС одной и той же величины. Очевидно, между точками а и Х возникнет ЭДС, равная ЭДС одного витка, умноженной на число витков, заключенных между точками а и Х.

Если присоединить к обмотке в точках a и Х какую-нибудь нагрузку, то вторичный ток I2 будет проходить по части обмотки и именно между точками a и Х. Но так как по этим же виткам проходит и первичный ток I1, то оба тока геометрически сложатся, и по участку aХ будет протекать очень небольшой по величине ток, определяемый разностью этих токов. Это позволяет часть обмотки сделать из провода малого сечения, чтобы сэкономить медь. Если принять во внимание, что этот участок составляет большую часть всех витков, то и экономия меди получается весьма ощутимой.

Таким образом, автотрансформаторы целесообразно использовать для незначительного понижения или повышения напряжения, когда в части обмотки, являющейся общей для обеих цепей автотрансформатора, устанавливается уменьшенный ток что позволяет выполнить ее более тонким проводом и сэкономить цветной металл. Одновременно с этим уменьшается расход стали на изготовление магнитопровода, сечение которого получается меньше, чем у трансформатора.

В электромагнитных преобразователях энергии - трансформаторах - передача энергии из одной обмотки в другую осуществляется магнитным полем, энергия которого сосредоточена в магнитопроводе. В автотрансформаторах передача энергии осуществляется как магнитным полем, так и за счет электрической связи между первичной и вторичной обмотками.

Автотрансформаторы успешно конкурируют с двухобмоточными трансформаторами, когда их коэффициент трансформации - мало отличается от единицы и но более 1,5 - 2. При коэффициенте трансформации свыше 3 автотрансформаторы себя не оправдывают.

В конструктивном отношении автотрансформаторы практически не отличаются от трансформаторов. На стержнях магнитопровода располагаются две обмотки. Выводы берутся от двух обмоток и общей точки. Большинство деталей автотрансформатора в конструктивном отношении не отличаются от деталей трансформатора.

43.Краткие сведения о различных газоразрядных приборах

Газоразрядными (ионными) называют электровакуумные приборы с электрическим разрядом в газе или парах. Как правило, газ в таких приборах находится под пониженным давлением. Электрический разряд в газе — это совокупность явлений, сопровождающих прохождение электрического тока через газ (или пар)

Для счета импульсов предназначены приборы тлеющего разряда декатроны с большим числом катодов, расположенных по окружности. Приходящие импульсы переводят разряд с одного катода на следующий. По свечению одного из десяти индикаторных катодов определяется число импульсов. Каскадное включение нескольких декатронов позволяет отсчитывать не только единицы импульсов, но также десятки, сотни, тысячи и т. д. Это достигается тем, что при разряде около десятого катода декатрона, считающего единицы импульсов, передается импульс на следующий декатрон, считающий десятки импульсов, и возникает свечение на первом катоде, и т. д. В настоящее время счетные устройства с цифровыми индикаторами вытеснили декатроны.

Среди приборов дугового разряда следует отметить газотроны, представляющие собой мощные диоды с термоэлектронным катодом, наполненные инертным газом или парами ртути. Они предназначены для выпрямления высоких напряжений и больших токов, причем падение напряжения на самих газотронах всего лишь 10—30 В. В качестве мощных выпрямителей служат также ртутные вентили и экситроны с одним или несколькими анодами, имеющие жидкий ртутный катод с электростатической эмиссией. Более совершенные ртутные вентили — игнитроны имеют также ртутный катод и дополнительный пусковой электрод, облегчающий возникновение дугового разряда.

Широко применялись для выпрямления, в схемах автоматики и во многих других устройствах тиратроны дугового разряда. Это газонаполненные триоды с термоэлектронным катодом. У них, так же как и у тиратронов тлеющего разряда, сетка теряет свое управляющее действие после возникновения дугового разряда, т. е. она может только удерживать тиратрон в запертом состоянии и отпирать его. В некоторых тиратронах имеется еще экранирующая сетка. Изменяя напряжение на ней, можно изменять напряжение возникновения разряда. На тиратронах дугового разряда работают управляемые выпрямители, в которых выпрямленное напряжение регулируется изменением напряжения управляющих сеток тиратронов. Расход мощности на процесс управления в цепях этих сеток очень небольшой, и за счет этого получается высокий КПД. Специальные импульсные тиратроны дугового разряда служат для получения кратковременных импульсов большой мощности.

Одна из разновидностей тиратронов дугового разряда — таситроны, в которых благодаря особой конструкции сетка управляет не только возникновением, но и прекращением разряда. Оригинальным прибором является аркатрон, представляющий собой тиратрон дугового разряда, в котором катод нагревается не током, а за счет ионной бомбардировки.

Все эти газоразрядные приборы весьма инерционны и поэтому непригодны для высоких частот, так как процесс рекомбинации после выключения (запирания) прибора требует значительного времени. Приборы с инертными газами могут работать на частотах в десятки килогерц, а приборы с ртутными парами — на гораздо более низких частотах.

44.Асинхронные электрические машины. Принцип действия асинхронного двигателя.

Асинхронная машина — это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора.

В ряде стран к асинхронным машинам причисляют также коллекторные машины. Второе название асинхронных машин — индукционные вследствие того, что ток в обмотке ротора индуцируется вращающимся полем статора. Асинхронные машины сегодня составляют большую часть электрических машин. В основном они применяются в качестве электродвигателей и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую.

Достоинства:Лёгкость в изготовлении.Отсутствие механического контакта со статической частью машины.

Недостатки:Небольшой пусковой момент.Значительный пусковой ток.

Асинхронная машина имеет статор и ротор, разделённые воздушным зазором. Её активными частями являются обмотки и магнитопровод (сердечник); все остальные части — конструктивные, обеспечивающие необходимую прочность, жёсткость, охлаждение, возможность вращения и т. п.

Обмотка статора представляет собой трёхфазную (в общем случае — многофазную) обмотку, проводники которой равномерно распределены по окружности статора и пофазно уложены в пазах с угловым расстоянием 120 эл.град. Фазы обмотки статора соединяют по стандартным схемам «треугольник» или «звезда» и подключают к сети трёхфазного тока. Магнитопровод статора перемагничивается в процессе изменения тока в обмотке статора, поэтому его набирают из пластин электротехнической стали для обеспечения минимальных магнитных потерь. Основным методом сборки магнитопровода в пакет является шихтовка.

По конструкции ротора асинхронные машины подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Оба типа имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь исполнением обмотки ротора. Магнитопровод ротора выполняется аналогично магнитопроводу статора — из пластин электротехнической стали.

Принцип действия

На обмотку статора подается напряжение, под действием которого по этим обмоткам протекает ток и создает вращающееся магнитное поле. Магнитное поле воздействует на обмотку ротора и по закону электромагнитной индукции наводит в них ЭДС. В обмотке ротора под действием наводимой ЭДС возникает ток. Ток в обмотке ротора создаёт собственное магнитное поле, которое вступает во взаимодействие с вращающимся магнитным полем статора. В результате на каждый зубец магнитопровода ротора действует сила, которая, складываясь по окружности, создает вращающий электромагнитный момент, заставляющий ротор вращаться.

Наибольшее распространение среди электрических двигателей Получил трехфазный асинхронный двигатель, впервые сконструированный известным русским электриком М. О. Доливо-Добровольским.

Асинхронный двигатель отличается простотой конструкции Щ несложностью обслуживания. Как и любая машина переменного тока асинхронный двигатель состоит из двух основных частей; статора и ротора. Статором называется неподвижная часть машины, ротором — ее вращающаяся часть. Асинхронная машина обладает свойством обратимости, т. е. может быть использована как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Из-за ряда существенных недостатков асинхронные генераторы практически почти не применяются, тогда как асинхронные двигатели, как это было отмечено выше, получили очень широкое распространение.

Поэтому мы будем рассматривать работу асинхронной машины в режиме двигателя, т. е. процесс преобразования электрической энергии в энергию механическую.

Многофазная обмотка переменного тока создает вращающееся магнитное поле, скорость вращения которого в минуту

Если ротор вращается со скоростью п2, равной скорости вращения магнитного поля (n2=n1), то такая скорость называется синхронной.

Если ротор вращается со скоростью, не равной скорости вращения магнитного поля { n2n1), то такая скорость называется асинхронной.

В асинхронном двигателе рабочий процесс может протекать только при асинхронной скорости, т. е. при скорости вращения ротора, не равной скорости вращения магнитного поля.

Скорость ротора может очень мало отличаться от скорости юля, но при работе двигателя она будет всегда меньше (n2
Работа асинхронного двигателя основана на явлении, названии диск Араго-Ленца (рис. 108). Это явление заключается в следующем: если перед полюсами постоянного магнита поместить медный диск 1, свободно сидящий на оси 2, и начать вращать магнит круг его оси при помощи рукоятки, то медный диск будет вращаться в том же направлении. Это объясняется тем, что при вращении магнита магнитные линии его поля, замыкаясь от северного полюса с южному, пронизывают диск и индуктируют в нем вихревые токи, 3 результате взаимодействия вихревых токов с магнитным полем магнита возникает сила, приводящая диск во вращение. На основании закона Ленца направление всякого индуктированного тока таково, что он противодействует причине, его вызвавшей. Поэтому вихревые токи в теле диска стремятся задержать вращение магнита, но, не имея возможности сделать это, приводят диск во вращение так, что он следует за магнитом. При этом скорость вращения диска всегда меньше, чем скорость вращения магнита. Если бы эти скорости почему-либо стали одинаковыми, то магнитные лиши не пересекали бы диска и, следовательно, в нем не возникали 5ы вихревые токи, т. е. не было бы силы, под действием которой диск вращается.

В асинхронных двигателях постоянный магнит заменен вращаюйся магнитным полем, создаваемым трехфазной обмоткой статора при включении ее в сеть переменного тока.

В ращающееся магнитное поле статора пересекает проводники обмотки ротора и индуктирует в них э.д. с. Если обмотка ротора замкнута на какое-либо сопротивление или накоротко, то по ней

под действием индуктируемой э. д. с. протекает ток. В результате полем обмотки статора создается вращающий момент, под действием которого ротор начинает вращаться.

Например, выделим часть окружности ротора, на которой находится один проводник его обмотки. Поле статора представим северным полюсом N, который вращается в пространстве и вокруг ротора по часовой стрелке с числом оборотов N в минуту. Следовательно, полюс N перемещается относительно проводника обмотки ротора слева направо, в результате чего в этом проводнике индуктируется э.д. с, которая согласно правилу правой руки направлена на зрителя (знак «точка»). Если обмотка ротора замкнута, то под действием э. д. с. по этой обмотке течет ток, направленный в выбранном нами проводнике также на зрителя.

В результате взаимодействия тока в проводнике обмотки ротора с магнитным полем возникает сила F, которая перемещает проводник в направлении, определяемом по правилу левой руки, т. е. слева направо. Вместе с проводником начинает перемещаться и ротор.

Если силу F, действующую на проводник обмотки ротора, умножить на расстояние этого проводника от оси ротора (плечо приложения силы), то получим вращающий момент, развиваемый током данного проводника. Так как на роторе помещено большое количество проводников, то сумма произведений сил, действующих на каждый из проводников, на расстояния этих проводников от оси ротора определяет вращающий момент, развиваемый двигателем. Под действием вращающего момента ротор приходит во вращение по направлению вращения магнитного поля. Следовательно, для реверсирования двигателя, т. е. для изменения направления вращения ротора, необходимо изменить направление вращения магнитного поля, созданного обмоткой статора. Это достигается изменением чередования фаз обмоток статора; для чего следует поменять местами по отношению к зажимам сети любые два из трех проводов, соединяющих обмотку статора с сетью. Реверсивные двигатели снабжаются переключателями, при помощи которых можно изменять чередование фаз обмоток статора, а следовательно, и направление вращения ротора.

Вне зависимости от направления вращения ротора его скорость n2, как уже указывалось, всегда меньше скорости магнитного поля статора.

Если предположить, что в какой-то момент времени число оборотов ротора оказалось равным числу оборотов поля статора, то проводники обмотки ротора не будут пересекаться магнитными линиями поля статора и тока в роторе не будет. В этом случае вращающий момент станет равным нулю, скорость вращения ротора уменьшится по сравнению со скоростью вращения поля статора, пока не воз никнет вращающий момент, уравновешивающий тормозной момент который складывается из момент; нагрузки на валу и момента сил трения в машине.

45.Фотоэлементы. Электровакуумные фотоэлементы

фотоэлеме́нт

прибор, в котором под действием падающего на него света возникает электродвижущая сила (фотоЭДС) или электрический ток (фототок). Различают фотоэлементы электровакуумные и полупроводниковые. Используют их в автоматической контрольной и измерительной аппаратуре. Фотоэлемент, действие которого основано на фотоэлектронной эмиссии (внешнем фотоэффекте), представляет собой электровакуумный прибор с двумя электродами – фотокатодом и анодом, помещёнными в вакуумированный или наполненный газом стеклянный баллон. Фотокатодом служит фоточувствительный слой, нанесённый на участок стеклянной оболочки баллона либо на поверхность металлической пластинки внутри баллона. Анод выполняется в виде металлического кольца или сетки. Световой поток, падающий на фотокатод, вызывает фотоэлектронную эмиссию с поверхности катода. При замыкании электрической цепи фотоэлемента в ней протекает фототок, пропорциональный световому потоку. Первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, создал А. Г. Столетов в 1887 г. Фотоэлемент, действие которого основано на внутреннем фотоэффекте, представляет собой полупроводниковый прибор с выпрямляющим полупроводниковым переходом. При замыкании внешней электрической цепи полупроводникового фотоэлемента через нагрузку начинает протекать электрический ток, пропорциональный световому потоку. Фотоэлементы служат приёмниками оптического излучения, в т. ч. видимого света. Полупроводниковые фотоэлементы используют также для прямого преобразования солнечного излучения в электрическую энергию – в солнечных батареях (напр., на космических станциях), в фотоэлектрических генераторах.

Электровакуумный (электронный или ионный) фотоэлемент представляет собой диод, у которого на внутреннюю поверхность стеклянного баллона нанесен фотокатод в виде тонкого слоя вещества, эмитирующего фотоэлектроны. Анодом обычно является металлическое кольцо, не мешающее попаданию света на фотокатод. В электронных фотоэлементах создан высокий вакуум, а в ионных находится инертный газ, например аргон, под давлением в несколько сотен паскалей (несколько миллиметров ртутного столба). Катоды обычно применяются сурьмяноцезиевые или серебряно-кислородно-цезиевые.

Свойства и особенности фотоэлементов отображаются их характеристиками. Анодные (вольт-амперные) характеристики электронного фотоэлемента Iф = f(uа) при Ф = const, изображенные на рис. 22.2, а, показывают резко выраженный режим насыщения. У ионных фотоэлементов (рис. 22.2,б) такие характеристики сначала идут почти так же, как у электронных фотоэлементов, но при дальнейшем увеличении анодного напряжения вследствие ионизации газа ток значительно возрастает, что оценивается коэффициентом газового усиления, который может быть равным от 5 до 12. Энергетические характеристики электронного и ионного фотоэлемента, дающие зависимость Iф = f(Ф) при Ua = const, показаны на рис. 22.3. Частотные характеристики чувствительности дают зависимость чувствительности от частоты модуляции светового потока. Из рис. 22.4 видно, что электронные фотоэлементы (линия 1) малоинерционны. Они могут работать на частотах в сотни мегагерц, а ионные фотоэлементы (кривая 2) проявляют значительную инерционность, и чувствительность их снижается уже на частотах в единицы килогерц.



Р ис. 22.2. Анодные характеристики электронного (а) и ионного (б) фотоэлемента

Рис. 22.3. Энергетические характеристики электронного (1) и ионного (2) фотоэлемента


Рис. 22.4. Частотные характеристики электронного (1) и ионного (2) фотоэлемента

Фотоэлемент обычно включен последовательно с нагрузочным резистором RH (рис. 22.5). Так как фототоки очень малы, то сопротивление фотоэлемента постоянному току весьма велико и составляет единицы или даже десятки мегаом. Сопротивление нагрузочного резистора желательно также большое. С него снимается напряжение, получаемое от светового сигнала. Это напряжение подается на вход усилителя, входная емкость которого шунтирует резистор RH. Чем больше сопротивление RH и чем выше частота, тем сильнее это шунтирующее действие и тем меньше напряжение сигнала на резисторе RH.

Основные электрические параметры фотоэлементов - чувствительность, максимальное допустимое анодное напряжение и темновой ток. У электронных фотоэлементов чувствительность достигает десятков, а у ионных фотоэлементов — сотен мкА на люмен. Темновой ток представляет собой ток при отсутствии облучения. Он объясняется термоэлектронной эмиссией катода и токами утечки между электродами. При комнатной температуре ток термоэмиссии может достигать 10-10 А, а токи утечки — 10-7 А. В специальных конструкциях фотоэлементов удается значительно снизить токи утечки, а ток термоэмиссии можно уменьшить лишь охлаждением катода до очень низких температур. Наличие темнового тока ограничивает применение фотоэлементов для очень слабых световых сигналов.

Электровакуумные фотоэлементы нашли применение в различных устройствах автоматики, в аппаратуре звукового кино, в приборах для физических исследований. Но их недостатки — невозможность микроминиатюризации и довольно высокие анодные напряжения (десятки и сотни вольт) — привели к тому, что в настоящее время эти фотоэлементы во многих видах аппаратуры заменены полупроводниковыми приемниками излучения.