Устройство синхронной машины

Общие сведения

Синхронные машины

Синхронными машинами называют электрические машины перемен­ного тока, у которых частота вращения ротора находится в строго постоянном соотношении с частотой тока электрической сети.

Трехфазные синхронные генераторы являются основными источниками электрической энергии. Первичными двигателями для них являются паровые или гидравлические турбины. По этому признаку генераторы называют турбо­генераторами и гидрогенераторами. На автономных электростанциях синхрон­ные генераторы имеют небольшую мощность и приводятся во вращение ди­зельными двигателями, газовыми турбинами или от ветроколеса.

К преимуществам синхронных генераторов следует отнести:

– способность вырабатывать как активную, так и реактивную мощность (с возможностью ее регулирования);

– возможность регулирования выходного напряжения;

– возможность работы как с сетью, так и в автономном режимах без при­менения каких-либо сложных дополнительных устройств;

– высокий КПД.

Синхронные двигатели имеют постоянную частоту вращения и поэтому применяются там, где не требуется регулирование частоты или она должна быть постоянной. Мощность синхронных двигателей составляет десятки, сотни и тысячи киловатт на крупных металлургических заводах, в шахтах и других предприятиях. Имеются также синхронные микродвигатели мощностью от до­лей ватта до десятков ватт, используемых в схемах автоматики. Синхронная машина, работающая в режиме генератора или двигателя, может служить ис­точником реактивной мощности. Специально предназначенный для этих целей ненагруженный активной мощностью двигатель называется синхронным ком­пенсатором.

Слайд 15

Синхронная машина состоит из двух основных частей: неподвижного ста­тора, выполняющего функции якоря, и вращающегося ротора, служащего индуктором.

Статор, так же как у асинхронный машины, представляет собой полый ци­линдр, набранный из листов электротехнической стали со штампованными на внутренней поверхности пазами, в которые укладывается трехфазная обмотка.

Ротор представляет собой электромагнит, обмотка которого питается постоян­ным током через два изолированных контактных кольца, вращающихся вместе с ротором. Постоянный ток подводится к ротору через неподвижные щетки, скользящие по контактным кольцам.

Конструктивно различают два типа роторов: явнополюсный
(левый) и неявнополюсный (правый).

Явнополюсный ротор, имеющий выступающие по­люсы, применяют у машин с частотой вращения до 1000, 1500 об/мин. Неявнополюсный ротор, имеющий вид цилиндра, приме­няют при скоростях 1500 и 3000 об/мин.

Зависимость электромагнитного момента от угла рассогласования между осевыми линиями полюсов статора и ротора синхронной машины называется угловой характеристикой.

Угловая характеристика имеет вид синусоиды.

При M>0 направления действия электромагнитного момента и ротора – совпадают, машина работает в качестве двигателя.

При М<0 эти направления противоположны – машина работает в качестве генератора.

Основы промышленной электроники

Слайд 2

1. Полупроводниковые приборы

1.1 Электрический ток в полупроводниках

В полупроводниках электрический ток объясняется двумя причинами.

Во-первых, как и у металлов, в полупроводниках имеются свободные электроны, т.е. полупроводники обладают электронной проводимостью, или электропроводностью n-типа (негатив – отрицательный).

Во-вторых, полупроводники обладают «дырочной» электропроводностью. Кристаллическая решетка полупроводниковых материалов образуется атомами, имеющими общие (валентные) электроны.

При некоторых условиях один из электронов покидает свое место и становится свободным электроном. Освободившееся место называют «дыркой». «Дырка» может перемещаться от одного атома к другому, как и свободные электроны.

Подвижность носителей заряда определяет электропроводность материала, для электронов – это электропроводность n-типа, для «дырок» - электропроводность р-типа (позитив – положительный).

Для усиления n- или р- электропроводности полупроводники легируют, т.е. добавляют небольшое количество примеси.

Примеси, которые создают электронную n-проводимость называют донорными (5-ти валентная сурьма). Для создания дырочной р-проводимости в полупроводник добавляют акцепторную примесь (3-х валентный индий).

Таким образом, в одном полупроводнике удается создать две области с различным типом электропроводности (р- и n-типа). Между ними существует пограничная область, которую называют р-n-переходом.

Слайд 3

Рассмотрим принцип работы р-n-перехода:

1.p-n переход без подключения внешнего напряжения. В результате перераспределения зарядов на границе возникает двойной электрический слой (Диффузионный ток – электроны из n-области проникают в р-область, а дырки из р-области переходят в n-область).

Разноименные заряды создают потенциальный барьер. Однако, в противоположность диффузионному току, создается небольшой дрейфовый ток. Ф установившемся режиме:

IΣ = Iдиф + Iдрейф = 0

2. Приложим к р-n-переходу внешнее напряжение (к n-области (+) к p-области (-))

Такое подключение называется обратным, ширина двойного слоя увеличивается, потенциальный барьер возрастает.

Кроме того, увеличившийся двойной электрический слой обладает большим электрическим сопротивлением.

3. Приложим к р-n-переходу внешнее напряжение (к n-области (-) к p-области (+)). Получим прямое подключение источника. Потенциальный барьер уменьшается, сопротивление р-n-перехода уменьшается и прямой ток во много раз превышает ток обратного направления.

Слайд 4

Диодом называют полупроводниковый прибор с одним n - p -переходом и двумя внешними выводами. По назначению диоды делят на выпрямительные, высокочастотные, импульсные, стабилитроны и т.д. Их изготавливают на основе германия или кремния. Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока низкой частоты в постоянный ток. Вольтамперная характеристика (ВАХ) выпрямительного диода, его условное графическое изображение и буквенное обозначение даны на рис.

Слайд 5

Стабилитрон представляет собой кремниевый полупроводниковый диод, который нормально работает при электрическом пробое n - p -перехода. При этом напряжение на диоде незначительно зависит от протекающего тока. Электрический пробой не вызывает разрушения перехода, если ограничить ток до допустимой величины. Стабилитроны применяют для стабилизации постоянного напряжения. ВАХ стабилитрона и его условное графическое обозначение приведены на рис.1.3.

Слайд 6

Тиристором называют полупроводниковый прибор с тремя или более n - p -переходами и двумя (динистор) или тремя (тринистор) выводами. Он может находиться в одном из двух устойчивых состояний: низкой проводимости (закрыт) или высокой проводимости (открыт). Структура, условное графическое и буквенное обозначения тиристора, его вольтамперная характеристика даны на рисунке а, б, в.

Основу прибора составляет кристалл кремния, в котором созданы четыре слоя с разными типами электропроводности. Внешний p -слой называют анодом (А), внешний n -слой - катодом (К), а два внутренних слоя - базами. Одна из баз имеет вывод - управляющий электрод (У).

Тиристор — это управляемый динистор, или своего рода ключ, который управляет мощной силовой частью при подаче слабых управляющих импульсов. Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое в электрической цепи осуществляется внешним воздействием на прибор: либо воздействие напряжением (током), либо светом (фототиристор). Тиристор имеет нелинейную разрывную вольтамперную характеристику (ВАХ).

Напряжение включения U _вкл.max можно уменьшить введением добавочных носителей заряда в любой из слоев, прилегающих к переходу П2. Добавочные носители заряда на рис.1.4а вводятся в слой p от вспомогательной управляющей цепи с независимым источником Е _y. При увеличении тока управления I _y характеристика (рис.1.4в) смещается влево (к естественной прямой ветви ВАХ диода). Тиристор остается во включенном состоянии, пока протекающий через него ток больше критического, называемого током удержания I _уд. Как только I _пр станет меньше I _уд, тиристор закрывается.

Слайд 7

Устройство транзистора

Транзи́стор — электронный прибор из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов.

Основа транзистора – пластинка с р-проводимостью (база). С двух сторон вплавлены донорные пластинки, образующие n-области.

Вывод с меньшей пластинкой называют эмиттером (эмиссио – выпуклость), вывод с большей пластинкой – коллектором (собирать).

Принцип работы транзистора

Подключим выводы транзистора к источникам напряжения. U1 – прямое напряжение на эмиттерном р-n-переходе, U2 – обратное напряжение на коллекторном р-n-переходе.

U2 >> U1

Прямое напряжение U1 уменьшает потенциальный барьер в эмиттерном переходе, сопротивление n-области снижается. Электроны из n-области свободно попадают в р-область базы. Толщина базы транзистора мала, в результате большому числу электронов под действием U2 удается достигнуть коллектора и возникает коллекторный ток Iк.

Таким образом, эмиттер выпускает электроны, а коллектор их собирает.

Слайд 8

Полевые транзисторы

В полевых транзисторах с управляющим переходом для изменения проводимости канала используется эффект изменения ширины области пространственного заряда (ОПЗ) обратно смещенного перехода при изменении приложенного к нему напряжения затвора.

Полевые транзисторы (ПТ) - это полупроводниковые приборы с каналом, ток в котором управляется электрическим полем. Принцип действия их основан на использовании носителей заряда только одного знака (электронов или дырок), поэтому их иначе называют униполярными.

Главным достоинством ПТ является высокое входное сопротивление, т.е. они практически не потребляют ток из входной цепи. Кроме того, они более технологичны и дешевле, чем биполярные, обладают хорошей воспроизводимостью требуемых параметров.

По способу создания канала различают ПТ с управляющим n - p -переходом, со встроенным каналом и с индуцированным каналом. Последние два типа относятся к разновидностям МДП-транзисторов с изолированным затвором (металл-диэлектрик-проводник).

Рассмотрим ПТ с управляющим n - p -переходом (рис.2.3,а) канал - это слой полупроводника n -типа (может быть p -типа), заключенный между двумя n - p -переходами. Канал имеет два вывода во внешнюю цепь: исток (И), из которого заряды выходят в канал, сток (С), в который заряды входят из канала. Слои p -типа соединены между собой и имеют вывод во внешнюю цепь, называемый затвором (З). Затвор служит для регулирования поперечного сечения канала. Особенность ПТ в том, что движение основных носителей заряда только одного знака происходит по каналу от истока к стоку, а не через переход, как в биполярном транзисторе.

Управляющее напряжение между З и И является обратным для обоих n - p -переходов (U _зи<0). Оно вызывает вдоль канала равномерный слой, обедненный носителями заряда при U _си=0. Изменяя U _зи, изменяют ширину n - p -переходов, тем самым регулируют сечение токопроводящего канала и его проводимость. Напряжение U _си>0 вызывает неравномерность обедненного зарядами слоя, наименьшее сечение канала вблизи стока.

Слайд 9

Дата добавления: 2014-01-05