Источника постоянного

А. Подключение источника постоянной ЭДС к неразветвленной цепи с резистивным и индуктивным элементами. Проанализируем переходный процесс в цепи при замыкании ключа К в момент времени / = О ( 5.1,0), выполнив последовательно все этапы расчета классическим методом (см. § 5.2). В дальнейшем для сокращения решений математические операции отдельных этапов будем совмещать.

А. Зарядка емкостного элемента от источника постоянной ЭДС через резистивный элемент. Переходный процесс в цепи на 5.4 описывается неоднородным дифференциальным уравнением на основе второго закона Кирхгофа, закона Ома uf = ri и соотношения между током зарядки и напряжением в емкостном элементе / =Cduc/dt [см. (2.11)], т.е.

Предположим, что емкостный элемент С ( 5.6) был сначала за-ряжен от источника постоянной ЭДС до напряжения, равного Е (ключ К в «положении /). Затем ключ К переводится в положение 2 и емкост-, ный>. элемент подключается к последовательно соединенным индуктив-яому L и резистивному г элементам (эти элементы практически могут быть элементами схемы замещения катушки индуктивности) .

В отличие от процесса разрядки емкостного элемента в цепи на 5.6, описываемого однородным дифференциальным уравнением (5.28), процесс зарядки в аналогичной цепи от источника постоянной ЭДС Е ( 5.10, а) описываается неоднородным дифференциальным уравнением

В схемах, в которых транзистор применяется для усиления сигналов, основным является его активный режим работы. При подключении положительного полюса источника постоянной ЭДС Е^ =~^ЭБ к ^азе потенциальный барьер р-п перехода (п-р-п транзистор на 10.14) между базой и эмиттером понижается. Свободные электроны диффундируют (инжектируются) из эмиттера в базу, образуя ток /э в цепи эмиттеоа. ЕСЛИ между коллектором и базой включен источник постоянной ЭДС Е„ = t/Kg отрицательным полюсом к базе, то увеличивается потенциальный барьер р-п перехода между базой и коллектором, Большая часть электронов, инжектированных из эмиттера в базу, втягивается сильным электрическим полем с напряженностью &КБ этого р-п перехода, образуя ток /к в цепи коллектора. Заметим, что электрическое поле в переходе коллектор— база существует и при разомкнутой ветви с источником ЭДС ЕК (см. 10.4). Поэтому ток коллектора от значения напряжения (/КБ > 0 зависит мало. Незначительная часть свободных электронов, инжектированных из эмиттера в базу, образует ток /Б в цепи базы.

Рассмотрим установившийся режим работы однофазного автономного инвертора тока с нулевым выводом трансформатора ( 10.53), положив, что к моменту времени / = 0 тиристор VS\ был закрыт, тиристор У8г открыт, конденсатор цепи коммутации емкостью Ск заряжен так, как показано на 10.53 знаками плюс и минус без скобок, трансформатор идеальный и сопротивление цепи нагрузки г . В цепь источника постоянной ЭДС Е включен сглаживающий фильтр с индуктивностью L. -*• «ж. Поэтому ток источника постоянный / =/ ( 10.54, а).

Принцип работы автономного инвертора напряжения рассмотрим на примере однофазного инвертора с нулевым выводом ( 10.55). Он содержит основные тиристоры VS^ и VS2 большой мощности для переключения тока в приемнике с сопротивлением нагрузки гн и узел коммутации, указанный на 10.55 штрихпунктирной линией. Последний содержит вспомогательные тиристоры VSK} и VSK2 малой мощности, диоды VD\ и К?>2, включенные параллельно и встречно основным тиристорам, и ветвь последовательно включенных конденсатора С и катушки индуктивности LK. Конденсаторы большой емкости С\ = С2 выполняют роль делителя напряжения источника постоянной ЭДС Е на две равные части.

Изменение напряжения на емкостном элементе цепи 8. 1 при подключении источника постоянной э. д . с. Е происходит в соответствии с выражением

На 1-14, г изображены характеристики эквивалентной цепи, состоящей из источника постоянной э. д. с. Е и последовательно соединенного с ним нелинейного сопротивления Характеристика этого нелинейного сопротивления показана на 1-14, г сплошной линией.

В электрической цепи с переменным во времени параметром, так же как и в цепи с нелинейным элементом, могут возникать частоты, не равные частоте источника. В этом легко убедиться на примере простейшей электрической цепи, состоящей из источника постоянной э. д. с. и переменного во времени сопротивления

Энергия источника постоянной э. д. с. и работа, совершаемая механическими силами при изменении параметров цепи, расходуются в виде тепла.

Изучение соотношений в неразветвленной электрической цепи с одним источником: и активным приемником ( 1.12) представляет большой интерес, поскольку подобные цепи имеют широкое распространение. Например, часто находит применение система электропривода генератор — двигатель, в которой двигатель постоянного тока подключается к генератору, служащему только для питания данного двигателя; очень часто двигатель получает питание от сети постоянного тока с указанным напряжением; к таким же электрическим цепям следует отнести аккумуляторную батарею, получающую питание при ее зарядке от какого-либо источника постоянного тока.

Один из вариантов устройства МУ показан на 6.40, а. Магнитный усилитель, состоит из двух ферромагнитных магни-топроводов, на каждом из которых расположены рабочая обмотка ОР и обмотка управления ОУ. Для уменьшения потерь мощности магнитопроводы изготовляют из отдельных стальных листов. В некоторых случаях применяют ферриговые магнитопроводы. Рабочие обмотки соединяют, как показано на рисунке, параллельно либо последовательно и подключают к источнику переменного тока. В цепь рабочих обмоток включен приемник электрической энергии га. Обмотки управления соединены последовательно и получают питание от источника постоянного тока. Существенным является то, что обмотки управления включены встречно. Это дает возможность значительно уменьшить переменную составляющую тока в цепи

9.2.3. Принцип действия двигателя. Предположим, что якорь той же машины (см. 9.5) неподвижен. Если от источника постоянного тока подвести к якорю двигателя напряжение, например указанной па 9.5 полярности, то во внешней цепи и в обмотке якоря возникнут токи, направление которых будет противоположным указанным на рисунке. С помощью правила левой руки можно установить, что на якорь будет действовать вращающий электромагнитный момент и якорь начнет вращаться против часовой стрелки. При вращении в обмотке якоря возникнет ЭДС, которая согласно правилу правой руки будет направлена, как указано на 9.5, т. е. против тока двигателя. Противоположные направления тока и ЭДС говорят о том, что в машине происходит преобразование электрической энергии в механическую. Двигатель разгонится до такой частоты вращения, при которой его момент станет равным моменту, обусловленному нагрузкой.

При питании двигателей от источника постоянного напряжения (см. 9.22) частоту вращения можно регулировать следующим образом: 1) изменением сопротивления цепи якоря; 2) изменением значения магнитного потока.

Простейшая схема одного из вариантов такой системы (системы генератор — двигатель, Г — Д) приведена на 9.31. В этой системе якорь двигателя ЯД независимого возбуждения соединен с якорем генератора ЯГ независимого возбуждения, который приводится во вращение приводным двигателем ДП. Обмотки возбуждения двигателя ОВД и генератора ОВГ получают питание от постороннего источника постоянного тока через реостат г, и потенциометр г2.

где Р2 — полезная мощность машины (у генератора — это электрическая мощность, отдаваемая приемнику, у двигателя — механическая мощность на валу); Pt — подводимая к машине мощность (у генератора — это механическая мощность, сообщаемая ему первичным двигателем, у двигателя — мощность, потребляемая им от источника постоянного тока; если генератор имеет независимое возбуждение, то Р1 включает в себя также мощность, необходимую для питания цепи обмотки возбуждения).

Существенной особенностью синхронного двигателя в отличие от асинхронного является то, что вращающий момент возникает у него в том случае, когда частота вращения ротора п равна частоте вращения п0 магнитного поля якоря. Объясняется это тем, что ток в обмотке возбуждения синхронного двигателя появляется не в результате электромагнитной индукции (как в обмотке ротора асинхронного двигателя), а вследствие питания обмотки возбуждения от постороннего источника постоянного тока.

Ротор синхронной машины представляет собой электромагнит — явнополюсный ( 15.1, где 1 - полюсы; 2 - полюсные катушки; 3 — сердечник ротора; 4 — контактные кольца) или неявнополюсный ( 15.2, где 1 — сердечник ротора; 2 — пазы с обмоткой; 3 — контактные кольца). Ток в обмотку ротора поступает через контактные кольца и щетки от внешнего источника постоянного тока — возбудителя.

Уравнение (15.66) показывает, что электрическая мощность статора Р с складывается из мощности потерь в проводах /* и электрической мощности Р, с которой генератор отдает энергию в сеть, т. е./*э =Рпп + + Р. Но кроме мощности п/лерь в проводах в генераторе имеют место ещз мощность механических потерь Р п и мощность потерь из-за гистерезиса и вихревых токов в электротехнической стали РС статора и полюсных башмаков. Из уравнения (15.65) видно, что мощность этих потерь покрывается не за счет электрической мощности, а непосредственно за счет механической мощности первичного двигателя. Соответствующая энергетическая диаграмма синхронного генератора показана на 15.5. Кроме того, в синхронном генераторе имеют место потери энергии на возбуждение. Мощность потерь на возбуждение генератора равна мощности источника постоянного тока возбудителя Р и состав-

Пуск двигателя в ход состоит из двух этапов: первый этап — асинхронный набор частоты вращения при отсутствии возбуждения постоянным током и второй этап — втягивание в синхронизм после включения постоянного тока возбуждения. Во время первого этапа асинхронного пуска обмотка возбуждения отключается от источника постоянного тока и замыкается через резистор с сопротивлением, превышающим активное сопротивление обмотки возбуждения в 8—10 раз. Не следует оставлять обмотку возбуждения разомкнутой, так как вращающееся поле может индуктировать в ней весьма значительную

Основное свойство источника электрической энергии— способность создавать и поддерживать разность потенциалов на отдельных участках цепи, а также возбуждать и поддерживать электрический ток в замкнутой цепи — характеризуют его электродвижущей силой. Величина э. д. с. (Е, е) равна той энергии, которую приобретает положительный заряд величиной в 1 Кл, перемещаясь под действием сторонних сил по источнику. Если за время dt по источнику переменного тока проходит заряд dq = idt, то развиваемая источником энергия dW3 — edq — eidt и мгновенная мощность р = dWa/dt = ei. Для источника постоянного тока развиваемые энергия и мощность соответственно равны: W9 = Elt и Р — EI.