Файл: Решение Полная мощность трехфазного трансформатора равна Тогда первичный ток I.docx

Содержание

Задание 1

Трехфазный трансформатор имеет следующие номинальные величины: первичное и вторичное напряжение U_н1=10кВ, U_н2=0,69кВ; вторичный ток I_н2=837А; потери мощности в стали P_ст=2,45кВт и в обмотках P_о=12,2кВт. КПД трансформатора при полной загрузке равен η_н=0,978. Обмотки соединены в «звезду».

Определить: мощность S_н; первичный ток I_н1; коэффициент трансформации К; активные сопротивления обмоток R₁ и R₂; коэффициент мощности cosφ₂.

Решение:

1. Полная мощность трехфазного трансформатора равна:





2. Тогда первичный ток I_н1 равен



3. Найдем коэффициент трансформации



4. Найдем активные сопротивления обмоток







5. Найдем коэффициент мощности cosφ₂

Задание 2

Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором имеет номинальную мощность P_н2=30кВт и КПД ηн=0,91. Двигатель развивает пусковой момент М_п=350,8 Нм. Способность двигателя к перегрузке М_м/М_н=2. Номинальная частота вращения ротора n_н2=980об/мин. Скольжение ротора при этом S_н=2%. Номинальное напряжение сети U_н=660В, номинальный ток I_н=32А.

Определить: потребляемую мощность P₁, суммарные потери мощности в двигателе ΣP, коэффициент мощности cosφ_н, номинальный момент М_н, максимальный момент М_м, кратность пускового момента М_п/М_н, синхронную частоту вращения магнитного поля статора.

Решение:

1. Найдем потребляемую мощность

---

2. Найдем суммарные потери мощности





3. Найдем коэффициент мощности





4. Найдем номинальный момент





5. Найдем максимальный момент





6. Найдем кратность пускового момента



7. Определим синхронную частоту вращения магнитного поля статора

Задание 3

Для питания постоянным током потребителя мощностью P_н=600Вт напряжении U_н=80В необходимо собрать схему однофазного мостового выпрямителя, используя имеющиеся стандартные диоды Д214, параметры которых I_доп=5А, U_обр=100В. Начертить схему выпрямителя и пояснить ее построение.

Решение:

1. Определяем ток потребителя



2. Определяем обратное напряжение на диоде



3. Проверяем диод по параметрам I_доп и U_обр. Для однофазной мостовой схемы диод должен удовлетворять условиям . В данном случае первое условие не выполняется, т.к. 125,6В>100В. Второе условие выполняется, т.к. 5>7,5∙0,5.

4. Составим схему выпрямителя.

Для того, чтобы условие выполнялось необходимо два диода соединить последовательно, тогда

---

Схема приведена на рисунке 1.



Рисунок 1

Задание 4

Начертить вольт-амперную характеристику полупроводникового диода и пояснить его основные параметры, показав их на характеристике.



Рисунок 2

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода на постоянном токе (статическая характеристика). Вольт-амперная характеристика — это зависимость тока i, протекающего через диод, от напряжения u, приложенного к диоду (см. рисунок 2). Вольт-амперной характеристикой называют и график этой зависимости.

Вначале будем полагать, что обратное напряжение (u< 0) по модулю меньше напряжения пробоя p-n-перехода. Тогда в первом приближении можно считать, что вольт-амперная характеристика диода определяется уже рассмотренным идеализированным описанием характеристики p-n-перехода:

i=i_s·(e_u/φ_r-1).

Тепловой ток is обусловлен генерацией неосновных носителей в областях, прилегающих к области p-n-перехода. Однако часто это идеализированное описание дает неприемлемую погрешность. Особенно большая погрешность возникает при вычислении тока диода, включенного в обратном направлении (U < 0, i < 0). Вычисленный по рассматриваемому выражению ток (i= -i_s при |u| >> (φ_т)) для кремниевых диодов оказывается на несколько порядков меньше реального. В то же время стоит отметить, что в некоторых расчетах обратным током вообще можно пренебречь.

Укажем причины отличия характеристик реальных диодов от идеализированных. Обратимся к прямой ветви вольт-амперной характеристики диода (u> 0,i> 0). Она отличается от идеализированной из-за того, что в реальном случае на нее влияют:

- сопротивления слоев полупроводника (особенно базы);

- сопротивления контактов металл-полупроводник.

Важно отметить, что сопротивление базы может существенно зависеть от уровня инжекции (уровень инжекции показывает, как соотносится концентрация инжектированных неосновных носителей в базе на границе перехода с концентрацией основных носителей в базе). Влияние указанных сопротивлений приводит к тому, что напряжение на реальном диоде при заданном токе несколько больше (обычно на доли вольта), чем это следует из формулы.

---

Обратимся к обратной ветви (u< 0, i < 0). Основные причины того, что реально обратный ток обычно на несколько порядков больше тока is, следующие:

- термогенерация носителей непосредственно в области p-n-перехода;

- поверхностные утечки.

Термогенерация в области p-n-перехода оказывает существенное влияние на ток потому, что область перехода обеднена подвижными носителями заряда, и процесс рекомбинации (обратный процессу генерации и в определенном смысле уравновешивающий его) здесь замедлен.

При комнатной температуре для кремниевых приборов ток термогенерации обычно существенно превышает тепловой ток i_s.

Для ориентировочных расчетов можно считать, что с повышением температуры ток i_s удваивается примерно на каждые 5°С, а ток термогенерации удваивается примерно на каждые 10°С. При температуре около 100°С ток i_s сравнивается с током термогенерации.

Поверхностные утечки часто составляют подавляющую долю обратного тока. Их причинами являются:

- поверхностные энергетические уровни, обеспечивающие активные процессы генерации и рекомбинации;

- молекулярные и ионные пленки, шунтирующие p-n-переход.

При увеличении модуля обратного напряжения ток утечки вначале изменяется линейно, а затем более быстро. ток утечки характеризуется так называемой «ползучестью» — изменением в течение времени от нескольких секунд до нескольких часов.

При практических ориентировочных расчетах иногда принимают, что общий обратный ток кремниевого диода увеличивается в 2 раза или в 2,5 раза на каждые 10°С.



Рисунок 3



Рисунок 4

Для примера изобразим характеристики выпрямительного кремниевого диода Д229А при различных температурах (максимальный средний прямой ток — 400 мА, максимальное импульсное обратное напряжение — 200 В). Прямые ветви характеристик представлены на рисунке 3, а обратные (до режима пробоя) — на рисунке 4.

Обратимся к режиму пробоя полупроводникового диода и соответствующему участку обратной ветви вольт-амперной характеристики (на рисунке 4 этот участок не показан).

---

Диоды многих конкретных типономиналов не предназначены для работы в режиме пробоя. Для них этот режим работы — аварийный. Если при пробое ток в цепи не ограничивается (например, внешним сопротивлением), то диод выходит из строя. В таких приборах при чрезмерном увеличении обратного напряжения (по модулю) практически сразу же начинается тепловой пробой (участок электрического пробоя практически отсутствует).



Рисунок 5

Напряжение начала пробоя для рассматриваемых диодов — величина нестабильная (пробой начинается при u= -u_проб, где u_проб— так называемое напряжение пробоя — положительная величина). Изобразим соответствующую вольт-амперную характеристику (см. рисунок 5). Диоды некоторых конкретных типов спроектированы с расчетом на работу в режиме лавинного пробоя в течение некоторого короткого времени. Такие диоды называют лавинными. Если отрезок времени, в течение которого диод находится в режиме лавинного пробоя, невелик, то его p-n-переход не успевает перегреться и диод не выходит из строя.

Список использованных источников

1. Гальперин М. В. Электротехника и электроника, М., ФОРУМ-ИНФРА-М. 2004, 2007

2. Данилов И.А. Общая электротехника с основами электрони­ки. Данилов И.А., Иванов П.М. М. Высшая школа, 1989, 1991, 2001.

3. Данилов И.Я. Дидактический материал по общей электротехнике с основами электроники. Данилов И.Я. Иванов П.Н. Учебное пособие. М, «Высшее образование» 2007.

4. Новиков П.Н, Задачник по электротехнике. Новиков П.Н, Кауфман В.Я, Толчеев О.В, Г.В. Ярочкина. М. Высшая школа, 1992, 1998.

5. Прошин В. М. Лабораторно-практические работы по электротехнике. Учебное пособие. М. Академия» 2004.,188 с.

6. Свириденко З. А. Основы электротехники и электроснабжения, Свириденко З. А., Ф. Г. «Китунович, изд. 2008 г.

---