ВЫПРЯМИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Кабельная линия

Кабели состоят из одной или нескольких скрученных изолированных жил, заключенных в герметическую металлическую, резиновую или пластмассовую оболочку. Защитные оболочки предохраняют изоляцию от вредных воздействий влаги, различных кислот и т. п. Кабели изготовляют одно-, двух-, трех- и четырехжильными. Для прокладки в грунте и других местах, где требуется защита от механических повреждений, применяют кабели с броней из стальной ленты, покрываемой для защиты от коррозии битумными компаундами. Поверх брони навиты один или два слоя джутовой пряжи, пропитанной смесью каменноугольного дегтя и смолы. Существует ряд марок кабелей с пластмассовой изоляцией без брони, но с достаточно прочной оболочкой, При укладке кабеля в землю сначала в траншею насыпают слой песка, затем укладывают кабель, сверху насыпают слой песка, а затем укладывают слой кирпичей. Земляные работа в месте прокладки кабеля ведутся только под руководством инженера электросетей. В местах пересечения улиц и различных трубопроводов кабели прокладывают в асбоцементных трубах или ж\б коробках.

Воздушная линия.

Распространены в небольших городах и сельской местности. Механическая прочность линий зависит от выбора сечения провода и его натяжения. Трассу линии следует выбирать по возможности кратчайшей, с наименьшим количеством углов и изгибов. Основными элементами являются опоры, провода и изоляторы. Опоры бывают промежуточные, анкерные, угловые, концевые. Промежуточные служат для поддержания проводов между анкерными опорами. Анкерные предназначены для жесткого закрепления проводов. Эти опоры устанавливают при пересечении воздушной линии различных дорог. Угловые служат для изменения направления трассы. Концевые устанавливают в начале и конце линии. Для воздушных линий применяют опоры деревянные, железобетонные и металлические. Провода воздушной линии закрепляют на опорах с помощью изоляторов. Для линии напряжением до 35 кВ применяют штыревые изоляторы различных типов, устанавливаемые на крюках и траверсах. В сетях более высокого напряжения применяют подвесные изоляторы, которые набирают в гирлянды. Число изоляторов зависит от напряжения.

Проводка.

Для проводки применяют изолированные кабели и шнуры. Проводка бывает наружная и внутренняя(невидимая, заключенная в стену) Эти провода имеют жилы, заключенные в изоляционную оболочку. Бывают провода незащищенные, для неподвижной прокладки, не защищены от механических повреждений. Шнуры состоят из двух или нескольких соединенных вместе многопроволочных изолированных жил и применяются для подключения передвижных электроприемников, а также для прокладки внутри сухих помещений на роликах.

Билет № 43

Двухэлектродная лампа (диод) представляет собой стеклянный или металлический баллон, в котором создан высокий вакуум (10~5 Па«10~⁷ мм рт. ст.); в баллоне укреплены два электрода — анод и катод. Анод имеет цилиндрическую или призматическую форму и изготовляется из стали, никеля, молибдена. Внутри анода помещается катод — прямого накала или подогревный. Катодпрямого накала представляет собой нить из тугоплавкого металла, как правило вольфрама, разогреваемую электрическим током.Подогревный катод — это полый цилиндр, на поверхность которого нанесен оксидный слой *. Внутри катода расположен нагреватель из вольфрамовой проволоки. Такая конструкция облегчает выход электронов. Энергия, которую нужно сообщить электронам, меньше, чем у неоксидированных катодов прямого накала, в десятки раз. Благодаря тепловой инерции нагреватель можно подключить к сети переменного тока, так как периодические колебания тока не вызывают пульсаций эмиссии. Для установления нормальной эмиссии требуется некоторое время. Электроды присоединяют к выводам — штырькам. Анод имеет один вывод, катод прямого накала — два, подогревный катод — три. При подключении к диоду источника постоянного тока (анодное напряжение) таким образом, что «+» батареи подключен к аноду, а «—» — к катоду, внутри лампы образуется постоянное электрическое поле, под действием которого электроны, вылетающие из катода, устремляются к аноду, т.е. через лампу начнет протекать электрический ток, направление которого принято считать обратным движению потока электронов. Этот ток называют анодным током лампы. Если подключить источник постоянного тока наоборот — «—» к аноду и «+» к катоду, анодный ток протекать не будет, так как вылетающие электроны попадают в тормозящее поле и возвращаются па катод. Таким образом, лампа обладает односторонней проводимостью и используется для выпрямления тока. проводимостью и поэтому используется для выпрямления переменного тока. Зависимость анодного тока от анодного напряжения при постоянном напряжении накала называют анодной (вольт-амперной) характеристикой диода. С увеличением анодного напряжения анодный ток возрастает вначале почти прямолинейно, но постепенно при дальнейшем увеличении напряжения все электроны достигают анода и поэтому наступает режим насыщения, при котором увеличение анодного тока прекращается. Предел нарастания анодного тока ограничивается значением термоэлектронной эмиссии, так как все эмиттируемые катодом электроны достигают анода. Диоды, изготовляемые специально для выпрямления переменного тока, называют кенотронами. Часто в одном баллоне размещают два диода. Они могут иметь два анода и два катода на одну общую нить накала или даже один общий катод. Такие лампы называют двойными диодами. Трехэлектродная лампа (триод) отличается от диода тем, что имеет третий электрод —управляющую сетку, которая выполнена в виде спирали из вольфрама, никеля, молибдена или их сплавов. Сетка располагается между анодом и катодом (ближе к катоду). Сетка служит для управления анодным током, благодаря чему лампа приобретает усилительное действие. Усиление слабых сигналов — основное назначение триода Если к сетке подключить источник сеточного напряжения £ _с, то в зависимости от знака и потенциала на сетке будет изменяться ток в анодной цепи. За нулевой обычно принимается потенциал катода. Увеличение на сетке отрицательного потенциала приводит к уменьшению анодного тока, и при определенном значении этого потенциала анодный ток прекращается, т. е. лампа оказывается «запертой». При увеличении положительного потенциала анодный ток увеличивается, причем небольшое изменение напряжения на сетке приводит к значительному изменению анодного тока, т. е. лампа работает как усилитель слабых электрических сигналов. Если в анодной цепи отсутствует резистор R_a, то кривая зависимости анодного тока от напряжения на сетке называется анодно-сеточной статической характеристикой.

Вопрос № 41

Схемы электроснабжения.

Распределение электрической энергии осуществляется по радиальным, магистральным и смешанным схемам. При радиальных каждая подстанция питается отдельными линиями, при магистральных к одной линии можно присоединить группу из нескольких городских трансформаторных подстанции. Радиальные схемы электроснабжения надежны, но они требуют большего 150 расхода проводов или кабелей, а также высоковольтной аппаратуры, стоимость сетей значительно выше, чем при магистральной схеме. В крупных городах применяются радиальные и магистральные схемы Городские электрические сети напряжением 6—10 кВ характерны тем, что в любом из микрорайонов могут оказаться потребители всех трех категорий по надежности электроснабжения. Естественно, это требует и надлежащего построения схемы сети. Для подключения городских подстанций с двумя трансформаторами номинальной мощностью до 630 кВ-А часто применяют двухлучевую схему с АВР на стороне низшего напряжения с контакторной автоматикой При выходе из строя одного из «лучей» высшего напряжения или трансформатора нагрузка автоматически переключается на неповрежденныйкабель и второй трансформатор *. Двухлучевая схема с АВР на стороне низшего напряжения имеет значительные преимущества, надежна в эксплуатации, обладает быстродействием). Кроме того, эта схема является самовосстанавливающейся: при возникновении напряжения на отключившейся линии (луче) схема приходит в исходное положение без участия обслуживающего персонала.

Двухлучевая схема обходится несколько дороже петлевой с резервными перемычками, применяемой в небольших и средних городах. При петлевой схеме переключение производится вручную выездным персоналом, а ответственные объекты приходится выделять на отдельные линии.

Трансформаторной подстанцией

называется электрическая установка для преобразования и распределения электроэнергии. В зависимости от положения в сети электросистемы понизительные подстанции подразделяют на районные и местного значения.

Районные подстанции имеют первичное напряжение 500, 220, 110 кВ и вторичное 220, 110, 35, 10, 6 кВ. Подстанции, питающие мелкие промышленные и коммунальные предприятия, а также городские бытовые нагрузки, имеют первичное напряжение 6—10 кВ и вторичное 0, 4/0, 23 кВ. Их оборудование состоит из одного или нескольких силовых трансформаторов, распределительных устройств первичного и вторичного напряжений и устройств управления, защиты и сигнализации.

Трансформаторные подстанции выполняют отдельно стоящими, пристроенными, т. е. примыкающими к зданию, встроенными в него, внутрицеховыми, располагающимися непосредственно внутри производственного помещения. Кроме того, в небольших поселках и сельской местности сооружаются открытые мачтовые подстанции, на которых устанавливают силовые трансформаторы мощностью до 100кВ-А. Опорные конструкции таких подстанций обычно деревянные, но могут быть и железобетонные.

Широко распространены комплектные трансформаторные подстанции (КТП), изготовляемые на заводе и доставляемые на место установки в собранном виде или в виде блоков, подготовленных для сборки. В крупных городах применяют БКТП — комплектные подстанции из объемных железобетонных элементов, изготовляемых на заводе.

Билет № 47

Вопрос № 44

Газоразрядные лампы.

Один из простейших газоразрядных приборов газотрон представляет собой баллон, из которого выкачан воздух и в нем находится разреженный инертный газ (аргон, криптон, ксенон), катод и анод. Газотрон также как и диод, используется в качестве вентиля. Отличие газотрона от кенотрона в том, что он может пропускать значительно большие токи при меньшем падении напряжения внутри прибора. Так как в газотроне расходуется энергия на подогрев катода, он относится к приборам с несамостоятельным разрядом. Другая разновидность газоразрядных приборов — тиратрон, в котором кроме катода и анода имеется одна или несколько сеток. Назначение сетки — управление не током, как в триоде, а моментом зажигания. Если на сетку тиратрона подан отрицательный потенциал, то тиратрон «заперт» и ток равен нулю. При снижении отрицательного потенциала на сетке до некоторого минимального значения начинается процесс ионизации и действие сетки при этом, как управляющей, исключается, так как положительные ионы вблизи сетки нейтрализуют ее отрицательный потенциал. Если увеличить отрицательный потенциал на сетке, то тиратрон уже не запрется. Для прекращения тока в нем необходимо резко снизить или совсем отключить анодное напряжение. Тиратроны применяют в качестве вентилей в различных схемах автоматики и т. д. К приборам с самостоятельным дуговым разрядом относятся широко распространенные в технике ртутные вентили (выпрямители).Ртутные вентили В баллон, изготовляемыйдля маломощных вентилей из стекла, а для мощных — из стали, помещают один или несколько рабочих анодов, аноды возбуждения , ртутный катоди анод зажигания. Аноды изготовляют из стали или графита. Баллон заполняется парами ртути, которые образуются за счет испарения с поверхности ртутного катода при глубоком вакууме. Ртутные вентили бывают одно- и многофазные. В зависимости от способа зажигания дуги различают игнитроны и экситроны. Игнитрон — выпрямитель, в котором вспомогательная дуга зажигается кратковременно в каждый полупериод выпрямляемого переменного тока. Экситрон — прибор с постоянно горящей вспомогательной дугой.

Билет № 45

Транзисторы (полупроводниковые триоды) выполняют те же усилительные функции, что и трехэлектродные лампы. В них также используют пластинки из кремния и германия с электропроводностью n-типа. С обеих сторон этих пластинок введением акцепторных примесей создают p-n переходы. Такие транзисторы называются транзисторами типа p-n-р. Но могут быть и транзисторы типа п-р-п, для чего в пластинку кремния или германия с электропроводностью p-типа вводят (вплавляют) донорные примеси. транзистор имеет три вывода, каждый из которых соединен с одной из областей полупроводника, являющихся как бы тремя электродами. Слева на рисунке расположенэмиттер (область с электропроводностью p-типа), включаемый в управляющую цепь; справа — коллектор, имеющий ту же электропроводность, включаемый в управляемую цепь. Область с электропроводностью n-типа называется базой, на нее замыкаются и управляющая, и управляемая цепи. Цепь эмиттера называется управляющей, так как с ее помощью можно управлять током в цепи коллектора. Как видно из рис. 8.15, обе цепи должны иметь свои источники э.д.с, причем э.д.с. в цепи коллектора Е_к намного больше, чем э.д.с. цепи эмиттера Е_ъ. Так как источник э.д.с. в эмиттерной цепи включен в проводящем направлении, то очень малого значения э.д.с. Е₉ (порядка 0, 5 В) достаточно для возникновения тока /_э в этой цепи. Появление эмиттерного тока вызывает изменение сопротивления коллекторного перехода, благодаря чему в цепи коллектора также возникает ток, примерно равный /_э. Изменение /_э вызывает пропорциональные изменения /_к через сопротивление нагрузки R_H, но ввиду того, что Е_к (порядка 10 В) значительно больше Е_э, изменение тока и напряжения в цепи коллектора значительно больше этих значений в цепи эмиттера, т. е. в цепи коллектора возможно усиление мощности.

Тиристором называется управляемый полупроводниковый вентиль. Тиристор имеет три p-n-p перехода, причем области с электропроводностью p и n типа чередуются. Основные электроды подключены следующим образом: анод к наружному p слою, а котод – к наружному n слою, управляющий электрод подключен к p2 слою. При подаче постоянного напряжения на тиристор последний заперт, и ток через него не проходит, так как переходn1-p2 для такого направления имеет большое сопротивление. Для того чтобы тиристор пропускал ток между основными электродами, необходимо его отпереть пропусканием тока через дополнительный электрод. Благодаря этим свойствам тиристоры малой мощности используют в бесконтакных релейных схемах, а мощные- на токи, достигающие нескольких сотен ампер и напряжением до 1000 В и некоторых других для преобразования напряжения.

Билет № 46

Полупроводниковыми называют приборы, в которых используется движение электронов в некоторых твердых телах, обладающих особыми свойствами в отношении их электропроводности. К полупроводникам относят вещества, занимающие промежуточное положение между проводниками и диэлектриками (кремний, германий, селен). Полупроводниковые приборы выполняют те же функции, что и электронные приборы.Носителей тока — электронов и дырок. Если под влиянием нагрева электрон приобретает энергию, достаточную для отрыва от атома, он становится носителем заряда. Одновременно в кристаллической решетке полупроводника образуется свободная незамещенная межатомная связь, условно называемая дыркой. Под действием внешнего электрического или магнитного поля на это место может перейти электрон, порвавший соседнюю электронную связь, который оставит новую дырку, и т. д. Такое последовательное перемещение электронов можно условно рассматривать как движение положительных зарядов — дырок в направлении, противоположном движению электронов. Таким образом, движение свободных электронов обусловливает электронную электропроводность — n-типа, а движение дырок — дырочную электропроводность — р-типа. Оба вида электропроводности у чистых полупроводников невелики, и поэтому их нельзя использовать в полупроводниковых приборах. Для увеличения проводимости полупроводников к «сверхчистым» полупроводниковым материалам добавляют специальные примеси. Если к материалу добавлена примесь, благодаря которой резко взросла электронная электропроводность, то такую примесь называют донорной, а если дырочная, то — акцепторной. При этом ничтожные по количеству примеси увеличивают электрическую электропроводность полупроводника в десятки тысяч раз. Для кремниевых и германиевых полупроводников в качестве акцепторных примесей применяют бор, алюминий, индий, а в качестве донорных — сурьму, фосфор, мышьяк. Соединив полупроводники с двумя видами электропроводности, можно получить вентиль. Образовавшуюся при этом пограничную зону называют электронно-дырочным переходом или p-n переходом. В зоне перехода образуется тонкий слой, обладающий односторонней электропроводностью, т. е. для тока, направленного от области р к области п, он имеет малое сопротивление, а для тока, направленного от областип к области р— большое. Практически ток будет протекать только в одном направлении. Поэтому такой слой принято называть з а-пирающим. Вентильные свойства р- л-перехода лежат в основе почти всех полупроводниковых приборов. При введении в виде примеси пятивалентной сурьмы четыре валентных электрона ее атома образуют химические связи с валентными электронами атомов германия, а пятый становится «лишним». Его связь с атомом сурьмы сравнительно слабая и легко может быть разорвана. Полупроводник с такой примесью будет обладать электронной электропроводностью. Если же ввести в решетку германия трехвалентный индий то он тоже замещает атом германия, но для образования четырехсторонней связи с соседними атомами у индия не хватает одного электрона. Следовательно, в валентной связи образуется дырка, а на свободное место может перейти электрон другого атома и уже в другом месте образуется дырка. Таким образом создается перемещение дырок в полупроводнике — дырочная проводимость.

Проводники и диэлектрики

Атомы вещ-ва состоят из ядра и электронов, атомы нейтральны, но если от атома отделяется электрон, то атом преврапщется в полож. ион. Отделившийся электрон присоединяется к другому атому, образуя отриц. ион, или же остается свободным. Такие электроны наз-ся электронами проводимостью, а процесс образования ионов - ионизацией.Кол-во свободных электронов или ионов в единице объема вещ-ва наз-ся концентрацией носителей электр. зарядов.Направленное дв-ие носителей электр. зарядов наз-ся электр.током.Св-во вещ-ва создавать электр. ток под действием э.поля наз-ся электропроводностью вещ-ва.Степень электропроводности оценивается удел. электр. проводимостью вещ-ва( чем > концентр. носителей зарядов, тем выше проводимость вещ-ва)Ввсе вещ-ва дел-ся на 3 вида: проводники диэлектрики и полупроводники.Проводники обладают высокой проводимостью вещ-ваметаллы, сплавы, электролиты), диэлектрики наоборот имеют ничтожную проводимость(газы, мин.масла, лаки и большинство твердых не метталлических вещ-в).Каждый электрон в атоме может обладать только определенными значениями эн-ии, т.е. находиться в разрешенных состояний или уровнях, изменение эн-ии электрона может происходить лишь определенными порциями квантами.Переход электрона на более высокий уровень сопровождается затратой эн-ии на преодоление притяжение ядра, а переход на болле низкий ур-нь излучением эн-ии.В твердых вещ-вах образованных совокупностью атомов, вследствие взаимного влияния друг на друга атом энерг. уровни неск-ко изменяются, образуя энергет. зоны.Энерг. зоны соотвает. энерг. ур-ям дел-ся на заполненую и свободную.Для возникнове ния электропроводности необходимо чтобы часть электронов из заполненой зоны переместились в свободную.Возможность такого перехода определяется шириной запрященной зоны и эн-ей необходимой затратить на такой переход. Под электр.напряжением приложенным к концам металл. проводника возникает э.поля, которое упорядочивает хаотическое дв-ии электронов и они дрейфуют в направлении противоположном направлению поля(т.к. имеют отриц.заряд)Проводники в которых электр.ток создается электронами(это металлы и их сплавы) наз-ся проводниками 1-го рода или с электронной проводимостью.Проводники в которых электр.ток создается ионами(электролиты) наз-ся проводниками 2-го рода или с ионной проводимостью.

ЭДС, напряжение.

В источниках питания происходит преобразование какой-либо эн-ии в электр.В ре-те сторонних сил(не электр.) каждый един.заряд в при дв-ии в источники приобретает некоторое кол-во эн-ии.ЭДС наз-ют величину численно равную эн-ии получаемой в источники един.зарядом.При отключение внешней цепи эдс равно напряжению м/у зажимами источника.В потребителях электр. эн-ии преобразуется в какую -либо энергию.При этом напряжение(Величина равная отношению работы по перемещению заряда Q м/у двумя точками к заряду наз-ся напряжением. ) на зажимах приемника показывает какая электр.эн-ии преобразуется(расходуется) в нем каждым единичным зарядом.Разность м/у Е и U представляет собой эн-ию которая преобразуется в тепло(теряется) при перемещение единичного заряда в источники питания и наз-ся падением напряжения U0=E-U. E=U=[В]

Кабельная линия

Воздушная линия.

Проводка.

Билет № 43

Вопрос № 41

Схемы электроснабжения.

Трансформаторной подстанцией

Билет № 47

ВЫПРЯМИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Несмотря на широкое распространение переменного тока, имеются установки и аппараты, которые могут работать только на постоянном токе. В аппаратах, где требуются небольшие мощности в цепях постоянного тока, в выпрямителях используют кенороны и маломощные ионные и полупроводниковые приборы. В мощных выпрямительных установках, обычно называемых преобразовательными подстанциями, используют ртутные вентили и мощные полупроводниковые диоды и тиристоры. Различают одно- и двухполупериодные схемы выпрямления переменного тока. Выпрямительное устройство состоит из вентилей, трансформатора, преобразующего напряжение сети до необходимого значения, и сглаживающих фильтров. однополупериодная схема выпрямления переменного тока с использованием кенотрона. Трансформатор имеет три обмотки. К первичной обмотке подводится напряжение сети U, одна вторичная обмотка питает анодную цепь, а другая— цепь накала подогревного катода. Катод кенотрона соединен с нагрузкой через обмотку дросселя L. Параллельно нагрузке, до и после дросселя, включены конденсаторы С] и С₂. Дроссель и конденсаторы образуют сглаживающий фильтр. Схема работает следующим образом, Так как через кенотрон может протекать ток только в одном направлении, то за каждый период переменного тока через кенотрон ток протекает только в течение одного полупериода. Благодаря наличию сглаживающего фильтра на нагрузке будет практически постоянное напряжение, так как в полупериоды, когда ток через лампу не протекает, напряжение поддерживается за счет разряда конденсатора замедленного с помощью дросселя. Конденсатор сглаживает пульсации тока.

Вопрос № 44

Газоразрядные лампы.

Билет № 45