Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ»





Складнева З.И.

ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ ПО КУРСУ

«ЭЛЕКТРОТЕХНИКА.

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ»

Для помощников машинистов электропоездов

(на 64 часа)

 

 

 

 

Рассмотрено и одобрено на заседании цикловой комиссии № 2 «___»_______________2011г. ______________ Плющий И.Л.    

 

 

Автор:

преподаватель Екатеринбургского учебного центра № 1 Складнева З.И.

Данный опорный конспект предназначен для подготовки помощников машинистов электропоездов в технических школах и учебных центрах ОАО РЖД по предмету «Электротехника».

В опорном конспекте рассмотрены вопросы строения вещества, физической природы возникновения электрического и магнитного полей, схемы соединения проводников, законы Ома и Кирхгофа для электрических цепей, схемы соединения цепей электрического тока, принцип работы машин постоянного и переменного тока.


Введение

 

Изучение специальных предметов по специальности «помощник машиниста электропоезда» требует знаний электрических и электромагнитных явлений и законов при техническом использовании их.

 

Тема 1. Электрический ток. Проводники и диэлектрики. Электрические цепи постоянного тока

 

Электрическая цепь.

Режимы работы электрической цепи

 

Нагрузочный режим: к источнику подключен потребитель с сопротивлением R. По закону Ома э.д.с. источника равна сумме напряжений IR на внешнем участке цепи и IR0 на внутреннем участке источника. E = IR + IR0.

Т.к. напряжение на зажимах источника равно падению напряжения IR во внешней цепи, получим E = U + IR0.

Э.д.с. источника больше напряжения на его зажимах на величину падения напряжения внутри источника, которое в свою очередь зависит от тока в цепи. Ток определяется сопротивлением R приёмника. Чем больше ток нагрузки, тем меньше напряжение на зажимах источника. Uи = E - IR0

Режим холостого хода. Внешняя цепь разомкнута, тока в цепи нет. Внутренне падение напряжения IR0 будет равно нулю. Напряжение на зажимах источника электрической энергии равно его э.д.с. E = Uи

Режим короткого замыкания(рис.1.18). Зажимы источника замкнуты проводником с сопротивлением, равным нулю. Iк.з. = E/R0.

 

Рис. 1.18. Схема короткого замыкания в цепи источника электрической энергии

Т.к. внутреннее сопротивление источника обычно мало, проходящий через него ток возрастает до значительных величин, что может привести в негодность, как сам источник, так и приборы, провода. Это аварийный режим.

 

Рис.1.19. Возможные причины короткого замыкания в электрических установках

 

Практически режим короткого замыкания возникает, когда его зажимы замкнуты проводником, сопротивление которого можно считать равным нулю.

Короткое замыкание может происходить в результате неправильных действий персонала (рис. 1.19.а), обслуживающего электротехнические установки, или при повреждении изоляции проводов (рис.1.19.б). Провода соединяются через землю, имеющую малое сопротивление, или при касании окружающих металлических предметов (рис. 1.19.в).

Контрольные вопросы

1. Какие режимы работы электрической цепи Вы знаете?

2. В чём заключается суть «режима холостого хода»?

3. Что значит «аварийный режим»?

4. Чему равно сопротивление в цепи при «режиме короткого замыкания»?

5. Чему равна э.д.с. источника в нагрузочном режиме?

Тема 2. Электромагнетизм

 

2.1. Магнитное поле и его основные характеристики

 

Магнетизмэто особое проявление движения электричес­ких зарядов внутри атомов и молекул, которое проявляется в том, что некоторые тела способны притягивать к себе и удерживать частицы железа, никеля и других металлов. Эти тела называются магнитными.

Магниты бывают постоянными (железные руды, намагниченные куски стали, магнитное поле земли) и электромагниты. Любой магнит имеет два полюса северный и южный.

При прохождении электрического тока по проводнику вокруг него образуется магнитное поле.

Магнитное поле обладает энергией, которая прояв­ляет себя в виде электромагнитных сил, действующих на отдель­ные движущиеся электрические заряды и на их потоки, т. е. электрический ток.

Под влиянием электромагнитных сил движущиеся заряженные частицы отклоняются от своего первоначального пути в направле­нии, перпендикулярном полю.

Магнитное поле образуется только вокруг движущихся электрических зарядов, и его действие распространяется тоже лишь на движущиеся заряды.

Магнитное и электрические поля неразрывны и образуют совместно единое электромагнитное поле. Всякое изменение электрического поля приводит к появлению магнитного поля и, наоборот, всякое изме­нение магнитного поля сопровождается возникновением электри­ческого поля.

Электромагнитное поле распространяется со ско­ростью 300 000 км/с.

Графически маг­нитное поле изображают магнитными силовыми линиями(рис. 2.1), которые проводят так, чтобы направление силовой линии в каждой точке поля совпадало с направлением сил поля. Магнитные силовые линии всегда являются непрерывными и замкнутыми. Направление магнитного поля в каждой точке может быть определено при помощи магнитной стрелки.

 

 

Рисунок 2.1. Магнитные силовые линии Рисунок 2.2. Магнитные силовые линии земли

 

Северный полюс стрелки всегда уста­навливается в направлении действия сил поля (рис. 2.3).

Конец постоянного магнита, из которого выходят силовые линии принято считать северным полюсом, а в который входят силовые линии — южным.

Если магнитное поле одинаково по величине и направлению, то оно называется однородным.

 

Рисунок 2.3. Направление движения силовых линий

 

Э.д.с. самоиндукции.

Если по витку протекает ток, изменяющийся по величине или направлению, то в нем наводится э.д.с., которая называется э.д.с. самоиндукции.

Направление э.д.с. самоиндукции препятствует изменению вызвавшего ее тока».

При постоянном токе этот процесс наблюдается в момент замыкания и размыкания цепи.

В момент замыкания магнитный поток, создаваемый протекающим по цепи током, увеличивается, а появляющаяся э.д.с. препятствует увеличению тока. В момент размыкания ток уменьшается, а э.д.с. самоиндукции препятствует уменьшению тока. Т.о. при замыкании и размыкании цепей ток нарастает и падает постепенно.

Если замкнутый проводник состоит из одного витка, то магнитный поток, пронизывающий контур этого проводника при постоянной магнитной проницаемости пропорционален току, протекающему по проводнику.

Обозначим коэффициент пропорциональности L, получим Ф=LI, L=Ф/I (Гн),где L - индуктивность данного проводника.

Если имеется обмотка из w витков, то L= wФ/I=Ψ/I, где: Ψ(пси) -потокосцепление.

Если в цепи, обладающей индуктивностью L, ток за время Δt изменяется на величину ΔI, то в такой цепи наводится э.д.с. самоиндукции. e= LΔI/Δt.

Э.д.с. самоиндукции пропорциональна скорости изменения тока.

Особенно сильно проявляет себя э.д.с. самоиндукции при размыкании цепей, содержащих катушки с большим числом витков w и стальными сердечниками (обмотки электродвигателей). В этом случае э.д.с. самоиндукции может во много раз превышать напряжение источника и, суммируясь с ним, служить причиной возникновения перенапряжений и искрения или дуги. Поэтому в таких устройствах предусматривают дугогасительные устройства.

Э.д.с. взаимоиндукции.

Взаимоиндукцией называется явление индуцирования э.д.с. в проводнике или катушке при изменении магнитного потока создаваемого другим проводником или катушкой. Индуцируемая таким образом э.д.с. называется э.д.с взаимоиндукции. Э.д.с. взаимоиндукции, как и самоиндукции, пропорциональна скорости изменения тока, создающего этого поле, кроме того зависит от числа витков обеих катушек и их взаимного расположения.

Направление э.д.с. определяется по правилу Ленца.

 

Рисунок 2.13. Явление взаимоиндукции  

 

Контрольные вопросы

1. Какой способ применяют для индуцирования э.д.с. в машинах переменного тока?

2. Что такое э.д.с. самоиндукции?

3. Что представляют собой вихревые токи?

4. Какие существуют способы уменьшения вредного действия вихревых токов?

5. Какой способ применяют для индуцирования э.д.с. в машинах постоянного тока?

6. Дайте определение явления электромагнитной индукции.

7. Объясните причины возникновения э.д.с.

8. Сформулируйте правило правой руки.

9. Сформулируйте правило Ленца.

10. Перечислите способы индуцирования э.д.с. в генераторах, двигателях и трансформа торах.

11. Что такое э.д.с. взаимоиндукции?

12. Как определяется направление индуцированной э.д.с.?

 


Тема 3. Переменный ток. Электрические цепи

переменного тока

 

3.1. Получение переменного тока и его основные характеристики

 

Получение переменного тока.

Переменный ток получают при помощи генераторов переменного тока с использованием явлений электромагнитной индукции. На рис. 3.2 изображена примитивная установка для выработки переменного тока.

Принцип действия установки прост. Проволочная рамка вращается в однородном магнитном поле с постоянной скоростью. Концами рамка закреплена на кольцах, вращающихся вместе с ней. К кольцам плотно прилегают пружины, выполняющие роль контактов. Через поверхность рамки непрерывно будет протекать изменяющийся магнитный поток. Поток, создаваемый электромагнитом, останется постоянным. В рамке возникнет э.д.с. индукции.

 


 

 

Рис. 3.2. Простейшая установка для выработки переменного

электрического тока


 

Для того чтобы определить, изменяется ли магнитный поток, проходящий по поверхности рамки, нужно всего лишь сравнить положение рамки в определенные периоды времени. Для этого нужно внимательно посмотреть на рис. 3.3.

 

 

Рис. 3.3. Изменения положения рамки в разные периоды времени

 

Точкой отсчета будет положение рамки, показанное на рис. 3.3,а. В этот момент плоскость рамки перпендикулярна к магнитным линиям, и магнитный поток будет иметь максимальное значение. Параллельно магнитным линиям рамка встанет через четверть периода. Магнитный поток при этом станет равным нулю, потому что ни одна магнитная линия не проходит через поверхность рамки. Чтобы определить э.д.с. индукции, нужно знать не величину потока, а скорость его изменения. В точке отсчета э.д.с. индукции равна нулю, а в третьем (рис. 3.3, в) — максимальному значению. Исходя из положений рамки, можно увидеть, что ЭДС индукции меняет и значение, и знак. Таким образом, она является переменной (см. график на рис. 3.3).

Если рамка имеет только активное сопротивление, то ток, который возникает в контуре под действием э.д.с. индукции, с течением времени будет меняться, как и сама э.д.с.. Такой ток называется переменным синусоидальным током.

Соединение звездой

Обычно генератор трехфазного тока изображают в виде 3 статорных обмоток, которые располагаются друг к другу под углом 120°. Начала обмоток принято обозначать буквами А, В, С, а концы — X, Y, Z. В случае, когда концы статорных обмоток соединены в одну общую точку (нулевая точка генератора), способ соединения называется «звезда». В этом случае к началам обмоток присоединяются провода, называемые линейными (рис. 3.5 слева).

 

Рисунок 3.5. Соединение трехфазных генераторов способом «звезда»  

 

Точно так же можно соединять и приемники (рис. 3.5., справа). В этом случае провод, который соединяет нулевую точку генератора и приемников, называется нулевой. Данная система трехфазного тока имеет два разных напряжения: между линейным и нулевым проводами или, что то же самое, между началом и концом любой обмотки статора. Такая величина называется фазным напряжением (). Поскольку цепь трехфазная, то линейное напряжение будет в v3 раз больше фазного, т. е.: Uл = v3Uф.

Соединение треугольником.

Рисунок 3.6. Пример соединения треугольником

 

При использовании данного способа соединения конец X первой обмотки генератора подключают к началу В второй его обмотки, конец Yвторой обмотки — к началу С третьей обмотки, конец Z третьей обмотки — к началу Апервой обмотки. Пример соединения показан на рис. 3.6. При данном способе соединения фазных обмоток и подключении трехфазного генератора к трехпроводной линии линейное напряжение по своему значению сравнивается с фазным: Uф = Uл

 

Контрольные вопросы

 

1. Перечислите основные параметры, характеризующие переменный ток.

2. Дайте определение частоты и единицы её измерения.

3. Дайте определение амплитуды и единицы её измерения.

4. Дайте определение периода и единицы его измерения.

5. Отличие простейшего генератора трёхфазного тока от генератора однофазного тока.

6. Что такое фаза?

7. Что представляет собой ротор генератора трёхфазного тока?

8. Почему сдвинуты по фазе обмотки статора генератора трёхфазного тока?

9. Особенность симметричной системы трёх фаз.

10. Принцип соединения фазных обмоток трёхфазных генераторов и трансформаторов по схеме «звезда».

11. Принцип соединения фазных обмоток трёхфазных генераторов и трансформаторов по схеме «треугольник».

 

3.2. Виды сопротивлений в цепях переменного тока

В цепях переменного тока сопротивления разделяют на активные и реактивные.

В активных сопротивлениях, включенных в цепь переменного тока, электрическая энергия преобразуется в тепловую. Активным сопротивлением R обладают, например, провода электрических линий, обмотки электрических машин и т.д.

В реактивных сопротивлениях электрическая энергия, вырабатываемая источником, не расходуется. При включении реактивного сопротивления в цепь переменного тока возникает лишь обмен энергией между ним и источником электрической энергии. Реактивное сопротивление создают индуктивности и ёмкости.

Если не учитывать взаимное влияние отдельных элементов электрической цепи, то в общем случае электрическая цепь синусоидального тока может быть представлена тремя пассивными элементами: активным сопротивлением R, индуктивностью L и емкостью C.

Активное сопротивление в цепи переменного тока.

При включении в цепь переменного тока активного сопротивления, ток и напряжение совпадают по фазе (рис. 3.7) и изменяются по одному и тому же cинусоидальному закону: u=Umsinωt. Они одновременно достигают своих максимальных значений и одновременно проходят через нуль (рис. 3.7.б).

Для цепи переменного тока, содержащей только активное сопротивление, закон Ома имеет такую же форму, как и для цепи постоянного тока: I=U/R.

Электрическая мощность р в цепи с активным сопротивлением в любой момент времени равна произведению мгновенных значений силы тока iи напряжения u: p=ui.

 

 

Рисунок 3.7. Схема включения в цепь переменного тока активного сопротивления R (a), кривые тока i, напряжения u и мощности p (б) и векторная диаграмма.

 

Из графика видно, что изменение мощности происходит с двойной частотой по отношению к изменению тока и напряжения, т.е. один период изменения мощности соответствует половине периода изменения тока и напряжения. Все значения мощности положительные, это означает, что энергия передается от источника к потребителю.

Средняя мощность Рcp, потребляемая активным сопротивлением, P=UI=I2R – это и есть активная мощность.

Под индуктивностью Lбудем понимать элемент электрической цепи (катушку индуктивности, потерями которой можно пренебречь), способный запасать энергию в своём магнитном поле, который не имеет активного сопротивления и ёмкостиС (рис.3.8).

При включении в цепь переменного тока индуктивности, изменяющийся ток непрерывно индуцирует в ней э.д.с. самоиндукции eL= LΔi/Δt,где Δi/Δt – скорость изменения тока.

Когда угол ωtравен 90° и 270° скорость изменения тока Δi/Δt =0, поэтому э.д.с. eL=0.

Скорость изменения тока будет наибольшей, когда угол ωtравен 0°, 180° и 360°. В эти минуты времени э.д.с. имеет наибольшее значение.

Кривая мощности представляет собой синусоиду, которая изменяется с двойной частотой по сравнению с частотой изменения тока и напряжения. Мощность имеет положительные и отрицательные значения, т.е. возникает непрерывный колебательный процесс обмена энергией между источником и индуктивностью.

 

 

Рисунок 3.8. Схема включения в цепь переменного тока индуктивности (а), кривые тока i, напряжения u, э.д.с. eL (б) и векторная диаграмма (в)

Э.д.с. самоиндукции согласно правилу Ленца направлена так, чтобы препятствовать изменению тока. В первую четверть периода, когда ток увеличивается, э.д.с. имеет отрицательное значение (направлена против тока).

Во вторую четверть периода, когда ток уменьшается, э.д.с. имеет положительное значение (совпадает по направлению с током).

В третью четверть периода ток меняет своё направление и увеличивается, поэтому э.д.с. направлена против тока и имеет положительное значение.

В четвёртую четверть периода ток уменьшается и э.д.с. самоиндукции стремится поддержать прежнее положение тока и имеет отрицательное значение. В результате ток отстает от напряжения по фазе на угол 90О.

Сопротивление катушки или проводника переменному току, вызванное действием э.д.с. самоиндукции, называется индуктивным сопротивлением ХL [Ом]. Индуктивное сопротивление не зависит от материала катушки и от площади поперечного сечения проводника.

В цепях переменного тока катушки индуктивности соединяют последовательно и параллельно.

При последовательном соединении катушек эквивалентная индуктивность и эквивалентное индуктивное сопротивление XLэ будут равны:

Lэ=L1+L2+… XLэ=XL1+XL2+…

При параллельном соединении катушек:

1/Lэ=1/L1+1/L2+… 1/XLэ=1/XL1+1/XL2+…

 

Контрольные вопросы

 

1. Какие виды сопротивления в цепях переменного тока Вы знаете?

2. Что значит активное сопротивление?

3. Что такое реактивное сопротивление?

4. Какие элементы цепи создают реактивное сопротивление ?

5. Что такое активная мощность?

1. Дайте определение индуктивности.

2. Что происходит в первую четверть периода колебательного процесса обмена энергией между источником и индуктивностью?

3. Что происходит во вторую четверть периода колебательного процесса обмена энергией между источником и индуктивностью?

4. Дайте определение индуктивного сопротивления.

3.3. Конденсаторы. Ёмкость в цепи переменного тока

 

Конденсатор – устройство, способное накапливать электрические заряды.

Простейший конденсатор представляет собой две металлические пластины (электроды), разделенные диэлектриком.

Каждый конденсатор характеризуется номинальной емкостью и допустимым напряжением. Напряжение конденсатора указывают на корпусе, и превышать его нельзя. Конденсаторы различаются формой электродов (плоский), типом диэлектрика и ёмкостью (постоянной и переменной).

 

 

Воздушные

Cостоят из системы подвижных пластин (ротора) и неподвижных пластин. Применяются в качестве плавно регулируемых небольших переменных емкостей в радиотехнических устройствах.

Керамические

Изготавливаются из керамических пластин или трубок. Обкладками служат два слоя серебра, нанесенные на противоположные поверхности, снаружи покрываются специальной эмалью. Применяют в радиотехнике

Слюдяные

Имеют обкладки из металлической фольги или серебра, нанесенного тонким слоем на поверхность слюдяных прокладок. Пакет из таких элементов запрессовывается в пластмассу.

Бумажные

Обкладками служат ленты из фольги, а диэлектриками – ленты из специальной конденсаторной бумаги, пропитанной вазелином. Ленты сворачивают в рулон, прессуют и помещают в металлический или фарфоровый корпус.

Электролитические

Имеют обкладки из алюминиевой фольги в виде полосок. Поверхность одной полоски покрыта слоем окисла алюминия (+), является диэлектриком – это обкладка. Второй обкладкой служит электролит, которым пропитана бумажная лента. Помещают в алюминиевый корпус (-).Имеют большую емкость и применяются в цепях постоянного тока.

Энергия заряженного конденсатора – энергия, сосредоточенная в электрическом поле конденсатора.

Заряд и разряд конденсатора

Если соединить пластины с источником энергии постоянного тока, то будет происходить заряд конденсатора.

При зарядке конденсаторасвободные электроны, имеющиеся на одном из его электродов, устремляются к положительному полюсу источника, вследствие чего этот электрод становится положительно заряженным. Электроны с отрицательного полюса источника устремляются ко второму электроду и создают на нем избыток электронов, поэтому он становится отрицательно заряженным. На одной пластине будет накапливаться положительный, а на другой отрицательный заряды. В результате протекания зарядного тока на обоих электродах конденсатора образуются равные, но противоположные по знаку заряды, и между ними возникает электрическое поле, создающее между электродами конденсатора определенную разность потенциалов. Когда эта разность потенциалов станет равной напряжению источника тока, движение электронов в цепи конденсатора, т. е. прохождение по ней тока прекращается. Этот момент соответствует окончанию процесса заряда конденсатора.

При отключении от источникаконденсатор способен длительное время сохранять накопленные электрические заряды. Заряженный конденсатор является источником электрической энергии, имеющим некоторую ЭДС.

Если соединить электроды заряженного конденсатора каким-либо проводником, то конденсатор начнет разряжаться. При этом по цепи пойдет ток разряда конденсатора. Начнет уменьшаться и разность потенциалов между электродами, т. Е. конденсатор будет отдавать накопленную электрическую энергию во внешнюю цепь. В тот момент, когда количество свободных электронов на каждом электроде конденсатора станет одинаковым, электрическое поле между электродами исчезнет и ток станет равным 0. Это означает, что произошел полный разряд конденсатора, т. Е. он отдал накопленную им электрическую энергию.

Свойство конденсатора накапливать и удерживать электрические заряды характеризуется его ёмкостью.

Ёмкость С определяется как отношение заряда q, накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов (приложенному напряжению)U: C=q/U. Измеряется в фарадах. Емкостью в 1Ф обладает конденсатор, у которого при сообщении заряда в 1 Кл (Кулон) разность потенциалов изменяется на 1 В.

Емкость конденсатора зависит от формы и размера электродов, их взаимного расположения и свойств диэлектрика, разделяющего электроды.

 

Ёмкость в цепи переменного тока

В цепи постоянного тока ёмкость после процесса зарядки не пропускает электрический ток.

При подключении ёмкости к источнику переменного тока, происходит непрерывный процесс заряда-разряда, при этом через ёмкость проходит переменный ток

i=Δq/Δt i=CΔU/Δt

 

Рис.5.11. Схема включения в цепь переменного тока ёмкости (а), кривые тока i,

напряжения u (б) и векторная диаграмма (в)

 

Кривая мощности представляет собой синусоиду, которая изменяется с двойной частотой по сравнению с частотой изменения тока и напряжения. Мощность имеет положительные и отрицательные значения, т.е. возникает непрерывный колебательный процесс обмена энергией между источником и емкостью.

В течение первой четверти периода происходит заряд ёмкости и в цепи течёт ток заряда, который считается положительным. При этом по мере заряда ёмкости и увеличения разности потенциалов на электродах, а ток i уменьшается. При ωt=90°ёмкость полностью разряжается. Разность потенциалов на электродах становится равной напряжению uисточника и ток i=0.

Во второй четверти периода ёмкость начнёт разряжаться и ток iизменяет своё направление (становится отрицательным). При ωt=180°,когда u=0,ток iразряда достигнет максимального значения. В этот момент изменяется полярность напряжения uисточника и начинается процесс перезаряда ёмкости при противоположном (отрицательном) направлении тока i.При ωt=270° заряд прекращается, ток iстановится равным нулю и начинается разряд при первоначальном (положительном) направлении тока.

Таким образом, ёмкость в течение одного периода изменения напряжения uдважды заряжается и дважды разряжается. Следовательно, в цепи непрерывно протекает переменный ток i.

Этот ток опережает напряжение по фазе на 90О. Сопротивление, которое ёмкость оказывает переменному току, называется ёмкостным Х.

Для характеристики процесса обмена энергией между источником и ёмкостью введено понятие реактивной мощности ёмкости. QС=UСI, [вар]

 

Щелочные аккумуляторы.

Наиболее распространены никель-железные (НЖ) и никель-кадмиевые (НК) щелочные аккумуляторы. В тех и других активная масса положительного электрода в заряженном состоянии состоит из гидрата окиси никеля NiOOH, к которому добавляют графит и окись бария.

Графит увеличивает электропроводность активной массы, а окись бария – срок службы. Активная масса отрицательного электрода никель-железного аккумулятора состоит из порошкового железа с добавками, а никель-кадмиевого аккумулятора из смеси порошкового кадмия и железа. Электролитом служит раствор едкого калия с примесью моногидрата лития, которая увеличивает срок службы аккумулятора.

Электрохимические реакции, протекающие при заряде и разряде щелочного аккумулятора, можно представить следующими уравнениями:

2Ni(OOH)+2KOH+Fe 2Ni(OH)2+2KOH+Fe(OH)2

2Ni(OOH)+2KOH+Cd 2Ni(OH)2+2KOH+Cd(OH)2

 

Ni(OОH) –гидрат окись никеля;

КОН – едкий калий.

 

 

Рисунок 4.3. Полублоки отрицательных и положительных пластин (а) и общий вид (б)

никель-железного аккумулятора ТПНЖ, применяемого на тепловозах:

 

1 – выводной штырь; 2 – шпилька; 3 – положительные пластины; 4 – стальные никелерованные рамки (ламели); 5 – сепараторы; 6 – отрицательные пластины; 7 – корпус;

8 – резиновый чехол; 9 – отверстие с пробкой для заливки электролита

 

Рисунок 4.4. Полублоки отрицательных и положительных пластин (а) и общий вид (б) никель-кадмиевого аккумулятора НКН-100 для э.п.с.: 1 - отрицательные пластины; 2 – соединительный мостик; 3 – выводной штырь; 4 - положительные пластины; 5 - отверстие с пробкой для заливки электролита; 6 – крышка; 7 – сепаратор; 8 – корпус; 9 – резиновый чехол  

 

Полностью заряженный аккумулятор имеет э.д.с. приблизительно 1,45 В. Вследствие большого внутреннего сопротивления его напряжение при разряде значительно меньше этого значения. При разряде напряжение быстро падает до 1,3 В, затем медленно до 1 В. Разряжать ниже этого напряжения запрещается.

Преимущества щелочных аккумуляторов:

· при их изготовлении не используется дефицитный свинец;

· они обладают большей выносливостью и механической прочностью, не боятся сильных токов разряда, тряски, ударов и даже коротких замыканий;

· при длительном бездействии несут малые потери на саморазряд и не портятся, имеют большой срок службы;

· при работе выделяют меньшее количество вредных газов и испарений;

· имеют меньший вес;

· менее требовательны в отношении постоянного квалифицированного ухода.

Недостатками являются:

· меньшая э.д.с;

· более низкий к.п.д.

· более высокая стоимость.

Контрольные вопросы

 

1. Каково назначение аккумулятора?

2. Принцип работы кислотного аккумулятора.

3. Принцип работы щелочного аккумулятора.

4. Достоинства щелочных аккумуляторов.

5. Недостатки щелочных аккумуляторов.

6. Чему равна э.д.с. полностью заряженного аккумулятора?

7. Из чего состоит простейший кислотный аккумулятор?

8. Как называются устройства, преобразующие химическую энергию в электрическую?

9. Что такое электролит?

10. Что такое электролиз?

11. На какие составляющие распадается молекула серной кислоты?

12. Из чего состоит гальванический элемент Вольта?

13. Как происходит поляризация элемента?

14. Какое воздействие оказывают ионы водорода на работу аккумуляторной батареи?

15. Что такое сухой гальванический элемент?

16. Как проходит электрический ток в жидких проводниках?

17. Какова конструкция кислотных аккумуляторов?

18. Расскажите об устройстве щелочных аккумуляторов.

19. Каким образом заряжают аккумуляторы?

20. Что служит признаком конца заряда у кислотного аккумулятора?

21. Что служит признаком конца заряда у щелочного аккумулятора?

22. Как соединяют аккумуляторы в батарею?

 

4.3. Способы соединения аккумуляторов в батарею

Последовательное: когда минус каждого предыдущего источника соединен с плюсом последующего. По второму закону Кирхгофа результирующая э.д.с. равна сумме э.д.с. отдельных аккумуляторов. Чем больше аккумуляторов в цепи, тем больше напряжение на приёмниках.

Еб12+… = nЕа; Ro=R1+R2+…= nRoa;

Если батарея будет замкнута на внешнее сопротивление R, то

I=nEa/Ron+R.

Последовательно соединяют аккумуляторы, когда напряжение потребителя выше напряжения одного аккумулятора.

Параллельное: когда положительные зажимы нескольких аккумуляторов соединяют между собой и выводят на общий плюс, и отрицательные зажимы соединяют между собой и выводят на общий минус.

Еб=Е12=…=Еа; Ro=Roa/n; I=Ea/(Ro/n+R).

Рисунок 4.5. Напряжение, приложенное к приёмнику, при различном числе последовательно соединённых аккумуляторов

 

 

Параллельное соединение применяют, когда напряжение потребителя равно напряжению одного аккумулятора, а ток, необходимый потребителю, больше разрядного тока одного аккумулятора.

Рисунок 4.6. Последовательное (а) и параллельное (б) соединение аккумуляторов

Смешанное соединение применяется, когда аккумуляторы не обеспечивают возможности получения необходимого тока и напряжения. На рис. 4.7 в каждой из двух параллельных групп аккумуляторной батареи имеется по два последовательно соединённых аккумулятора.

Рисунок 4.7. Смешанное соединение аккумуляторов

 

Аккумуляторные батареи в большинстве случаев составляются из последовательно соединённых аккумуляторов. Смешанное и параллельное соединение аккумуляторов применяют редко, т.к. трудно обеспечить равномерное распределение тока между параллельными ветвями.

 

Контрольные вопросы

1. Какие виды соединения аккумуляторов Вы знаете?

2. В чём суть последовательного соединения аккумуляторов?

3. Какое соединение аккумуляторов называется параллельным?

4. Какое соединение аккумуляторов называется смешанным?

 

Электронно-дырочный переход

Полупроводникаминазываются материалы, имеющие на внешнем уровне по 4 электрона. Особенностью полупроводников является то, что каждый электрон образует общую орбиту с электроном соседнего атома.

Химическую связь двух соседних атомов называют ковалентнойили парноэлектронной.

При отсутствии примесей и температуре, близкой к абсо­лютному нулю, все валентные электроны атомов в кристалле полупроводника взаимно связаны и свободных электронов нет, полупроводник не обладает проводимостью.

При повышении температуры или при облучении увеличивается энергия электронов, что приводит к частичному нарушению ковалентных связей и появлению сво­бодных электронов.

Уже при комнатной температуре под действи­ем внешнего электрического поля свободные электроны переме­щаются и в кристалле возникает электрический ток.

Электропровод­ность, обусловленная перемещением свободных электронов, называ­ется электронной проводимостью полупроводника или n-проводимостью.

При появлении свободных электронов в ковалентных связях образуется свободное не заполненное электроном место - «электронная дырка». Так как дыр­ка возникла в месте отрыва электрона от атома, то в области ее образования возника­ет избыточный положительный заряд. При наличии дырки какой-либо из электронов со­седних связей может занять место дырки и нормальная ковалентная связь в этом месте восстановится, но будет нарушена в том месте, откуда ушел электрон. Новую дырку займет следующий электрон и т. д.

Перемещение дырок подобно перемещению положительных зарядов и называется дырочной электропроводностью или р-проводимостью. Под действием внешнего электрического поля дырки перемещаются в







ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2022 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.