Ответы на билеты по электротехнике на тему Мощность в однофазных цепях переменного тока. Треугольник мощностей. Способы измерения мощности.

Вопрос 31.
Вращающий момент асинхронного двигателя. Зависимость
момента от скольжения.
Ответ:
Вращающий момент асинхронного двигателя создается при взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с токами в проводниках обмотки ротора. Поэтому вращающий момент зависит как от магнитного потока статора Φ, так и от силы тока в обмотке ротора I2. Однако в создании вращающего момента участвует только активная мощность, потребляемая машиной из сети. Вследствие этого вращающий момент зависит не от силы тока в обмотке ротора I2, а только от его активной составляющей, т. е. I2 cos φ2, где φ2 — фазный угол между э. д. с. и током в обмотке ротора.
Таким образом, вращающий момент асинхронного двигателя определяется
следующим выражением:
M = CΦI2cos φ2,
где С — конструктивная постоянная машины, зависящая от числа ее полюсов и фаз, числа витков обмотки статора, конструктивного выполнения обмотки и принятой системы единиц.
При условии постоянства приложенного напряжения и изменении нагрузки двигателя магнитный поток остается также почти постоянным.
Таким образом, в выражении вращающего момента величины С и Φ постоянны и вращающий момент пропорционален только активной составляющей тока в обмотке ротора, т. е.
M ~ I2cos φ2
На рис.3 представлен график зависимости вращающегося момента
двигателя от скольжения:



Рис.3. График зависимости вращающегося момента двигателя от скольжения

В точке а двигатель работает устойчиво. Если двигатель под влиянием
какой-либо причины уменьшит частоту вращения, то скольжение его возрастет, вместе с ним возрастет вращающий момент. Благодаря этому частота вращения двигателя повысится, и вновь восстановится равновесие Мэм = М2.
В точке в работа двигателя не может быть устойчива: случайное отклонение частоты вращения приведет либо к остановке двигателя, либо к переходу его в точку а.
Следовательно, вся восходящая ветвь характеристики является областью устойчивой работы двигателя, а вся нисходящая часть - областью неустойчивой работы. Точка б, соответствующая максимальному моменту, разделяет области устойчивой и неустойчивой работы.









Билет 3.
1. Магнитная проницаемость веществ. Диа-, пара- и ферромагнетики.
Ответ:
Магнитная проницаемость — это величина, которая характеризует магнитные свойства данного вещества. Она зачастую зависит от состояния вещества (и от условий окружающей среды, таких как например температура и давление) и от его рода.
относительная магнитная проницаемость;
абсолютная магнитная проницаемость;
магнитная проницаемость вакуума ;

Единица измерения абсолютной магнитной проницаемости - 1 Гн/м (генри на метр или ньютон на ампер в квадрате), то есть это магнитная проницаемость такой среды, где при напряженности Н магнитного поля, равной 1 А/м - возникает магнитная индукция величиной 1 Тл.
В зависимости от численного значения все вещества можно поделить на три группы: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.
Вещества, для которых , называются диамагнетиками. К ним относятся висмут, медь, ртуть, серебро, золото, хлор, инертные газы и др.
Стержень из твердого диамагнетика или ампула с жидким (газообразным) диамагнетиком, помещеные в однородное магнитное поле, устанавливаются перпендикулярно линиям индукции поля. В неоднородном магнитном поле на диамагнетик действует сила, которая стремится вытолкнуть его за пределы поля.
Относительная магнитная проницаемость диамагнетика является величиной постоянной и не зависит ни от индукции внешнего магнитного поля B0 , ни от условий внешней среды (например, температуры,
давления и др.). Поэтому зависимость индукции магнитного поля в диамагнетике от внешнего магнитного поля является линейной (рис. 1).

Рис.1. Зависимость индукции магнитного поля в диамагнетике от внешнего магнитного поля

Диамагнетизм свойственен всем без исключения веществам, но
проявляется он только в тех веществах, суммарный магнитный момент атомов которых равен нулю.
Вещества, относительная магнитная проницаемость которых ,
называются парамагнетиками. К ним, в частности, относятся натрий, калий, магний, кальций, марганец, платина, растворы некоторых солей и др.
Образец парамагнетика в однородном внешнем магнитном
поле устанавливается вдоль линий индукции этого поля. В не-
однородном магнитном поле на парамагнетик действует сила, которая стремится втянуть его в область более сильного поля. Относительная магнитная проницаемость парамагнетиков, как и диамагнетиков, не зависит от внешнего магнитного поля. Поэтому зависимость индукции магнитного поля парамагнетика от внешнего магнитного поля также является линейной (рис.2).

Рис.2. Зависимость индукции магнитного поля в парамагнетике от внешнего магнитного поля

Парамагнетиками являются вещества, орбитальные магнитные
моменты атомов которых отличаются от нуля, а спиновые магнитные моменты атомов равны нулю.
Ферромагнетики – это вещества с большим значением относительной
магнитной проницаемости: . К ним относится небольшая группа кристаллических твердых тел таких, как железо, кобальт, никель, некоторые редкоземельные элементы, а также ряд сплавов. Специально озданные сплавы, для которых составляет десятки тысяч единиц, называют ферритами. Свойства ферромагнетиков определяются наличием в них при отсутствии внешнего поля областей самопроизвольной (спонтанной) намагниченности – доменов.
Если в пара- и диамагнетиках намагниченность изменяется с увеличением напряженности поля линейно, то в ферромагнетиках эта зависимость более сложная. В общем случае зависимость В(Н) задается кривой намагничивания (рис. 3, а), описывающей особенности изменения индукции магнитного поля материала, попадающего в магнитное поле с напряженностью Н.
Для сравнительной оценки процессов намагничивания различных материалов берется, например, тороид с равномерно нанесенной намагничивающей обмоткой.
Величина напряженности Н магнитного поля внутри тороида определяется током обмотки I:
Н = Iw/l = kI. (1)
Допустив, что ферромагнетик первоначально не намагничен (рис. 3, точка 0). Увеличивая ток I обмотки, а значит, и величину E, получаем первоначальную кривую намагничивания B(H). На всем этапе намагничивания материала направление вектора Н совпадает с направлением вектора В и J.

Рис. 3. Кривая намагничивания (а), зависимости магнитной проницаемости  от Н (б), формирование предельной петли гистерезиса (в, г)

В слабых полях, когда величина Н близка к нулю, составляющая индукции ВJ почти не оказывает влияние не величину В и на участке I зависимость В(Н) – линейная: В(Н)  BI = 0Н. В области II зависимость B(H)  нелинейна, в области IY – линейна. В области III кривая имеет перегиб (колено), после которого наблюдается область магнитного насыщения материала (область IY). Индукция магнитного поля в материале при этом достигает величины индукции насыщения Bs = 0Jнас; в области насыщения индукция В увеличивается по мере увеличения напряженности Н только за счет поля BI = 0Н, связанного с наличием тока в катушке.
В том случае, когда через обмотку катушки пропускается постоянный ток, в сердечнике возникает магнитное поле, характеризуемое соотношением: В = H(I), и по мере увеличения тока катушки, индукция достигает максимального значения Bs (режим технического насыщения).
Если через катушку пропускается переменный ток i(t), у которого изменяется не только величина, но и направление (рис. 3, в, г), то возникающее магнитное поле характеризуется переменным вектором напряженности Н, также меняющим как свою величину, так и направление.
2. Виды проводимости полупроводников.
Ответ:
Полупроводники бывают 2-ух видов: собственные и примесные, в свою очередь примесные разделяются на донорные и акцепторные.
Собственный полупроводник этотакой полупроводник, который не имеет примесей. Например Si (кремний).Этот элемент имеет 4 электрона на внешней оболочке . Кремний легко разделяет свои электроны с другими атомами кремния, образуя при этом валентные связи. Валентная связь - это такая связь, при которой атомы делят между собой общую пару электронов.
Электроны во всех связях будут присутствовать только при температуре абсолютного нуля. Если температура не равна нулю, то как известно, электроны имеют вероятность перейти из валентной зоны в зону проводимости. Чем выше температура - тем больше вероятность.
При температуре выше нуля некоторые связи разрушатся, а электроны перейдут в зону проводимости, оставив на своём месте нескомпенсированный положительный заряд - дырку. Дырка - это "частица", которая по массе равна электрону, но имеет положительный заряд.
При переходе электрона из валентной зоны в зону проводимости в валентной зоне остаётся дырка, то есть вакантное место для другого электрона.
При приложении внешнего напряжения электроны будут принимать участие в процессе протекания тока. Таким образом можно сделать вывод, что собственный полупроводник (его ещё называют полупроводником i-типа) - это полупроводник без примесей, в котором носители заряда появляются только за счёт теплового воздействия. Так же стоит отметить, что количество дырок равно количеству электронов.
Донорный полупроводник - это полупроводник, в который добавили донорную примесь. Донор отдаёт избыточные электроны.