Elektrotehnika (1)

Elektrotehnika ja elektroonika
1. Elektrivälja potentsiaal, pinge, elektromotoorjõud.
Elektrivälja punkti potentsiaal on mingisse punkti paigutatud positiivse ühiklaengu q potentsiaalne energia, mis tekib, sest ta võib hakata väljajõu mõjul liikuma, mille puhul see jõud teeb tööd.
Pinge – elektrivälja kehe punkti vaheline pinge on suurus, mida mõõdetakse tööga, mis kulub positiivse ühiklaenug ühest punktist teise üleviimiskeks. U=A/q
Elektromoroorjõud on mitteelektrivälja mööduks; toiteallika kogupinge . Elektromotoorjõud on töö, mida teevad vooluallikas toimivad kõrvaljõud ühikulise laengu (1 C) üleviimisel.
Elektromotoorjõud on võrdne potentsiaalide vahega vooluallika klemmidel välise ahela puudumisel.
2. Elektrivool : ühik, suund, valem
Elektrivool on elektrilaengute suunatud liikumine. Voolu suunaks loetakse positiivselt laetud aineosakeste suunda, ehk elektroonide liikumise vastassuunda. Ühik= 1A; valem: I=Q/t (Q-elektrihulk; t-aeg)
3. Elektriline takistus ja juhtivus , eritaksitus ja erijuhtivus
Elektritakistuseks nim. voolutugevuse sõltuvust peale pinge veel juhi omadustest. Takistus on juhi omadus avaldada vastupanu elektrivoolule R=U/I
Elektrijuhtivus on takistuse pöördväärtus (G=1/R), mis näitab, kuidas antud juht juhib elektrivoolu.
Eritakistus näitab, kui suur on sellest ainest valmistatud ühikulise pikkuse ja ristlõikepindlalaga juhtme takistus. takistus sõltub materjalist, on kasulik sisse tuua suurus, mis iseloomustab materjali elektrijuhtivust. Selliseks suuruseks on eritakistus (või erijuhtivus). Ühtlase ristlõikega juhi korral on takistus võrdeline juhi pikkusega (seda suurem, mida pikem on juht) ning pöördvõrdeline ristlõikepindalaga (seda väiksem, mida jämedam on juht); võrdeteguriks ongi siis eritakistus :
Eritakistuse pöördväärtust nim. erijuhtivuseks. Ühik 1 oom
4. Ohmi seadus kogu vooluringi kohta ning osa ahela kohta
Vool suletud vooluringis on võrdeline allika emj-ga ja pöördvõrdeline ahela kogutakistusega I=E/R0+R
Ohmi seadus mingi ahelaosa kohta: mingis ahela osas on vool võrdne selle ahelaosa pingega ja pöördvõrdeline selle ahela osa takistusega. I= U/R
5. Takitsite jadaühendus, rööpühendus, segaühendus
Jadaühendus on selline ühendus, kus I takisti lõpp on ühendatud teise algusega, teise lõpp kolmanda algusega jne, ning nende vahel ei ole mingit hargnemist. Vool kõikides ahela osades on võrdne I=I1=I2=I3 (K.I.s); allika kogu klemmipinge võrgub klemmipingete laenguga U=U1+U2+U3; ahela kogutakistus on takistite summa R=R1+R2+R3; pinged on võrdelised vastavate takistustega U1/R1=U2/R2=U3/R3
Rööpühenduses on takustite algused ühendatud ühte punkti, kuid nende lõpud teisse . Pinged kõikides harudes on samad U1=U2=U3=U, koguvool võrdub üksikute voolude summaga I=I1+I2+I3 (K.I.s); voolud on võrdelised oma juhtivustega I1/G1=I2/G2=I3/G3; ahela kogujuhtivus võrdub nende harude juhtivuste summaga G=G1+G2+G2
Segaühenduseks nim sellist ühendust, mille puhul osad takistid on ühendatud jadamisi, teised aga rööbiti. Kuna neid kombinatsioone on tohutult, siis pole nende lahendamiseks ühtset valemit. Seepärast lahendatakse segeühenduse ülesandeid järk-järgult kasutades jada- ja rööpühenduse valemeid.
6. Voolu soojustoime. Joule-Lenzi seadus. Juhi takistuse sõltuvus temperatuurist
Elektivool tekitab soojust kõikides elektrijuhtides, mida ta läbib. Laengukandjad põrkuvad juhis liikudes kokku teiste aineosakestega ja annavad neile osa oma kineetilisest energiast, mille tulemusena hakkavad aineosakesed intensiivsemalt võnkuma ja toimub elektrienergia muundumine soojusenergiaks. Energia jäävuse seaduse põhjasl on saadud soojushulk Q võrdne kulutatud elektritööga.
Joule-Lenzi seadus: Vooluga juhtmes eralduv soojushulk on võrdeline voolutugevuse ruudu, juhtme takistuse ja ajaga Q=I2Rt
Juhi takistuse sõltuvus temperatuurist: soojenemisel metallide takistus suureneb, vedelike, gaaside ja pooljuhtide oma aga väheneb. Aine takistuse temperatuurisõltuvust näitab tema takistuse temperatuuritegur .
7. Juhtmete ristlõike valik
Juhtmete ja kaablite ülesandeks on elektroonika seadistes elektrivoolu juhtimine, seetõttu valmistatakse nad tavaliselt vasest, harvemini alumiiniumist.
Juhtmete ristlõike valilkul lähtutakse kahest tingimusest: a) lubatud vooli järgi (ehk soojenemise järgi) Q=I2Rt ->t0C; Il=Ia(Il-lubatud vool käsiraamatutes; Ia-arvutuslik vool K.s ja Ohmi järgi)
b) lubatud pingekao järgi: ∆Ul>=∆Ua, kus ∆Ul on lubatud pingekadu toiteliinis.
8. Kirchhoffi seadused
Kirchhoffi I sedaus: mingi sõlme juurde viidud voolutugevuste summa on võrdne äraviidud voolutugevuste summaga. Kehtib sõlmede kohta (voolu seadus)
Kirchhoffi II seadus: mistahes suletud vooluringis allikate emj-de algebraline summa võrdub takistite pingelangude algebralise summaga selles vooluringis. ΣE=ΣIR
9. Ühe allikaga lineaarahelate arvutus
Arvutustes kasutatakse Ohmi ja Kirccoffi I seadust
10. Mitme allikaga lineaarahelate arvutus Kirchhoffi seaduste alusesl
11. Liitahelate arvutus sõlmepingemeetodil
Sõlmpunkt on elektriahela punkt, milles on ühendatud 3 või enam juhet . Mistahes sõlme voolude algebarline summa=0, väljuvate voolude summat loetakse negatiivseks.
12. Töö ja võimsus
Töö on energia, mida teeb keha pannes suletud vooluringis elektrilaenguid liikuma A=Uit (1J)
Võimsus avaldab seadme töövõimeid. Võimsus on töö, mida tehakse 1 sekundi vältel P=II (1W)
13. Mittelineaarsed elemendid. Mittelineaarsed elektriahelad ja nende lahendamine.
Mittelineaarse alalsivoolu takistus sõltub temperatuurist jt välismõjudest
14. Magnetvoog . Magnetväljatugevus. Elektromagnetiline jõud. Vasaku käe reegel
Magnetvooks φ läbi väljaga ristioleva pinna nim. voolutiheduse B ja pindala S korrutist: φ=BS
Magnetväljatugevus näitab, milline magnetiline ergutus langeb 1 m
Elektromagnetiline jõud: vastassuunalised magnetväljad tõmbuvad, samasuunalised tõukuvad. Selle tulemusena mõjub vooluga juhtmele magnetväljas elektromagnetiline jõud F, suund määratakse vasaku käe reegliga .
Vasaku käe reegel: Kui panna vasak käsi nii, et magnetvälja jõujooned on suunatud peopessa ning sõrmed näitavad voolu suunda, siis näitab välja sirutatud pöial juhtmele mõjuva jõu suunda.
15. Elektromagnetiline induktsioon . Parema käe reegel
Elektromagnetiliseks induktsiooniks nimetame nähtust, kus magnetvoo muutumine kutsub kinnises kontuuris esile elektromotoorjõu, mis on võrdeline magnetvoo kahanemise kiirusega.
Parema käe (e. kruvi) reegel: Kui (parempoolne) kruvi panna liikuma piki vooluga juhet nii, et kruvi pea pöörlemine ühtib magnetilise induktsiooni vektori suunaga, siis kruvi ise liigub voolu kulgemise suunas.
16. Siinuselise emj saamine. Siinusvoolu parameetrid
Siinuselektromotoorjõudu võib saada, kui homogeenses magnetväljas konstantse nurkkiirusega pöörata juhtmekeerdu ümber telje, mis on risti magnetjõujoonte suunaga.
Siinusvoolu parameetrid: amplituud (võnkuva keha maksimaalset kõrvalekalle tasakaalu­asendist); nurksagedus ; algfaas; hälve.
Seda, et tegemist on perioodilise liikumisega, järeldame siinusfunktsiooni (või koosinuse) perioodilisusest. Et nende funktsioonide periood on , tuleb võnkeperioodiks faas :
17. Siinusvoolu, -pinge, -emj kujutamine vektoritena. Vektordiagramm
18. Vool poolis. Mahtuvusega vooluring . Takistuskolmnurk
Tegelikul ehk reaalsel poolil on nii aktiiv - kui ka induktiivtakistus . Need takistused langevad tegelikult ühte, kuid tinglikult võib neid kijutleda jadamisi ühendatutuna. Jadamisi ühendamisel on vool ühine, pinge jaguneb aktiivkomponendiks, mis on vooluga faasis ja induktiivkomponendiks, mis on voolust 900 faasist ees.
Mahtuvusega vooluring
Takistuskomlnurk
19. Ahelate arvutus tarvitite jadaühenduse puhul
20. Vahelduvvoolu RLC-rööpahel. Pingeresonants
Pingeresonants on olukord, kus vahelduvvoolu jadaahelas XL=XC, siis UL=UC ning pingekolmnurk taandub sirglõiguks ning kogupinge U on vooluga I faasis. Võrdsed ja vastassuunalised pinged UL ja UC kompentseeruvad vastastiku ning vooluahelal on aktiivtakistuse iseloom.
21. Ahelate arvutus tarvitite rööpühenduse puhul. Juhtivused vahelduvvooluahelas
22. Vahelduvvooli RLC-rööpahel. Vooluresonants
Vooluresonantsiks nim nähtust, kus ahela takistus kasvab lõpmata suureks ning see omakorda tähendab voolu lakkamist.
23. Vahelduvvooluvõimsus. Võimsuskolmnurk. Võimsustegur ja selle parandamine
Võimsustegur cosφ=P/S näitab, mitmenfiku osa toiteallika näivvõimsusest saab tarviti kasutada aktiivvõimsusena. Cosφ vähenemisel vool sama aktiivvõimsuse korral suureneb, koos sellega suurenevad ka võimsuskaod generaatorites, trafode ja ülekandeliinides.
Cosφ parandamiseks on 2 võimalust: 1) koormata töökodade elektrimootoreid täisvõimsusega, vältida tühijookse ja alakoormatust; 2) rööbiti mootoritega ühendada sobiva mahtuvusega kondensaatoreipatareid, mille mahtuvusvool kompentseerib kas osaliselt või täielikult mootorite induktiivvooli ja vabastab sellest toiteallikad ning ülakandeliinid.
24.Kolmefaasilise emj saamine vahelduvvoolugeneraatoris ja selle omadusi
Kolmefaasilist emj saab sünkroonmootori abil ning sellega on võimalus tekitada elektromagnetvälja.
Kolmefaasiliseks vahelduvvoolusüsteemiks nim süsteemi kolmest ühefaasilisest voolust, mida tekitanud 3 emj on ühesuguse amplituudi ja sagedusega, kuid nihutatud 1200 või 1/3 perioodi võrra.
Kolmefaasilise emj põhiomadus: kolmefaasiline süsteem on taskaalustatud, mis tähendab, et igal hetkel nende emj hetkväärtuste summa on 0. see tähendab: ea+eb+ec=0 ehk Σe=0. puuduseks on suur juhtmete arv generaatori ja tarvitite vahel.
25. Kolmefaasiline sümmeetriline süsteem tähtühenduses. Voolud ja pinged
26. Kolmefaasiline sümmeetriline süsteem kolmnurkühenduses. Voolud ja pinged
27. Mõõtevead. Täpsusklass. Elektrimõõteriistade liigitus
Mõõtevead väljendavad ligikaudsust e ebatäpsust, mis tulenevad mõõteriistast, mõõtemeetodist ning teistest tingimustest, mille tõttu on iga mõõtetulemus mingil määral ebatäpne. Absoluutseks veaks nim mõõdetava suuruse mõõdetud ja tegeliku väärtuse vahet. Suhteline e relatiivne viga on absoluutse vea ja mõõdetava suuruse tegeliku väärtuse suhe protsentides.
Mõõteriista täpsust iseloomustab taandatud viga, mille all mõistetakse absoluutse vea ja mõõteriista skaala nimiväärtuse suhet väljendatuna protsentides. Suurima lubatava taandatud vea alusel jagatakse elektrimõõteriistad nt GOST -i järgi 9 tüpsusklassi. Mõõteriista tõpsusklassi märgitakse tema sklaalal arvuga. Mõõteriist on seda täpsem mida väiksem on ta lubatav viga.
Elektrimõõteriisti liigitatakse mitmesugustel alustal. Näitaks: 1)mõõdetava suuruse( otstarbe ) järgi; 2) vooluliigi järgi a)alalisvoolu b)vahelduvvoolu c) alalis ja vahelduvvoolu d) kolmefaasilise voolu mõõteriistad; 3) tüpsuse järgi; 4)töötingimuste järgi; 5) ehituse ja tööpõhimõttete järgi
28. Magnetoelektrilised mõõteriistad. Voolu mõõtmine
Magnetoelektrilistel mõõteriistadel koosneb liikumatu osa põsimagnetist, pehmest terassilindrist ja magnetšundist. Viimase nihutamisega saab reguleerida püsimagneti väljatugevust, kui see aja jooksu nõrgeneb. Liikuv osa koosneb teljele kinnitatud alumiiniumraamist, millel paikneb peen isoleertraadist mähis. Vool juhitakse mähisesse ja sealt välja kahe spiraalvedu abil. Teljel olev vedru koos vastukaaludega tasakaalustavad osuti raskuse. Raam paikneb õhupilus püsimagneti pooluste ja terassilindri vahel. Voolu suuna muutumisel pöörab liikuv osa vastassuunas , seega näitab mõõteriist ka voolusuunda. Magnetoelektrilised mõõteriistad on amper-, volt- ja oommeeter .
Voolu mõõdetakse ampermeetriga, mis jadaühendatakse ahelasse. Ampermeetri takistus peab olema võimalikult väike, et pingelang ja võimsuskaod temas oleks väiksed. Mõõteulatuse laiendamiseks rööpühendatakse ampermeetirga šunt, mis juhib osa mõõdetavat voolu riistast mööda. Šnut vähendab ka mõõteriista takistust. Vahelduvvooluahelates laiendatakse mõõteulatust spetsiaalsete voolutrafodega, mis on mõeldud töötamiseks lühirežiimil.
29. Elektromagnetilised mõõteriistad. Pinge mõõtmine
Elektromagnetiliste mõõteriistade mõõtemehhanism koosneb paigalseivast poolist mõõdetava vooluga, mis tekitab magnetvälja. Viimase mõjul magneetub eksentrliselt teljele kinnitatud pehmest terasest ankur ning tõmbub pooli sisse, pöörates telge koos osutiga. Vedru tekitab vastumomendi. Voolu suuna muutumisel magneetub südamik ümber ja tõmbub ikkagi pooli sisse, seega saab seda mõõteriista kasutada nii alalis- kui ka vahelduvvoolu mõõtemiseks. Kasutatakse amper- ja voltmeetrina. Mõõteriist talub lühiaegseid ülekoormusi.
Pinget mõõdetakse voltmaatriga, mis rööpühendatakse tarviti või toiteallikaga. Voltmeetri takistus peab olema võimalikult suur, et tema vool ja võimsuskaod oleksid väiksed. Voltmeeri mõõteulatuse laiendamiseks jadaühendatakse temaga eeltakisti, mis suurendab ka mõõteriista takistust. Madalpinge-, vahelduvvoolu- ja kõrgepingeahelates laiendatakse voltmeetri mõõteulatust pingetrafode abil, mille primaarmähis rööpühendatakse vooluvõrku ning sekundaarmähisega ühendatakse 100 V nimipingega voltmeeter.
30. Oommeeter. Takistuste mõõtmine. Meger. Isolatsioonitakistuse mõõtmine
Oommeetril on sissemonteeritav või külgeühendatav toitapatarei, millega on jadaühendatud sisseehitatud reostaat , magnetoelektriline mõõteriist ja klemmid, mille külge on ühendatud mõõdetav takisti, millega on rööbiti nuplüliti. Oommeetril on pööratud skaala, mille 0 asub skaala lõpus. Mõõdetav takisti ühendatakse oommeetri klemmidega, vajutatakse nuplülitile noing pööratakse reostaadi nuppu seni, kuni osuti näitab 0-i. Lüliti vabastamisel näitab osuti skaala takisti väärtust.
Megeriga kontrollitakse isolatsioonitakistust. Megeri kerra on paigaldatud käsitsi vändatav püsimagnetiga alalisvoolugeneraator nimipingega 500 või 1000 V, mis toidab logomeetrit. Mõõteulatust saab muutu ümberlülitiga.
Isolatsioonitakistuse mõõtemiseks tuleb juhtmestik lülitada pingevabaks, sulgeda kõik lampide ja mootorite lülitid, keerata lambid pesadest välja ning ühendada toitejuhtmed mootorite klemmide küljest lahti. Juhtme ja maa vahelise isolatsiooni takistuse mõõtemiseks ühendatakse megeri juhtmeklemm vastava juhtmega ja maaühendusklemm maaga. Vända ettenähtud kiirusega pööramisel näitab osuti mõõdetava takistuse väärtust. Kahe juhtme vahelise isolatsioonitakistuse mõõtemiseks tuleb need ühendada megeri klemmidega.
31. Elektrodünaamilised ja ferrodünaamilised mõõteriistad. Võimsuse mõõtmine
Elektrodünaamiliste mõõteriistade mõõtemehhanism koosneb liikumatust poolist ning selle sees paiknevast liikuvast poolist, mis on kinnitatud teljele koos kahe spiraalvedru, osuti ja selle vastukaaluga. Liikumatut pooli läbiv vool tekitab magnetvoo, mistõttu liikuva pooli voolust läbitud külgedele mõjub elektrodünaamiline jõud. Vahelduvvoolu korral muutuvad voolude I1 ja I2 suunad üheaegselt ning pöördemoment jääb samasuunaliseks. Seetõttu saab selle mõõteriistaga mõõta nii alalis- kui vahelduvvoolu. Mõõteriista kasutatakse amper­meetrina, voltmeetrina ja vattemeetrina.
Ferrodünaamiliste mõõteriistade mõõtemehhanismi ehitus ja tööpõhimõte on peaaegu samasugune kui magnetoelektrilistel mõõteriistadel. Erinevuseks on see, et liikumatud südamikud on elektrotehnilisest terasplekist. Liikumatu pooli vool tekitab magnetvälja, milles pöördub liikuv pool. Terasest magnetahel tugevdab mõõtemehhanismi magnetvälja mille tulemusena suureneb pöördemoment ja tundlikus ning väheneb väliste magnetväljade mõju.
Võimsust mõõdetakse vattmeetriga
32. Induktsioonmõõteriistad. Elektrienergia mõõtemine
Induktsioonmõõteriistade mõõtemehhanism töötab ainult vahelduvvooluga. Poolid vooludega I1 ja I2 asuvad elektrotehnilisest terasplekist koostatud südamikel, mis on paigutatud teineteise suhtes sobiva nurga all. Vahelduvvool tekitab ühes poolis vahelduva magnetvoo, mille muutumine indutseerib alumiiniumkettas pöörisvoolu. Induktsioonmõõteriistu kasutatakse vahelduvvoolu aktiivenergia arvestina.. sel juhul ühendatakse ta poolid vooluahelasse samamoodi kui vattemeetri vastavad poolid. Siis on keetta pöördemoment võrdeline mõõdetava aktiivvõimsusega.
Elektrienergia mõõtmine: vahelduvvoolu energiat mõõdetakse induktsioonarvestiga. Toodetakse ühe ja kolmefaasilisi arvesteid, mis võivad sõltuvalt vooluvõrgust ola kas kahe või kolmesektsioonilised. Arvesti klemme katva karbi siseküljele on trükitud ühendusskeem, mistõttu tema ühendamine ei tohiks olla probleemiks. Alalisvooluarvesteid enam ei toodeta, sest akude laadmiseks või muuks otstarbeks vajalik alalisvool saadakse vahelduvvoolu aladamisel ning kulutatud energiat mõõdetakse sel juhul vahelduvvooli poolelt.
33. Mitteelektriliste suureuste elektriline mõõtmine
Elektrilisel teel saab mõõta kõiki mõõdetavaid mitteelektrilisi suurusi: aeg, kiirus, jõud, rõhk, temp. Jm. Siin ilmnevad elektrimõõtmiste eelised, et elektrimõõteriistad on väga täpsed ha tundlikud saab nendega mõõtea pidevalt ja kuage maa tagant ja automatiseerida ja kontrollida nende abil tootmisprotsesse. Mitteelektriline suurus tuleb anduri abil muuta elektriliseks ja mõõte seda elektrimõõteriistadega, mille skaala on gradueeritud vastava mitteelektrilise suuruse ühikutes.
34. Trafod: ehitus, tööpõhimõte, olulised parameetrid
Trafo on elektromagneetiline aparaat , mis on ette nähtud pinge muutmiseks muutumatul sagedusel.
Lihtsaim trafo koosneb kahest mähisest, mis parema omavahelise magnetilise sidestumise tagamiseks on paigutatud ühisele ferromagneetilisele südamikule, mis on harilikult valmistatud elektrotehnilisest lehtterasest. Kui primaarmähes ühendada vahelduvvoolu­allikaga, mille pinge on U1, tekib südamikus vool I1 ja vahelduv magnetvoog φ, mis sekundaarmähises indutseerib vahelduvpinge U2. Kui sekundaarmähis ühedada tarvitiga, mille takistus on R, tekib neid vool I2.
Nende tööpõhimõtteks on elektromagnetiline induktsioon-primaarmähisesse juhitav vahelduvvool I1 tekitab terassüdamikus vahelduva magnetvoo amplituudiga φ, mille muutumine indutseerib mõlemas mähises emj.
Parameetrid: nimivõimsus, nimipinge, nimivoolud, võimsuskaod, lühisepinge, tühijookusvool
35. Magnetvõimendi
Ehk magnetmuunduri puhul kasutatakse ahela lülitamiseks ferromagnetilise südamikuga induktiivpooli omadusi. Eraldi juhtmähiste ning sisemise positiivse tagasiside abil saab ferromagnetilise südamiku viia hõlbsasti küllastamata olekust küllastunud olekusse või vastupidi ning sellega muuta palju jõuahelasse lõlitatud induktiivpooli reaktiivtakistust. Magnetvõimendeid kasutati põhiliselt madalpingeahelates ning nende väljundvoolud ulatusid sadadesse ampritesse. Ta võimendustegur on suhteliselt väike, mistõttu võimendusteguri suurendamiseks tuli kasutada magnetvõimendite kaskaadlüüsi.
36. Alalisvoolumasinate ehitus ja tööpõhimõte
Masina staator koosneb õõnessilindrikujulisest teraskerest, mille külge on kinnitatud poolused koos neile paigutatud ergutusmähistega mida läbiv ergutusvool tekitab magentvälja. Poolused koostatakse elektrotehnilisest terasplekist, nende otste kuju tagab ergutusmähise hea kinnituse ja magnetvoo soovitava joatumise pooluuste ja ankru vahelises õhkpilus. Ergutusmähise otsad on toodud klemmplaadile. Kere otsetesse kinnitatakse poltidega laagrikilbid. Ühe laagrikilbi siseküljele on kinnitatud harjahhoidikud koos harjadega , mille küljest suunduvad painduvad vaskjuhtmed masina klemmiplaadile.
Alalisvoolumasinad on pööratavad nagu sünkroonmasinadki, st neid võib kasutada generaatori ja mootorina. Ankrumähis koosneb paljudest sektsioonidest, mis on kommutaatori­­lestade kaudu omavahel ühendatud ja moodustavad kinnise ringmähise.
37. A­lalisvoolumootorid: ehitus, tööpõhimõte, mehhaaniline karakteristik, käivitamine, reverseerimine
Alalisvoolumootoreid kasutatakse elekterveonduses ja mitemesuguste tööpinkide ajamites, autodes jm.
Magnetväli tekitatakse alalisvoolumasinas poolustega. Poolused on kas püsimagnetitest või tekitatakse elektrivooluga ergutusmähistes. Poolused on kinnitatud silindriliste terasikke külge, mis on üheaegselt masina kereks ja magnetahela osaks. Seda masinaosa, kus luuakse magnetväli nim. induktoriks. Vooluga juhtmeks on mähis, mis paikneb elektrotehnilisest terasesplekist valmistatud rootori uuretes. Seda masinaosa nim. ankruks ja mähist ankrumähiseks. Mähise pöörlemisel magnetväljas on juhtmekeerule mõjuva jõu suund sõltuv keeru asendist. Et ankur pöörleks, tuleb iga poolpöörde järgi muuta voolu suunda poolis. Seda tehakse neutraaljoonel, kus poolis tekkivad jõud on võdsed ja vastassuunalised, ega pööra enam ankrut, sest möörelmismoment=0. Selleks on masina võllil kommutaator, mis pöörleb koos ankrumähisega ja muundab voolu suunda. Kommutaator koosneb üksteisest isoleeritud lestadest. Ankrumähise pooliotsad on ühendatud lestadega. Vool juhitakse ankrumähisesse harjadega, mille vahel pöörlevad kommutaatorilestad.
Iga pool on ühendatud 2 lestaga. Mida rohkem on masinas poole, seda ühtlasem on pöörlemiskiirus.
Selle järgi, kuidas on omavahel ühendatud masina ankru ja ergutusmähis, liigitatakse alalisvoolumootoreid: sõltumatu e võõrergutusega masin, kus ankrumähist ja ergutusmähist toidetakse eraldi; rööpergutusega e haruvoolumasin, kus ergutusmähis on ühendatud ankrumähisega rööbiti; jadaergutusega e peavoolumasin, kus ergutusmähis on ühendatud ankrumähisega jadamisi; liitergutusega e segaergutusega masin, mille poolustel on nii rööpergutusmähis kui jadaergutusmähis.
Alalisvoolumootori pöörlemissuuna muutmiseks on vaja muuta voolu suunda kas ankrumähises või ergutusmähises. Polaarsuse muutumisega masina klemmidel pöörlemissuunda muuta ei saa. Reverseerimiseks tuleb muuta kas ankruvoolu või ergutusvoolum jättes teise neist vooludest samasuunaliseks. Alalisvoolumootorit ei tohi käivitada otselülitamisega liinipingele. Tekkiv käivitusvool on nimivoolust kuni paarkümend korda suurem (seda suurem, mida suurem ja mida kiirem on mootor). Suur vool tekitab kommutaatori ringtule ja rikub kommutaatori ning seega kogu mootori. Käivitamiseks kasutatakse pinge sujuvat tõstmist või käivitustakistit. Otsekäivitamine on mõeldav väikeste pingete ja väikese mootori korral, mille ankrumäise takistus on suur.
Pöörlemiskiiruse reguleerimine toimub kuni nimikiiruseni ankrupinge tõstmisega nimipingeni. Edasine kiiruse tõstmine, kui masina ehitus seda võimaldab, toimub ergutusvooli vähendamisega.
38. Asünkroonmootorid: ehitus, tööpõhimõtte, mehhaaniline karakteristik, käivitamine, reverseerimine
Enimkasutatavaks jõuallikaks maailmas on asünkroomootor. Lühisrootoriga asünkroonmootor ei vaja peaaegu mingit hooldust. Asünkroonmootori põhiosadeks on staator ja rootor . Staator om mootori paigalseisev osa, mis paikneb mootorikeres, mis fikseerib kõik masinaosad omavahel ja millega mootor kinnitatakse tööpingile. Veerelaagrid paiknevad laagrikilpides, mis tagab masinaosade kontsentrilisuse. Keres paikneb staatori magnetsüdamik, mis on koostatud 0,3-0,5 mm paksustest stantsitud staatroplekkidest, mis on omavahel isoleeritud. Staatori uuretes on pöördmagnetvälja tekitav kolmefaasiline mähis. Laagritel pöörleb võllile kinnitatud rootor. Samuti on seal ventilaator jahutusõhu saamiseks. Mootori elektriliseks ühendamiseks on kerel klemmikarp.
Staatorimähisest, täpsemini tema pooluspaaride arvust sõltub mootori pöörlemiskiirus. Sünkroonkiirus (magnetvälja pöörlemiskiirus) sõltub nii sagedusest kui ka pooluspaaride arvust. Vool tekitatakse asünkroonmootori rootoris olevas lühimähises induktsiooni teel. Selleks peab rootor pöörlema veidi aeglasemini kui magnetväli. Staatormähises loodava magnetvälja pöörlemiskiiruse ja rootori pöörlemiskiiruse erinevust nim libistuseks, mida võib tõlgendada ka rootori suhtelise mahajäämisena sünkroonkiirusega pöörlevast staatori magnetväljast. Rootor pöörleb asünkroonselt. Kui mootori koormus kasvab, siis libistus suureneb, seega suureneb ka rootoris indutseeritud emj ja seega ka vool. Lisaks pöörlemiskiirusele ja voolule sõltuvad koormusest ka kasutegur ja võimsustegur cosφ
Asünkroonmootori lülitamisel võrgupingele tekib suur käivitusvool, mille algväärtus on tavaliselt 5-7 korda nimivoolust suurem, ja mis kiiruse kasvades väheneb esialgu üsna aeglaselt. Lülitamisel võrgupingele on ka mootori võimsustegur esialgu väike. Oluline on mainida, et asünkroonmootori moment on võrdeline pinge ruduga. Mootori käivitusvoolu vähendamiseks ja käivitusaja juhtimiseks sobib hästi sujuvkäiviti, kiiruse reguleerimiseks sobib sagedusmuundur. Mootori pöörlemissuuna muutmiseks tuleb klemmikarbis omavahel vahetada kaks toitepingejuhet. Mootori andmed saab teada mootori sildilt.
39. Sünkroongeneraatorid: ehitus, tööpõhimõte, olulised karakteristikud
Sünkroongeneraator on vahelduvvoolumasin, mille magnetväli ja selle pöörlev osa ( induktor ) pöörlevad sünkroonselt (on ühed ja samad).
40. Pooljuhtide elektrijuhtivus. Lisandjuhtivus . Pn- siire
Keemiliselt puhaste pooljuhtide elektrijuhtivus on võimalik juhul, kui lagunevad kovalentsed sidemed kristallides. Kovalentsete sidemete katkemise kutsub esile näiteks soojendamine suhteliselt madalete temperatuurideni. Kui kovalentsed sidemed katkevad , tekivad vabad laengukandjad ning saame rääkida pooljuhi omajuhtivusest ehk n-tüüpi juhtivusest. Mida kõrgemale tõsta pooljuhi temperatuuri, seda suurem on lõhutud kovalentsete sidemete arv ja seda suurem on vabade laengukandjate arv. See aga tähendab, et keemiliselt puhaste pooljuhtide eritakistus väheneb temperatuuri tõusmisel. Ses suhtes on pooljuhid metallidest erinevad, sest metallide eritakistus suureneb temperatuuri tõusmisel.
Kui puhtas , kristallilise ehitusega pooljuhis, saab elektron energia mis on vajalik kovalentse sideme purustamiseks, siis elektron " lahkub " oma kohalt, mille tulemusel rikutakse kristalli elektroneutraalsus selles kohas. Kohas, kust elektron lahkus, tekib positiivse laengu ülejääk, moodustub positiivne auk. See positiivne auk käitub nagu laeng, mis on absoluutväärtuselt võrdne elektroni laenguga. Elektroni lahkumisest tekkinud auku võib liikuda naaberelektron, see on aga samaväärne sellega, et nihkus positiivne auk.Välise elektrivälja puudumisel võib auk liikuda kaootiliselt kogu pooljuhi ulatuses. Kui laengukandjad liiguvad aines kaootiliselt, siis elektrivoolu aines ei tekki. Kuna auk/augud liiguvad pooljuhis kaootiliselt, siis elektrivoolu pooljuhis ei tekki. Kui pooljuht sattub välisesse elektrivälja, siis hakkavad kohalt lahkunud elektronid triivima välja positiivse pooluse poole, augud aga kakkavad triivima välja negatiivse pooluse poole. Pooljuhi elektrijuhtivust, mis on tingitud aukude korrapärasest triivimisest nimetatakse auk-omajuhtivuseks ehk p-tüüpi juhtivuseks. Pooljuhis on vabu elektrone ja auke alati ühepalju, sellepärast on auk- ja elektronjuhtivusel pooljuhis ühesugune osatähtsus.
Pooljuhtide lisandjuhtivuseks nimetame elektrijuhtivust, mis on tingitud mingi lisandi, lisandtsentrite, lisamisest keemiliselt puhta pooljuhi kristallvõresse. Lisandtsentriteks võivad olla teiste keemiliste elementide aatomid . Näiteks, kui lisada puhtale sulagermaaniumile umbes 10−5% arseeni , siis tahkumisel tekib tavaline germaaniumi kristallvõre, ainult mõnes sõlmes on germaaniumi aatomite asemel arseeni aatomid. Lisandite ülesanne on tekitada kas lisaelektrone või lisaauke. Olgu näiteks ränipooljuhi kristallvõres üks räni aatom , millel on neli valentselektroni asendatud arseeni aatomiga, millel on viis valentselektroni. Neli arseeni aatomi valentselektroni moodustavad sidemed naaberaatomitega, viies elektron jääb aga üle. See üle jäänud elektron on aatomiga nõrgalt seotud ja saab väga lihtsalt aatomi juurest lahkuda. Kui pooljuht sattub välisesse elektrivälja, siis hakkavad triivima just sellised vabad elektronid, ning pooljuhis tekib elektron-lisandjuhtivus. Pooljuhte, mis juhivad elektrit sellisel viisil nimetatakse elektronpooljuhtideks ehk n-tüüpi pooljuhtideks. Aatomeid, mis tekitavad lisaelektrone nimetatakse doonoraatomiteks ehk doonorlisandiks.
Kui asendada ränipooljuhis neljavalentne räni aatom kolmevalentse indiumi aatomiga, jääb üks elektron kõikide kovalentsete sidemete moodustamiseks puudu. Lisandaatom saab aga moodustada kõik vajalikud sidemed, kui ta "laenab" puuduva elektroni mõnelt naaberaatomilt. Sellisel juhul jääb lahkunud elektroni asemele positiivne auk, mille saab omakorda täita mõne naaberaatomi elektroniga jne. Positiivse augu järjestikune täitmine elektroniga on samaväärne positiivse augu liikumisega. Kui selline pooljuht sattub välisesse elektrivälja, siis hakkab auk liikuma välja negatiivse pooluse suunas ning pooljuhis tekib auk-lisandjuhtivus. Pooljuhte, milles tekib elektrivool sellisel viisil nimetatakse lisandjuhtideks, aukjuhtideks ehk p-tüüpi pooljuhtideks. Aatomeid, mis tekitavad aukjuhtivuse nimetatakse aktseptoriteks ehk aktseptorlisandiks.
Kui pooljuhti lisada nii doonorlisandit kui aktseptorlisandit, pooljuhi elektrijuhtivuse tüüp sõltub üte või teist tüüpi lisandi kontsentratsioonist. See tähendab, kui ülekaalus on juhtivuselektronid, siis on pooljuht n-tüüpi, kui aga ülekaalus on augud, siis on pooljuht p-tüüpi.
Pn-siirde e tõkekiht on spetsiaalse tehnoloogilise protsessiga saadud p-juhtivusega pooljuhi ja n-juhtivusega pooljuhi piirikiht . Pn- siirdel on ventiili omadus-ta laseb hästi läbi voolu ühes suunas, kuid ei tee seda teises suundas. Pn siiret saab difuteerimise alusel.
41. Pooljuhtdioodid. Aladusdioodid: parameetrid, pinge-voolu tunnusjoon
Pooljuhtdiood on ühe pn- siirdega ja kahe väljega pooljuhtseadis. Ehitus:kujundatud pn-siire varustatakse kahe väljega ja elektroodidega ning paigutatakse hermeetilisse kesta, mis kaitseb teda niiskuse eest.
Alaldusdiood on ettenähtud madalasagedusliku vahelduvvoolu muundamiseks pulseerivaks alalsivooluks. Kasutatakse peamiselt ränipinddioode. Valmistatakse kahest dioodist koosnevaid komplekte, ühesuguste näitajatega jadalülituses dioodidest alaldustulpi ja erinevate skeemide järgi ühendatud dioodidest alaldusplokke.
Parameetrid: suurim lubatud alalisvool (IFmax on pärivoolu suurim keskväärtus; suurim lubatav alalisvastupinge URmax on dioodi siirdele rakendada lubatav vastupinge suurim väärtus; sagedusala piirdesagedus.
Pingevoolu tunnusjoon: (pütsepp:lk 48)
42. Ühefaasilised alaldid
Ühefaasilises ühetaktilises alaldis vool läbib dioodi ja tarvitit trafo sekundaarpinge poole perioodi ulatuses, st kuni sekundaarmähise otspunkt a on positiivne otspunkti b suhtes. See vool on pulseeriv, muutudes amplituudiväärtusest nullini. Alaldatud vooli alaliskomponent kujutab endast perioodi vältel tarvitit läbiva voolu keskväärtust Id=0,45 I2.
Poolperioodalaldi peamiseks puuduseks on väljundpinge tugev pulsatsioon ja trafo võimsuse ebapiisav kasutamine (pulsatsioonitegur q=1,57). Kõige parem on ühegaasilie sildlülituses alaldi , kus dioodid töötavad paariti . Täisperioodalaldis on ventiili läbiva voolu keskväärtus 2x väiksem kui tarvitit läbiva voolu keskväärtus ning trafo ümbermagneetumine on täielik.
43. Kolmefaasilised aladid
Keskväljavõttega alaldi on kolm ventiili. Iga ventiili läbib vool ühe kolmandiku vältel perioodist T, millal vastava faasi pinge ületab ülejäänud faaside oma.
Voolu alaliskomponent Id=1,17 I2 , pinge alaliskomponent U=1,17 U2
Sildlülitusega alaldi, kus ventiilid töötavad paariti: Ud=2,34 U2(faasipinge); URmas= sqrt3 U2max ja q=0,057
Paaritute numbritega ventiilide anoodid on ühendatud trfo sekundaarmähise otstega, kusjuures nende katoodise ühine punkt on välisahela positiivseks pooluseks. Paarisnumbriliste ventiilide ühendatud anoodid on välisahela negatiivseks pooluseks.
44. Stabilitron ja stabistor. Stabilitroniga pingestabilisaator
Stabilitron on pooljuhtdiood, mille tunnusjoonel on vooluteljega peaaegu paraleelne lõik, kus pinge sõltub voolust vähe
45. Bipolaartransitorid. ÜE-ühenduses transistori tunnusjooned ja parameetrid
Bipolaartransistor on enamasti germaaniumist või ränist pooljuhtseadis, mis koodneb kolmest p- ja n-juhtivusega kihist ning kahest nendevahelisest pn-siirdest, kusjuures võimendusprotsessidest võtavad osa nii elektronid kui ka augud.
ÜE(ühisemitriga)-ühenduses transistor on levinuim, kuna ta annab suure pinge- ja vooluvõimenduse ning sisend ja väljundtakistused ei ole teineteisest väga erinevad, see võimaldab astemid hõlbsalt sisendada. Välistunnusjooned saadakse kollektorvoolu Ik sõltuvusena kollektori ja emitteri vahelisest pingest Uce püsiva baasivoolu korral.
46. Võimendi struktuur. Signaali moonutused. Võimendutegur
Tehnikas on sageli vaja suurendada signaalide võimsust. Selleks ettenähtud elektronlülitusi nim võimenditeks. Võimendatav signaal antakse võimendi sisendklemmifele. Signaali allikaks võib olla andur, raadioantenn, mikrofon jne. Võimendi väljundklemmidega ühendatakse tarviti (täitemehhanism, valjuhääldi). Signaali võimendamine toimub seejuures toiteallika energia arvel.
Väljund- ja sisendsuuruse muutuse suhet nim. võimendusteguriks Ku=Uv/Us
Sageduspiirkonda, mille ulatuses võimendi võimendus ei lange allapoole ettenähtud väärtust, nim võimendatavaks sageduseks. Võimendi amplituudi-sageduse tunnusjoon näitab võimendusteguri K sõltuvust võimendatava signaali sagedusest.
Sagedusmoondustegur iseloomustab sagdusmoonutust. Need on tingitud reaktiivelementidest, mille tekistused sõltuvad sagedusest. Tingimuseks on, et sagedusmoondetegur peab olema väiksem-võrdne 1,25
Tunnusjoon
47. ÜE-ühenduses transistorvõimendusaste
48. Tagasiside transistorvõimendis. Transistori temperatuuristabilisatsioon
49. Operatsioonvõimendid
Operatsioonvõimendid on itegraallülitid. Põhilised lülitused operatsioonvõimendi: tagasisidega inventeeriv lülitus Ku=-R1/R2. positiivsele sisendsignaalile vastab negatiivne väljundsignaal. Võimendustegur on väiksem kui ilma tagasisideta operatsioonvõimendi, aga ta on hästi stabiilne.
Idealiseeritud OV_di võimendustegur läheneb lõpmatusele. Sisendtakistused lõpmata suured, väljundtakistuse R=0.
Vähesed väliskomponente lisades saab luua mitmesuguse otstarbega lülitusi, mille parameetrid sõltuvad praktiliselt üksnes vastusideahela omadustest. Kasutatavateks tagasisidestatud OV lülitusteks on pingejagur, integreeriv ja mitteintegreeruva lülitusega OV.
Mitteintegreeruva lülituse korral on sisendpinge rakendatud miteinventeerivale sisendile. Tagasipinge pingejaguri R1-R“ kaudu antkase inventeerivale sisendile. Väljundpinge on määratud pingede vahega. Tegemist on negatiivse jadasidemega. Võib kindlaks teha, et tagasisidestatud OV pingevõimendustegur sõltub ainult takistusest.
Inveteeritava lülituse puhul sisendsignaal antakse inventeerivale sisendile takistuse kaudu, kusjuures mitteinventeeriv sisend on ühendatud nullklemmiga.
50. Loogikaelemendid. Loogika algebra
Digitaaltehnikas dominis kasut. Kahendsüsteemi järg põhjustel: funktsiooni realiseerimise lihtsus; tehte sooritamise põhimõtteline lihtsus; funktisionaalne ühtusu Booli algebraga, mis on loogikaül matemaatiline alus. Tõsi-vastab signaal 1, vale-vastab signaal 0
Loogikalülituste talitus põhineb transistorlülitustel. Põhielemendid: VÕI-loogiline liitmine : väljundis 1 siis, kui vähemalt ühel sisendil on signaal 1; JA-loogiline korrutamine:väljundis on 1 ainult siis, kui tema kõigil sisendeil on signaal 1; kõigi muude signaalikombinatsioonide korral oon väljundsignaal 0; EI-loogiline eitus : väljundis on 1 siis, kui tema sisendsignaal on 0
51. Trigerid
Triger on kahe stabiilse väljundolekuga loogikalülitus, millel on otseväljund ja tavaliselt ka pöördväljund. Erinevalt loogikaelementidest, mille väljundolek on määratud sisendsignaalide kombinatsiooniga, sõltub trigeri väljundsignaal veel sellest, milliseks oli kujunenud väljundolek eelnevalt saabunud sisendsignaalide mõjul. Seega on trigeril mälu – ta peab meeles oma eelneva oleku. Loogikalülituste koostamise lihtsustamiseks on trigeril 2 väljundit: otsene RS-triger, ja PS triger
52. Türistorid. Tüüritavad aladid
Türistor on selline pooljuhtelement, mis päripinge olemasolul pärast lühikese tüürvoolu impulsi andmist tüürelektroodile juhib voolu anoodilt katoodile. Türistor jääb avatud (juhtivasse) olekusse ka pärast tüürimpulsi lõppu. Türistor sulgub siis, kui anoodvool väheneb nullilähedaseks. Türistore valmistatakse kõigist pooljuht-lülituselementidest suurimale voolule ja lubatavale vastupingele. Türistoride kasutamisel alalisvooluahelates, näiteks autonoomsetes vaheldites, tuleb türistori sulgemiseks kasutada sulgeahelaid ehk sundkommutatsiooni ahelaid. Seetõttu pole türistoride kasutamine alalisvooluahelates levinud. Erandiks on väga suure pinge ja vooluga rakendused. Üheoperatsioonilise türistori sulgumine ehk üleminek juhtivast olekust suletud olekusse sarnaneb dioodi sulgumisega. Türistori sulgemiseks tuleb türistori anoodvoolu vähendada allapoole hoidevoolu IH (mõnikümmend mA).
Tüüritavate ja osaliselt tüüritavate alaldite väljundpinget saab juhtida muutes türistoride sisselülitamishetke ehk tüürnurka alates türistoridel päripinge tekkimise hetkedest. Mittetüüritava alaldi väljundpinget ei saa muuta teisiti kui vahelduvpinge suurusega. Kui tüüritava alaldi türistoride viivitus avamisel on suur ja väljundpinge on madalam koormuse pingest, siis tagastatakse koormuses salvestunud energiat vahelduvvooluvõrku. Seda nimetatakse vahelditalitluseks ja seadet, mis on projekteeritud niimoodi töötama, võrguga sünkroniseeritud vaheldiks (inverteriks). Võrguga sünkroniseeritud vaheldi saab energiat alalisvoolu- või
-pingeallikast vahelduvooluvõrku anda ainult siis, kui seal on olemas vahelduvpinge ning energiat tarbida suutvad toiteallikad või seadmed . Vaheldite skeemid ei erine põhimõtteliselt tüüritavate alaldite skeemidest, kuid kõik tüüritavad alaldiskeemid, nt. osaliselt tüüritavad ja vastudioodiga skeemid, ei saa töötada vaheldina.Võrguga sünkroniseeritud alaldid ja vaheldid vajavad töötamiseks vahelduvpinge olemasolu. Voolu üleminek ühest muunduri (s. t. alaldi või vaheldi) harust teise ja ventiilide sulgumine toimub sisendpingete mõjul ehk tegemist on loomuliku kommutatsiooniga. Tüüritavad alaldid ja võrguga sünkroniseeritud vaheldid moodustavad duaalse süsteemi, s. t. ühed ja samad tüüritavad muundurilülitused võivad reeglina töötada nii alaldi kui vaheldina. Seetõttu on raamatu mahu huvides otstarbekas vaadelda kõiki võrguga sünkroniseeritud muundureid üheskoos. Käsitletakse ainult tüüritavaid muundureid, kuna mittetüüritavad ja osaliselt tüüritavad alaldid on nende erijuhtumid, mis on tüüritavate muundurite teooria tundmisel lihtsalt tuletatavad.