Общие сведения. Электроникой – называют одну из разветвленных отраслей электротехники, которая реализует знания (науку) об электрофизических свойствах и процессах в
Электроникой – называют одну из разветвленных отраслей электротехники, которая реализует знания (науку) об электрофизических свойствах и процессах в полупроводниках, диэлектриках, в вакууме, плазме и т.д. при создании и использовании разнообразных изделий с электронными компонентами. На основе этой науки организована электронная промышленность и осуществляется эксплуатация электронной техники.
Промышленная электроника – наука о применении электронных приборов и устройств в промышленности.
В промышленной электронике можно выделить три области:
- информационную электронику (ИЭ);
- энергетическую электронику (ЭЭ);
- электронную технологию (ЭТ).
Информационная электроника – является основой электронно-вычислительной, информационно-измерительной техники и автоматизации производства.
Энергетическая электроника – является основой устройств и систем преобразования электрической энергии средней и большой мощностей. Сюда относятся выпрямители, инверторы, мощные преобразователи частоты и др.
Электронная технология – включает в себя методы и устройства, используемые в технологических процессах, основанные на действии электрического тока и электромагнитных волн различной длины (высокочастотный нагрев и плавка, ультразвуковая резка и сварка и т.д.).
Главные свойства электронных устройств (ЭУ):
- высокая чувствительность;
- быстродействие;
- универсальность.
Чувствительность электронных устройств – это абсолютное значение входной величины, при котором электронное устройство начинает работать. Чувствительность современных электронных устройств составляет 10-17 А по току, 10-13 В по напряжению, 10-24 Вт по мощности.
Быстродействие электронных устройств обуславливает их широкое применение в автоматическом регулировании, контроле и управлении быстропротекающими процессами, достигающими долей микросекунды.
Универсальность заключается в том, что в электронных устройствах используется электрическая энергия, которая сравнительно легко получается из различных видов энергии и легко преобразуется в другие виды энергии, что очень важно, т.к. в промышленности используются все виды энергии.
В настоящее время широкое применение в промышленной электронике находят полупроводниковые приборы, т.к. они имеют важные достоинства:
- высокий КПД;
- долговечность;
- надежность;
- малые габариты.
Одним из главных направлений развития полупроводниковой электроники является интегральная микроэлектроника.
В последние годы широкое применение получили полупроводниковые интегральные микросхемы (ИС).
Микросхема – микроминиатюрный функциональный узел электронной аппаратуры, в котором элементы и соединительные провода изготавливаются в едином технологическом цикле на поверхности или в объеме полупроводника и имеют общую герметическую оболочку.
В больших интегральных схемах (БИС) количество элементов (резисторов, диодов, конденсаторов, транзисторов и т.д.) достигает нескольких сотен тысяч, а их минимальные размеры составляют 2…3 мкм. Быстродействие БИС привело к созданию микропроцессоров и микрокомпьютеров.
Дальнейшее развитие электроники открыло новый раздел науки и техники – оптоэлектроника. Физическую основу оптоэлектроники составляют процессы преобразования электрических сигналов в оптические и обратно, а также процессы распространения излучения в различных средах.
Оптоэлектроника открывает реальные пути преодоления противоречия между интегральной полупроводниковой электроникой и традиционными электрорадиокомпонентами (резисторы переменные, кабели, разъемы, лампы накаливания и т.д.).
Области применения постоянного тока.
Из всех видов энергии наиболее широкое применение имеет электрическая энергия, так как по сравнению с другими видами энергии (механической, тепловой, ядерной и др.) она обладает важным преимуществами: ее можно передавать на большие расстояния и достаточно просто распределять по потребителям, изменять параметры (значение напряжения, число фаз и др.) и преобразовывать.
Преобладающая часть электрической энергии производится на тепловых, гидравлических и атомных электростанциях вращающимися электрическими машинами, которые генерируют трехфазное переменное напряжение частотой 50 Гц. Трехфазный переменный ток находит широкое применение на промышленных предприятиях, в сельском хозяйстве и в быту.
Однако в ряде важных областей техники нельзя обойтись без постоянного тока, основными потребителями которого являются:
- электролизные установки для получения алюминия, меди, цинка и других технически чистых металлов;
- установки электрохимического покрытия металлом поверхности другого металла с целью повышения коррозионной стойкости, твердости и т.д. (например, никелирование и хромирование железа и др.);
- устройства для зарядки аккумуляторных батарей;
-двигатели постоянного тока на промышленных предприятиях и в электрифицированном транспорте;
- в линиях электропередачи на большие расстояния при высоком напряжении.
Все более широкое применение получает переменный ток частотой 400-2500 Гц для питания электроинструмента, высокоскоростных асинхронных двигателей электрошпинделей шлифовальных станков и др. Применение повышенной частоты позволяет значительно снизить массу электромагнитных устройств (трансформаторов, электродвигателей и др.).
Указанные факторы обуславливают необходимость преобразования переменного тока в постоянный, изменения частоты тока, а порой приходится преобразовывать постоянный ток в переменный (например, при рекуперативном торможении двигателей постоянного тока).
Вращающиеся и статические преобразователи.
До недавнего времени в качестве преобразователей тока и частоты применялись преимущественно двигатель-генераторы, в которых постоянный ток или переменный ток повышенной частоты получался с помощью генераторов, приводимых во вращение трехфазными двигателями переменного тока (асинхронными или синхронными).
Конструктивно двигатель и генератор устанавливаются на общей фундаментной плите, а валы их соединяются муфтой. При работе агрегата двигатель преобразует электрическую энергию в механическую, а генератор производит обратное преобразование.
Электромашинное преобразование электрической энергии имеет существенные недостатки: во-первых, двигатель-генераторы имеют значительную массу и габариты, так как каждая из электрических машин выбирается на полную мощность нагрузки; во-вторых, к.п.д. таких установок, определяемый произведением к.п.д. двигателя и генератора, низкий; в-третьих, вращающиеся преобразователи при работе создают акустический шум.
В настоящее время постоянный ток получают путем непосредственного выпрямления переменного тока с помощью электрических вентилей, которые осуществляют переключения в цепи выпрямителя. Такие преобразователи называются статическими и в отличие от вращающихся не имеют промежуточной ступени механической энергии.
Применение вентильных преобразователей позволяет заменить вращающиеся машины статическими аппаратами, повысить к.п.д. установки, устранить шум и т.д.
Дата добавления: 2014-12-20; просмотров: 2253;