Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

/ Горбунов А.Н. и др. Общая электротехника и электроника. - М., 2003 - 271 с

..doc
Скачиваний:
112
Добавлен:
23.08.2013
Размер:
164.86 Кб
Скачать

А.Н. Горбунов

И.Д. Кабанов

А.В. Кравцов

В.А. Петров

И.Я. Редько

ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

И

ЭЛЕКТРОНИКА

Допущено Министерством сельского хозяйства

Российской Федерации в качестве учебника

для студентов, обучающихся по

неэлектротехническим специальностям

Москва

2005

УДК 621.3(075.8)

ББК 32.2

Э 455

Рецензенты:

Кандидат техн. наук, доцент, заведующий кафедрой электротехники и автоматизации гидромелиоративных систем Московского государственного университета природообустройства В.В. Голобородько

Доктор техн. наук, профессор кафедры автоматизированного электропривода Московского энергетического института (технического университета) О.И. Осипов.

Горбунов А.Н. и др. Общая электротехника и электроника. Учебник для сельскохозяйственных вузов/ А.Н. Горбунов, И.Д. Кабанов, А.В. Кравцов, В.А. Петров, И.Я. Редько.– М.: 2003 – 271 с.: ил.

Под редакцией засл. работника высшей школы РФ, канд. техн. наук, профессора Кравцова А.В.

Рассмотрены основные понятия, свойства, методы анализа и расчета линейных электрических цепей постоянного и синусоидального тока при установившихся и переходных режимах, несинусоидальные, нелинейные, магнитные и импульсные цепи, электромагнитные устройства, электронные устройства и электрические измерения.

Учебник написан в соответствии с примерной программой дисциплины «Общая электротехника и электроника» (первый уровень), рекомендованной Министерством образования России. Он предназначен для студентов неэлектротехнических специальностей сельскохозяйственных вузов очной и заочной форм обучения.

ISBN 5-9546-0002-3

©Московский государственный агроинженерный университет, 2005 г.

©Челябинский государственный агроинженерный университет, 2005 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебник написан в соответствии с примерной программой дисциплины «Общая электротехника и электроника» (первый уровень), рекомендованной Министерством образования России, и предназначен для студентов неэлектротехнических специальностей сельскохозяйственных вузов очной и заочной форм обучения.

Электротехника – область знаний, изучающая электромагнитные явления и их практическое применение. Теоретические и практические методы электротехники применяются во многих областях – в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и др. Поэтому знания основ электротехники необходимы специалистам различных отраслей.

При подготовке учебника авторами использован многолетний опыт преподавания дисциплины в Московском и Челябинском агроинженерных университетах.

Авторы выражают признательность за рецензирование учебника сотрудникам кафедры электротехники и автоматизации гидромелиоративных систем Московского государственного университета природообустройства (заведующий кафедрой доц. В.В. Голобородько) и доктору техн. наук, профессору кафедры автоматизированного электропривода Московского энергетического института (технического университета) О.И. Осипову, полезные замечания, которых способствовали улучшению его содержания.

Все замечания и пожелания читателей будут с благодарностью приняты авторами. Их следует направлять по адресу: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 58, МГАУ, кафедра теоретических основ электротехники или kravtoe@emal.ru.

Авторы

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие

4

ВВЕДЕНИЕ

5

Часть первая. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ

Глава 1. ЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

7

1.1. Общие свойства

7

1.2. Электрический ток. Плотность тока. Электрическое напряжение

9

1.3. Закон Ома

11

1.4. Источник ЭДС и источник тока

12

1.5. Электрическая энергия и электрическая мощность

15

1.5.1. Электрическая энергия

15

1.5.2. Электрическая мощность

16

1.5.3. КПД источника энергии

16

1.6. Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС

16

1.7. Законы Кирхгофа

16

1.8. Преобразование линейных электрических схем

18

1.8.1. Последовательное соединение резисторов

18

1.8.2. Параллельное соединение резисторов

19

1.8.3. Смешанное соединение резисторов

20

1.8.4. Метод преобразований треугольника резисторов в эквивалентную звезду и наоборот

21

1.8.5. Последовательное соединение источников электрической энергии

22

1.8.6. Параллельное соединение источников

22

1.9. Расчет разветвленной электрической цепи с помощью законов Кирхгофа

25

1.10. Метод контурных токов

25

1.11. Метод двух узлов

27

1.12. Принцип наложения

28

1.13. Метод эквивалентного генератора

29

Глава 2. ЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА

32

2.1. Основные сведения

32

2.1.1. Амплитуда, частота и фаза синусоидального тока и напряжения

32

2.1.2. Действующее значение синусоидального тока

33

2.1.3. Векторное представление синусоидальных токов и напряжений

35

2.2. Резистор, индуктивная катушка и конденсатор в цепи синусоидального тока

36

2.2.1. Резистор в цепи синусоидального тока

36

2.2.2. Индуктивная катушка в цепи синусоидального тока

37

2.2.3. Конденсатор в цепи синусоидального тока

39

2.3. Анализ цепей синусоидального тока с помощью векторных диаграмм

40

2.3.1. Цепь, содержащая резистор и индуктивную катушку

40

2.3.2. Цепь, содержащая резистор и конденсатор

41

2.3.3. Последовательное соединение резистора, катушки и конденсатора

42

2.3.4. Неразветвленная цепь синусоидального тока

43

2.3.5. Параллельное включение приемников энергии

44

2.3.6. Мощности цепи синусоидального тока

57

2.4. Комплексный метод расчета цепей синусоидального тока

49

2.4.1. Векторное представление синусоидальных величин

49

2.4.2. Комплекс полного сопротивления и комплекс полной проводимости. Законы Кирхгофа в комплексной форме

51

2.4.3. Мощности в комплексной форме

52

2.5. Повышение коэффициента мощности в цепях синусоидального тока

53

2.6. Электрические цепи с взаимной индуктивностью

55

2.6.1. Общие сведения

55

2.6.2. ЭДС взаимной индукции.

56

2.6.3. Последовательное соединение двух индуктивно связанных катушек

58

Глава 3. ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ

60

3.1. Общие сведения

60

3.1.1. Трехфазный синхронный генератор

61

3.1.2. Схемы соединения трехфазных цепей

62

3.2. Симметричный режим работы трехфазной цепи

64

3.2.1. Симметричный режим при соединении нагрузки звездой

64

3.2.2. Симметричный режим при соединении нагрузки треугольником

66

3.2.3. Мощности симметричной трехфазной системы

67

3.3. Несимметричные режимы трехфазных цепей

67

3.3.1. Соединение звездой с нейтральным проводом

67

3.3.2. Соединение звездой без нейтрального провода

69

3.3.3. Соединение нагрузки треугольником

69

3.3.4. Мощности несимметричной трехфазной системы

69

Глава 4. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

71

4.1. Общие сведения

71

4.1.1. Понятие о переходных процессах

71

4.1.2. Законы коммутации

72

4.1.3. Переходный и свободный процессы

73

4.2. Переходные процессы в цепи с резистором и катушкой

74

4.2.1. Короткое замыкание цепи

74

4.2.2. Включение цепи с резистором и катушкой на постоянное напряжение

76

4.3. Переходные процессы в цепи с резистором и конденсатором

76

4.3.1. Короткое замыкание цепи с резистором и конденсатором (разряд конденсатора на резистор)

76

4.3.2. Включение цепи с резистором и конденсатором на постоянное напряжение (заряд конденсатора)

76

Глава 5. ЦЕПИ НЕСИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА

79

5.1. Общие сведения

79

5.2. Разложение несинусоидальных функций в тригонометрический ряд Фурье

79

5.3. Действующее и среднее по модулю значение несинусоидального тока и напряжения

80

5.4. Мощности цепи несинусоидального тока

81

5.5. Расчет электрических цепей несинусоидального тока

82

Глава 6. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО И СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА

84

6.1. Общие сведения

84

6.2. Расчет нелинейных цепей постоянного тока

85

6.2.1. Последовательное соединение нелинейных элементов

86

6.2.2. Параллельное соединение нелинейных элементов

87

6.2.3. Смешанное соединение нелинейных элементов

87

6.3. Нелинейные цепи переменного тока с ферромагнитными элементами

88

6.3.1. Нелинейные индуктивные элементы

88

6.3.2. Схема замещения и векторная диаграмма катушки с ферромагнитным магнитопроводом

90

Глава 7. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ И МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ

93

7.1. Ферромагнитные материалы и их магнитные свойства

93

7.2. Закон полного тока и его применение для расчета магнитного поля

94

7.3. Расчет неразветвленных магнитных цепей

96

Глава 8. ИМПУЛЬСНЫЕ ЦЕПИ

99

8.1. Общие сведения

99

8.2. Спектры некоторых непериодических и периодических функций

99

8.3. Дифференцирующие и интегрирующие цепи

101

Часть вторая. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСТРОЙСТВА

Глава 9. ТРАНСФОРМАТОРЫ

102

9.1. Назначение и принцип действия трансформатора

102

9.2. Основные соотношения в идеальном трансформаторе

104

9.3. Векторная диаграмма трансформатора

105

9.4. Схема замещения трансформатора

106

9.5. Опытное определение параметров схемы замещения трансформатора

107

9.6. Внешняя характеристика трансформатора

109

9.7. Мощность потерь и КПД трансформатора

111

9.8. Трехфазные трансформаторы

112

9.9. Параллельная работа трансформаторов

113

9.10. Специальные трансформаторы

114

9.10.1. Автотрансформаторы

114

9.10.2. Измерительные трансформаторы тока и напряжений

114

9.10.3. Сварочные трансформаторы

115

Глава 10. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

117

10.1. Принцип действия и устройство машин постоянного тока

117

10.2. Реакция якоря

120

10.3. Коммутация в машинах постоянного тока

122

10.4. Способы и схемы возбуждения машин постоянного тока и их классификация

124

10.5. Характеристики генератора независимого возбуждения

125

10.6. Характеристики генератора параллельного возбуждения

126

10.7. Характеристики генератора смешанного возбуждения

127

10.8. Характеристики генератора последовательного возбуждения

128

10.9. Характеристики и режимы работы двигателей постоянного тока

129

10.9.1. Скоростная, механическая и рабочие характеристики

129

10.9.2. Пуск двигателей постоянного тока

133

10.9.3. Регулирование скорости вращения двигателей

134

10.10. Генераторы постоянного тока для систем электропитания автомобилей и тракторов

134

Глава 11. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

136

11.1. Общие сведения

136

Асинхронные машины

136

11.2. Устройство асинхронного двигателя

136

11.3. Получение вращающегося магнитного поля

137

11.4. Принцип действия асинхронной машины и режимы ее работы

139

11.5. Электродвижущие силы в обмотках статора и ротора

141

11.6. Ток ротора

142

11.7. Частота вращения магнитного потока ротора

143

11.8. Уравнения магнитодвижущих сил и ток статора асинхронного двигателя

143

11.9. Схема замещения и векторная диаграмма асинхронного двигателя

144

11.10. Энергетический баланс асинхронного двигателя

146

11.11 Электромагнитный момент

148

11.11. Механическая характеристика

150

11.12. Пуск и регулирование скорости асинхронного двигателя

151

11.13.1. Основные способы пуска

151

11.13.2. Регулирование частоты вращения двигателя

153

11.13. Однофазный асинхронный двигатель

154

Синхронные машины

158

11.14. Общие сведения

158

11.15. Устройство синхронной машины

158

11.16. Холостой ход синхронного генератора

159

11.17. Реакция якоря синхронной машины

160

11.18. Индуктивное сопротивление синхронной машины

161

11.19. Схема замещения и упрощенная векторная диаграмма ЭДС и МДС синхронного генератора

162

11.21. Характеристики синхронного генератора при автономной работе

163

11.21. Параллельная работа синхронного генератора с сетью

164

11.23. Работа синхронной машины в режиме синхронного двигателя

165

11.24. Синхронные автотракторные генераторы

166

11.24.1 Вентильные генераторы с клювообразным ротором

166

11.24.2. Вентильные генераторы индукторного типа

166

11.24.3. Автотракторные генераторы переменного тока с постоянными магнитами

167

Часть третья. ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Глава 12. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

169

12.1. Электровакуумные приборы

170

12.2. Полупроводниковые приборы

170

12.2.1. Элементы физики полупроводников

170

12.2.2. Полупроводниковые диоды

174

12.2.3. Стабилитроны

176

12.2.4. Тиристоры

177

12.2.5. Холлотроны

179

12.2.6. Биполярные транзисторы

180

12.2.7. Полевые транзисторы

183

12.2.8. Интегральные микросхемы

185

Глава 13. ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

187

13.1. Индикаторные приборы

187

13.1.1. Электронно-лучевые индикаторы

187

13.1.2. Вакуумно-люминесцентные индикаторы

188

13.1.3. Газоразрядные индикаторы

188

13.1.4. Полупроводниковые индикаторы

190

13.1.5. Жидкокристаллические индикаторы

191

13.2. Оптоэлектронные приборы

192

13.2.1. Светоизлучающие диоды

192

13.2.2. Оптопары

192

13.2.3. Волоконно-оптические приборы

193

Глава 14. ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ГЕНЕРАТОРЫ

195

14.1. Электронные усилители

195

14.1.1. Транзисторные усилители

195

14.1.2. Усилители на микросхемах

198

14.1.3. Операционные усилители

199

14.2. Электронные генераторы

202

14.2.1. Генераторы синусоидальных колебаний

202

14.2.2. Мультивибраторы

204

Глава 15. ЭЛЕКТРОННЫЕ КОММУТИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И УСТРОЙСТВА

206

15.1. Электронные ключи

206

15.2. Триггеры

207

15.3. Электронные реле

208

15.4. Коммутационные схемы

209

Глава 16. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА

211

16.1. Логические элементы

211

16.2. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи электронных устройств

214

16.3. Микропроцессоры

216

Глава 17. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

219

17.1. Общие сведения

219

17.2. Выпрямители

219

17.2.1.Однофазные выпрямители

219

17.2.2. Трехфазные выпрямители

219

17.2.3. Управляемые выпрямители

223

17.3. Сглаживающие фильтры

223

17.4. Стабилизаторы

224

17.5. Инверторы

227

Часть четвертая. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Глава 18. Основные понятия и определения в метрологии

229

18.1. Общие сведения

229

18.2. Меры единиц электрических величин

230

18.3. Общие свойства электрических средств измерений

231

Глава 19. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

234

19.1. Электромеханические измерительные приборы

234

19.2. Цифровые измерительные приборы

243

Глава 20. ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

245

20.1. Измерения тока и напряжения

245

20.2. Измерение сопротивлений

246

20.3. Учет электрической энергии

249

Глава 21. ИЗМЕРЕНИЕ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

250

21.1. Общие свойства измерительных цепей и приборов

250

21.2. Классификация и характеристики измерительных преобразователей

251

21.3. Измерение и контроль параметров в механизации

258

21.4. Измерение и контроль параметров в растениеводстве

260

21.5. Измерение и контроль параметров в животноводстве

261

Приложение

263

Соседние файлы в предмете Электротехника