7.3.Вращающееся магнитное поле статора асинхронного двигателя…. 147
7.4.Принцип действия асинхронного двигателя…………………........... 149
7.5.Механические характеристики асинхронного двигателя…………... 150
7.6.Свойство саморегулирования вращающего момента асинхронного двигателя…………………………………......................................................... 155
7.7.Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей…… ... 156
7.8.Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя………. 159
7.9.Коэффициент мощности асинхронного двигателя…………………. 160
7.10.Генераторные и тормозные режимы работы асинхронного двига-
теля…………………………............................................................................... 161
7.10.1.Генераторный режим с отдачей энергии в сеть………………. 161
7.10.2.Режим торможения противовключением……………………... 163
7.11.Пример расчета режима работы трехфазного асинхронного двига-
теля…………………………………………………………………………....... 163 Контрольные вопросы ……………………………….…………………….. 166
8.Трехфазные синхронные машины……………………………………… 172
8.1.Назначение и область применения………………………………….... 172
8.2.Устройство трехфазной синхронной машины……………………….. 172
8.3.Принцип действия синхронной машины…………………………….. 175
8.4.Механическая характеристика синхронного двигателя…………….. 177
8.5.Особенности пуска синхронного двигателя…………………………. 177
8.6.Схема замещения и уравнения электрического состояния синхрон-
ной машины……………………………………………………………………. 178
8.7.Векторные диаграммы синхронного генератора ……………………. 180
8.8.Внешние характеристики синхронного генератора…………………. 180
8.9. Регулировочные характеристики синхронного генератора………… 181
8.10.U-образные характеристики синхронного генератора…………….. 182
8.11.Коэффициент мощности, векторные диаграммы и U-образные характеристики синхронного двигателя……………………………………….. 184
8.12.Угловая характеристика синхронной машины……………………... 187
Контрольные вопросы …………………………………………………….. 189
9.Машины постоянного тока……………………………………………… 192
9.1.Устройство машин постоянного тока……………………………….... 192
9.2.Принцип действия машин постоянного тока в различных режимах работы………………………………………………………………………….. 194
9.2.1.Режим двигателя……………………………………………….... 194
9.2.2.Режим генератора……………………………………………….. 195
9.3.Реакция якоря…………………………………………………………... 195
9.4.Классификация машин постоянного тока по способу возбуждения.. 196
9.5.Характеристики двигателя постоянного тока с параллельным воз-
буждением……………………………………………………………………... 196
9.6.Регулирование частоты вращения двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением………………………………………………… 199
9.7Характеристики двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением………………………………………………………………….. 201
5
9.8.Регулирование частоты вращения двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением…………………………………………… 204
9.9.Характеристики двигателя постоянного тока со смешанным воз-
буждением……………………………………………………………………... 206
9.10.Генераторные и тормозные режимы работы двигателя постоянно-
го тока с параллельным возбуждением……………………………………… 207
9.11.Коэффициент полезного действия двигателя и потери мощности... 211
9.12.Примеры расчета режимов работы двигателей постоянного тока и построения механической характеристики………………………………...... 213
9.12.1.Пример расчета двигателя постоянного тока с параллель-
ным возбуждением……………………………………………………………. 213
9.12.2.Пример расчета двигателя постоянного тока с последова-
тельным возбуждением……………………………………………………….. 216 Контрольные вопросы ……………………………………………………... 217
10.Электроника……………………………………………………………… 222
10.1.Полупроводниковые диоды………………………………………….. 222
10.2.Выпрямители переменного тока…………………………………….. 225
10.2.1.Основные понятия.………………………………………........... 225
10.2.2.Однополупериодный выпрямитель…………………………… 226
10.2.3.Двухполупериодный выпрямитель…………………………..... 227
10.2.4.Сглаживающие фильтры……………………………………...... 229
10.3.Тиристоры…………………………………………………………….. 231
10.4.Управляемые выпрямители………………………………………….. 234
10.5.Регулятор переменного тока………………………………………..... 235
10.6.Биполярные транзисторы…………………………………………….. 237
10.7.Нагрузочный режим работы биполярного транзистора………….... 240
10.8.Полевые транзисторы………………………………………………… 242
10.9.Классификация усилителей………………………………………….. 244
10.10.Усилительные каскады на биполярных транзисторах……………. 245
10.11.Усилительные каскады на полевых транзисторах………………... 248
10.12.Дифференциальный усилитель…………………………………….. 251
10.13.Обратная связь в усилителях……………………………………….. 254
10.14.Интегральные микросхемы и их классификация…………………. 255
10.15.Операционный усилитель…………………………………………... 259
10.16.Генераторы синусоидальных колебаний…………………………... 266
10.17.Генераторы линейно изменяющегося напряжения……………….. 268
10.18.Мультивибраторы на транзисторах………………………………... 270
10.19.Триггеры и триггерные устройства………………………………... 272
10.19.1.Общие сведения………………………………………………. 272
10.19.2.Триггеры на транзисторах…………………………………… 273
10.19.3.Триггеры на интегральных микросхемах…………………... 277
10.19.4.Регистры………………………………………………………. 283
10.19.5.Цифровой счетчик импульсов……………………………….. 285
10.20.Логические элементы……………………………………………….. 286
10.21.Арифметико-логическое устройство. Микропроцессоры………... 293
6
Контрольные вопросы ………………...……………………………............ 296
11.Электрические измерения и приборы………………………………… 308
11.1.Средства измерения…………………………………………………... 308
11.2.Выбор электроизмерительных приборов…………………………… 309
11.3.Включение в цепь амперметра………………………………………. 311
11.4.Включение в цепь вольтметра……………………………………….. 312
11.5.Включение в цепь ваттметра или счетчика энергии……………….. 313
11.6.Погрешности измерений……………………………………………... 314
11.7.Определение погрешностей при однократных измерениях……….. 315
Контрольные вопросы ……………………………………………….…….. 317
12.Вопросы итогового контроля…………………………………………... 320
12.1.Цепи постоянного тока………………………………………………. 320
12.2.Однофазные цепи переменного тока…………………………........... 321
12.3. Трехфазные цепи переменного тока………………………………… 323
12.4.Нелинейные цепи……………………………………………………... 324
12.5.Магнитные цепи……………………………………………………… 325
12.6.Трансформаторы……………………………………………………… 325
12.7.Асинхронные двигатели………………………………………........... 326
12.8.Синхронные машины………………………………………………… 327
12.9.Электрические машины постоянного тока…………………………. 328
12.10.Основы электроники………………………………………………... 329
12.11.Электрические измерения и приборы……………………………... 331
Библиографический список………………………………………………... 332
Приложение 1. Задание на самостоятельную работу по электрическим цепям постоянного тока…………………………………………………….. 332
Приложение 2. Задание на самостоятельную работу «Расчет трехфаз-
ной электрической цепи переменного тока при соединении нагрузки
«звездой»………………………………………………………………………. 343
Приложение 3. Задание на самостоятельную работу «Расчет трехфаз-
ной электрической цепи переменного тока при соединении нагрузки
«треугольником»…………………………………………………………….. 356
Приложение 4. Задание на самостоятельную работу по асинхронным двигателям……………………………………………………………………. 369
Приложение 5. Задание на самостоятельную работу по двигателям постоянного тока…………………………………………………………….. 370
7
ВВЕДЕНИЕ
Электротехника как наука является областью знаний, в которой рассматриваются электрические и магнитные явления и их практическое использование. На базе электротехники начали развиваться электроника, радиотехника, электропривод и другие смежные науки.
Электрическая энергия применяется во всех областях человеческой деятельности. Производственные установки на предприятиях имеют в основном электрический привод, т.е. приводятся в действие электрическими двигателями. Для измерения электрических и неэлектрических величин широко применяются электрические приборы и устройства.
Непрерывно расширяющееся использование различных электротехнических и электронных устройств обусловливает необходимость знания специалистами всех областей науки, техники и производства основных понятий об электрических и электромагнитных явлениях и их практическом применении.
Знание студентами данной дисциплины обеспечит их плодотворную деятельность в будущем как инженеров при современном состоянии энерговооруженности предприятий.
В результате полученных знаний инженер неэлектротехнических специальностей должен уметь квалифицированно эксплуатировать электротехническое и электронное оборудование и электропривод, применяемые в условиях современного производства, знать пути и методы экономии электроэнергии.
Данное пособие предназначено для самостоятельной внеаудиторной работы.
8
1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
1.1. Электрическая цепь, ее элементы и параметры
Основные электротехнические устройства по своему назначению подразделяются на устройства, генерирующие электрическую энергию, и устройства, использующие электрическую энергию.
В источнике электрической энергии механическая, тепловая, химическая или атомная энергия преобразуется в электрическую энергию. Потребители преобразуют электрическую энергию в другие виды энергии.
Электрической цепью называется совокупность устройств, предназначенных для генерирования, передачи, преобразования и использования электрической энергии. Процессы в них могут быть описаны с помощью понятий об электрическом токе, электрическом напряжении и электродвижущей силе (ЭДС).
Отдельные устройства, входящие в электрическую цепь, называются элементами электрической цепи.
Часть электрической цепи, содержащая выделенные в ней элементы, называется участком цепи.
Элементы электрической цепи, предназначенные для генерирования электрической энергии, называются источниками питания, а элементы, использующие электрическую энергию, называются приемниками электрической энергии.
Элементы электрической цепи, связывающие между собой источники и приемники энергии, называются звеньями.
Кроме электрических проводов, к звеньям относятся приборы контроля и управления, а также преобразующие устройства (трансформаторы, выпрямители и т.п.).
Узел – это точка электрической цепи, в которой сходятся три или больше проводов.
Ветвь – это часть электрической цепи между двумя соседними узлами. Между двумя соседними узлами может быть несколько ветвей. Они оказываются включенными параллельно друг другу.
Графическое изображение электрической цепи, содержащее условные обозначения ее элементов, называется электрической схемой цепи.
Все основные и вспомогательные элементы в схемах электрических цепей имеют условные графические обозначения (рис. 1.1).
9