- •Лекция 1
- •1. Электрические цепи постоянного тока
- •Электрическая цепь постоянного тока. Параметры злементов цепи. Закон Ома
- •1.2. Режимы работы источника электрической энергии
- •1.3. Законы Кирхгофа
- •1.4. Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей
- •Лекция 2
- •1.5. Эквивалентные преобразования электрических цепей
- •1.5.1. Последовательное соединение элементов.
- •1.5.2. Параллельное соединение элементов.
- •1.5.3. Смешанное соединение резистивных элементов.
- •1.5.4. Эквивалентные преобразования резистивных элементов треугольником и звездой.
- •1.6. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля – Ленца
- •2. Электрические цепи переменного тока
- •2.1. Генерация синусоидальной эдс. Основные величины, характеризующие переменный ток
- •2.2. Представление синусоидальных величин аналитически, графически, вращающимися векторами, комплексными числами
- •2.3. Цепь переменного тока с активным сопротивлением
- •2.4. Цепь переменного тока с индуктивностью
- •2.5. Цепь переменного тока с ёмкостью
- •2.6. Неразветвлённая цепь переменного тока с активным сопротивлением, индуктивностью и ёмкостью. Резонанс напряжений
- •2.7. Разветвленная цепь однофазного переменного тока. Резонанс токов
- •2.8. Колебательный lc - контур переменного тока
- •2.9. Мощность однофазного переменного тока. Коэффициент мощности
- •3. Трёхфазные электрические цепи
- •3.1. Преимущество трёхфазного тока. Принцип получения трёхфазной эдс
- •Лекция 6
- •3.2.2. Отсутствие нулевого провода
- •3.3. Обрыв фазы и короткое замыкание фазы без нулевого провода при соединении источников энергии и потребителей звездой
- •3.3.1. Обрыв фазы a
- •3.3.2. Короткое замыкание фазы a
- •3.4. Соединение источников и приёмников электроэнергии треугольником. Соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами при симметричной и несимметричной нагрузках
- •3.5. Обрыв фаз и обрыв линейного провода при соединении источников и потребителей треугольником
- •3.5.1. Обрыв фазы ab
- •3.5.2. Обрыв фаз ab и bc
- •3.5.3. Обрыв линейного провода
- •3.6. Мощность трёхфазной цепи
- •Лекция 7
- •3.7. Соотношения активных мощностей при симметричной нагрузке и при соединении звездой и треугольником
- •3.8. Вращающееся магнитное поле трёхфазной системы переменного тока
- •4. Трансформаторы
- •4.1. Однофазные трансформаторы. Устройство и принцип действия
- •Трансформатора
- •Лекция 8
- •4.3. Трёхфазные трансформаторы
- •4.4. Измерительные трансформаторы
- •5. Электрические машины постоянного тока
- •5.1. Устройство и принцип действия генератора постоянного тока
- •5.2. Генераторы постоянного тока независимого и параллельного
- •Лекция 9
- •5.3. Генераторы постоянного тока последовательного и смешанного возбуждений и их основные характеристики
- •5.4. Принцип действия электродвигателя постоянного тока
- •5.5. Электродвигатели постоянного тока параллельного возбуждения
- •5.6. Электродвигатели постоянного тока последовательного и смешанного возбуждений и их основные характеристики
- •5.7. Пуск, регулирование частоты вращения и реверс электродвигателей постоянного тока
- •Лекция 10
- •6.Трёхфазные асинхронные машины
- •6.1.Устройство и принцип действия асинхронного двигателя
- •6.2. Зависимость частоты вращения ротора, величины эдс и тока
- •6.3. Электромагнитный момент и механическая характеристика
- •Лекция 11
- •6.4. Пуск и реверс асинхронных двигателей
- •6.5. Регулирование частоты вращения трёхфазного асинхронного двигателя
- •7. Полупроводниковые приборы
- •7.1. Электропроводность полупроводников
- •7.2. Полупроводниковые диоды. Устройство, принцип действия
- •7.3. Биполярные транзисторы. Устройство, принцип работы
- •7.4. Схемы включения биполярных транзисторов с p-n-p структурой
- •7.5. Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом
- •7.6. Динисторы, тиристоры. Устройство, принцип действия
- •7.7. Симисторы. Устройство, принцип действия
- •Лекция 14
- •7.8. Фоторезисторы и фотодиоды. Устройство, принцип действия
- •7.9. Фототранзисторы, фототиристеры, оптроны.
- •8. Схемы электронных преобразователей
- •8.1. Однополупериодные выпрямители
- •Лекция 15
- •8.2. Двухполупериодные выпрямители
- •8.3. Трёхфазные выпрямители. Электрические сглаживающие фильтры
- •Лекция 16
- •8.4. Электронные усилители на биполярных транзисторах
- •8.5. Импульсные усилители
- •8.6. Операционные усилители
- •9. Цифровые устройства
- •9.1. Логические функции, логически устройства.
- •9.2. Основные логические элементы.
- •4. Логический элемент или, операция логическое сложение ,
- •9.3. Асинхронный rs-триггер. Устройство, принцип действия
- •Лекция 18
- •9.4. Синхронный rs-триггер. Устройство, принцип действия
- •9.5. Синхронные d-триггер. Устройство, принцип действия
- •9.6. Шифратор. Устройство, принцип работы
- •9.7. Дешифратор. Устройство, принцип работы
- •Лекция 19
- •9.8. Регистры. Устройство, принцип работы
- •9.9. Счётчики импульсов. Устройство, принцип работы
- •Библиографический список
- •Cодержание
- •Иванов Евгений Николаевич
- •Электротехника и электроника
- •Конспект лекций
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА
ИМЕНИ АДМИРАЛА С.О. МАКАРОВА»
Е. Н. Иванов
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Конспект лекций
Санкт – Петербург
2013
УДК 621.3
ББК 31.2
И 20
Рецензенты:
Сикарев А.А., д.т.н., проф., зав. кафедрой технических средств судовождения
и связи ФГБОУ ВПО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова».
Первушин Л.С., к.т.н., заместитель руководителя ФГУ «Северо-Двинское
государственное бассейное управление водных путей и судоходства».
Иванов Е.Н. Электротехника и электроника: Конспект лекций. СПб:
ФГБОУ ВПО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова», 2013.-162с.
Конспект лекций «Электротехника и электроника» составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования и предназначено для студентов ФГБОУ ВПО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова», обучающихся по техническим специальностям.
УДК 621.3
ББК 31.2
@ Иванов Е.Н., 2013.
ISBN 978-5-88789-272-6 @ ФГБОУ ВПО «ГУМРФ имени адмирала С.О.
Макарова», 2013.
ВВЕДЕНИЕ
Электротехникой называется область науки и техники, изучающая электрические и магнитные процессы и явления, которые находят широкое практическое применение.
Изучение электротехники необходимо для общеинженерной подготовки студентов, позволяющей в дальнейшем использовать полученные знания в изучении специальных дисциплин, связанных с автоматизацией технологических процессов и построением информационных систем.
Электроникой называют область науки и техники, в которой изучаются электронные приборы, устройства и преобразователи, принципы их действия, методы инженерного расчета, построение электронных систем и их использование в народном хозяйстве.
Электронные приборы и устройства являются основой современных средств информационных систем, связи, автоматики, измерительной техники и используются практически во всех областях науки и техники.
Учебное пособие предназначено для студентов специальностей “Kораблестроение” , “Cудовые энергетические установки”, “Эксплуатация судовых энергетических установок”, ’’Организация перевозок и управление на транспорте’’, ’’Управление водным транспортом и гидрографическое обеспечение судоходства’’, ’’Технология транспортных процессов’’ изучающих дисциплину “Электротехника и электроника”, особую важность приобретает её значение при проектировании отдельных судовых конструкций и при эксплуатации судов и современных судовых энергетических установок.
Лекция 1
1. Электрические цепи постоянного тока
Электрическая цепь постоянного тока. Параметры злементов цепи. Закон Ома
Электрической цепью называют совокупность устройств, предназначенных для питания, передачи, приема и преобразования электрической энергии.
Отдельные устройства, входящие в электрическую цепь, называют элементами электрической цепи. Часть электрической цепи, содержащую выделенные в ней элементы, называют участком цепи.
Элементы цепи, предназначенные для получения электрической энергии, называются источниками питания, а элементы, использующие электрическую энергию - приемниками электрической энергии.
В источниках питания происходит преобразование в электрическую энергию других видов энергий. Например, преобразование механической энергии в генераторах, химической в гальванических элементах и аккумуляторах при разрядке, тепловой в термоэлементах, световой в фотоэлементах.
В приемниках, наоборот, электрическая энергия преобразуется в иные виды энергий: механическую в электродвигателях, химическую в аккумуляторах при зарядке, тепловую в нагревательных приборах, световую в осветительных приборах.
Графические изображения электрических цепей называются принципиальными схемами. На принципиальных схемах показывается взаимодействие электротехнических устройств. Однако расчеты электрических цепей удобно выполнять в виде схем замещения.
На рис.1.1 изображена схема замещения электрической цепи, которая в дальнейшем будет называться просто схемой. Схема состоит из совокупности идеализированных элементов.
Рис 1.1. Электрическая цепь постоянного тока c нагрузочным сопротивлением
Элементы электрической цепи характеризуются параметрами. Параметром источника питания является электродвижущая сила (ЭДС). ЭДС численно равна работе электрического поля по перемещению суммарного электрического заряда либо внутри источника при разомкнутой цепи, либо вдоль участка проводника при замкнутой цепи:
, (1.1)
где E - ЭДС в вольтах (В);
- работа электрического поля в джоулях (Дж);
Q - суммарный электрический заряд в кулонах (Кл).
Параметром приёмника является электрическое сопротивление (R). В электрическом сопротивлении энергия электрической цепи преобразуется либо в тепловую энергию, либо в световую энергию.
Сопротивление проводника R измеряется в омах (Ом) и определяется соотношением:
, (1.2)
где - удельное сопротивление материала проводника (Ом ∙ м),
- длина проводника (м),
- сечение проводника (м²).
Сопротивление проводника постоянному току зависит от температуры. Если температура изменяется от 0 до 100° C, то количественной оценкой зависимости сопротивления металлов от температуры служит температурный коэффициент сопротивления с единицей измерения 1/°C. Обозначив через R1 и R2 сопротивления соответственно при температурах t1 и t2, можно R2 выразить формулой:
. (1.3)
Источник питания обладает внутренним сопротивлением Rвт, а нагрузочное сопротивление на схеме имеет обозначение Rн.
В замкнутой электрической цепи происходит непрерывное движение электрических зарядов, называемое электрическим током. Электрический ток в металлах и полупроводниковых приборах обусловлен упорядоченным движением свободным электронов. В электролитах (водные растворы солей, кислот и щелочей) электрический ток обусловлен упорядоченным движением положительных и отрицательных ионов под действием электрического поля.
Для количественной оценки силы тока служит величина, называемая силой тока. Принято считать направлением тока направление движения положительных зарядов, т.е. направление, обратное направлению движения электронов в проводнике.
Электрический ток, величина и направление которого остаются неизменным, называется постоянным током:
, (1.4)
где I - сила тока в амперах (A);
Q - суммарный электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника в кулонах (Кл);
t - время в секундах (с).
Для участка цепи с нагрузочным сопротивлением (рис. 1.1.) запишем соотношение:
. (1.5)
Выражение (1.5) является законом Ома для участка цепи: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку и обратно пропорционально нагрузочному сопротивлению.
Для цепи (рис.1.1) , , тогда ЭДС источника . Отсюда:
. (1.6)
Выражение (1.6) является законом Ома для всей цепи: сила тока прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорционально сопротивлению цепи.
Свойство элемента электрической цепи создавать магнитное поле, когда по нему протекает электрический ток, характеризуется параметром индуктивности L. В качестве индуктивности будем рассматривать катушку индуктивности.
Рис 1.2. Электрическая цепь постоянного тока c индуктивностью
Индуктивность катушки определяется зависимостью:
, (1.7)
где Ф - магнитный поток одного витка катушки в веберах (Вб);
w - количество витков катушки;
- постоянный ток катушки в амперах (А);
- индуктивность катушки в генри (Гн).
На практике пользуются единицами измерения индуктивности: миллигенри (1мГн = 10Гн) и микрогенри (1мкГн = 10 Гн).
Энергия магнитного поля катушки определяется зависимостью:
. (1.8)
Свойство элемента электрической цепи создавать электрическое поле, когда по нему протекает электрический ток, характеризуется параметром ёмкости С конденсатора. Конденсатор - устройство, состоящее из двух металлических проводников, разделенных диэлектриком, предназначенных для использования их ёмкости.
Рис 1.3. Электрическая цепь постоянного тока c ёмкостью
Ёмкость конденсатора определяется зависимостью:
, (1.9)
где - электрический заряд в кулонах (Кл);
- напряжение между пластинами конденсатора в вольтах (В);
- электрическая ёмкость конденсатора в фарадах (Ф).
На практике пользуются более мелкими единицами – микрофарадой
(1мкФ = 10Ф) или пикофарадой (1пФ = 10Ф). Энергия электрического поля конденсатора определяется зависимостью:
. (1.10)