Лекции по "Эллектротехнике"

 

 

 

 

 

 

Оглавление.

Лекция 1. Электрическое поле                                                                              стр.3

Лекция 2. Конденсаторы                                                                                        стр.5

Лекция 3. Электрические цепи                                                                              стр.7

Лекция 4. Нелинейные электрические цепи постоянного тока                          стр.9

Лекция 5.основные свойства магнитного поля                                                  стр.12

Лекция 6. Электромагнитные силы                                                                     стр.14

Лекция 7. Ферромагнитны материалы                                                                стр.16

Лекция 8. Электромагнитная индукция                                                              стр.18

Лекция 9. Характеристики синусоидальных величин                                      стр.20

Лекция 10. Получение синусоидальной ЭДС                                                    стр.21

Лекция 11. Цепь переменного тока с активным сопротивлением                   стр.23

Лекция 12. Цепь переменного тока с индуктивностью                                     стр.24

Лекция 13. Цепь переменного тока с индуктивностью                                     стр.25

Лекция 14. Неразветвлённая цепь переменного тока                                        стр.26

Лекция 15.Разветвлённая цепь переменного тока                                             стр.28

Лекция 16. Соединение обмоток трёхфазных источников электри-

ческой энергии                                                                                                      стр.29

Лекция 17. Соединение потребителей энергии в звезду                                   стр.31

Лекция 18. Соединение потребителей энергии в треугольник                        стр.32

Лекция 19. Классификация электроизмерительных приборов                        стр.34

Лекция 20. Измерение тока и напряжения                                                         стр.36

Лекция 21. Измерение энергии и мощности                                                      стр.37

Лекция 22. Измерение сопротивления                                                                стр.39

Лекция 23. Устройство и принцип действия трансформатора                         стр.41

Лекция 24. Холостой ход и работа трансформатора под нагрузкой               стр.42

Лекция 25. Короткое замыкание. КПД трансформатора. Трёхфазный транс-

форматор                                                                                                                стр.45

Лекция 26. Электрические машины постоянного тока                                     стр.47

Лекция 27. Устройство и принцип действия асинхронного двигателя           стр.51

Лекция 28. Пуск, реверсирование и регулирование скорости асинхрон-

ного двигателя                                                                                                       стр.53

Лекция 29. Синхронные генераторы                                                                   стр.55

Лекция 30. Электровакуумные приборы                                                            стр.59

Лекция 31. Электронно-дырочный переход                                                       стр.60

Лекция 32. Полупроводниковые диоды                                                            стр.64

Лекция 33. Транзисторы и тиристоры                                                                стр.67

Лекция 34. Принцип работы усилителя. Классификация. Характеристики  стр.72

Лекция 35. Предварительный каскад УНЧ                                                        стр.74

Лекция 36. Выходной каскад УНЧ                                                                      стр.76

 

.

 

Лекция № 1.

Раздел 1. Электрические цепи постоянного тока.

Тема: 1.1. Электрическое поле.

1. Понятие об электрическом поле.

Электрический заряд – физическое свойство элементарных частиц и тел.

Буквенное обозначение заряда – Q или q.

Единица заряда в SI – кулон (Кл; К)1.

Электромагнитное поле – одна из форм существования материи.

Электрическое поле – одна из сторон электромагнитного поля (другой стороной электромагнитного поля является магнитное поле).

Электростатическое поле – электрическое поле неподвижных зарядов.

Напряжённость электрического поля  – величина, характеризующая силовое действие поля на заряды.

E = F/Q 1.1.

Е – напряжённость поля ; F – сила, действующая на заряд Q.

Единица напряжённости в SI – вольт на метр (В/м; V/m).

Напряжённость – векторная величина; направление вектора напряжённости совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд.

Однородное электрическое поле – поле, у которого вектор напряжённости имеет одно и тоже значение во всех его точках.

Электрическое напряжение является величиной, численно равной работе по перемещению единичного заряда (1Кл) из одной точки поля в другую.

.

U 12– напряжение; А –работа, которую совершила сила F, переместившая заряд Q из точки 1 в точку 2; Е – напряжённость электрического поля; l – расстояние между точками 1 и 2.

Единица напряжения в SI – вольт (В; V); мВ(mV) – милливольт; кВ(kV) – киловольт.

1 В = 103 мВ = 10-3 кВ.

Потенциал точки электрического поля – величина, численно равная потенциальной энергии, которой обладает заряд, находящийся в данной точке.

.

W – потенциальная энергия, которой обладает заряд Q, находящийся в какой-либо точке поля; - потенциал данной точки поля.

 1.2.

- напряжение между  точками 1 и 2 электрического поля; и - потенциалы данных точек.

Напряжение и потенциал характеризуют энергетические свойства поля.

Единица потенциала та же, что и у напряжения.

 

 

2. Электрическое поле в диэлектриках.

При нормальных условиях диэлектрик (изолятор) обладает ничтожной электропроводностью. Это свойство сохраняется до тех пор, пока напряжённость внешнего электрического поля не достигнет значения, при котором произойдёт пробой диэлектрика, т.е. местное разрушение его с образованием канала высокой проводимости.

Напряжённость поля, при которой происходит пробой диэлектрика, называется электрической прочностью диэлектрика Епр, а напряжение – пробивным Uпр.

Uпр = Eпр∙h 1.3,

где h – толщина диэлектрика в месте пробоя.

Электрическая прочность измеряется в кВ/см или кВ/мм.

Напряжённость электрического поля, которая допускается в диэлектрике (изоляторе) при его применении в электрических установках, называется допустимой напряжённостью. Для надёжной работы установки нужно, чтобы допустимая напряжённость была в несколько раз меньше электрической прочности.

Пробой диэлектриков может быть электрическим, электрохимическим и тепловым.

При электрическом пробое немногочисленные в начальный момент свободные электроны в диэлектрике под действием электрического поля достигают скорости, достаточной для выбивания новых электронов из нейтральных атомов и молекул, так что возникает ударная ионизация, приводящая к пробою.

При электрохимическом пробое длительное воздействие напряжения, под влиянием которого развиваются электрохимические процессы, приводит к увеличению электрической проводимости и уменьшению электрической прочности диэлектрика, что и приводит к пробою.

При тепловом пробое происходит разогрев диэлектрика в электрическом поле до значений, при которых возникает термическое повреждение или разрушение, например растрескивание, обугливание и т.д.

После пробоя газового и жидкого диэлектриков и снятие напряжения электрические свойства диэлектрика почти полностью восстанавливаются. При пробое твёрдого диэлектрика канал высокой проводимости сохраняется и после снятия напряжения, и диэлектрик выходит из строя.

В переменном электрическом поле происходит разогрев диэлектрика. Данное явление используют для сушки различных диэлектрических материалов.

3. Электрическое поле в проводниках.

В проводнике, помещённом во внешнее электрическое поле с напряжённостью Евн свободные электроны под действием поля будут перемещаться в направлении противоположном направлению внешнего поля. Вследствие этого на стороне проводника, обращённой к направлению вектора напряжённости поля, образуется отрицательный заряд, а на противоположной стороне - положительный заряд. Разделение зарядов приводит к возникновению добавочного электрического поля, вектор напряжённости которого направлен противоположно вектору напряжённости внешнего поля. Разделение зарядов продолжается до тех пор, пока созданное ими внутри проводника поле не компенсирует внешнее поле, следовательно, результирующего поле внутри проводника отсутствует.

Явление разделения зарядов на проводящих телах под влиянием внешнего электрического поля называется электростатической индукцией.

При помощи электростатической индукции, например, защищают какую-либо часть пространства от электростатического поля. Для этого защищаемое пространство окружают замкнутой проводящей оболочкой – экраном (рис. 1.2)

Вследствие электростатической индукции на внешней поверхности оболочки появятся электрические заряды, но в самой оболочке и внутри неё поле отсутствует. В технике для экранирования вместо сплошных оболочек часто применяют оболочки  металлических сеток.

 

 

Лекция № 2.

Тема: Тема 1.1. Электрическое поле.

1. Общие сведения о конденсаторах.

Конденсатор - элемент электрической цепи, предназначенный для использования его электрической ёмкости. Он имеет две токопроводящие  пластины (обкладки), между которыми находится диэлектрик. Обкладки могут быть плоскими, цилиндрическими или сферическими.

В зависимости от материала диэлектрика конденсаторы делятся на воздушные, слюдяные, бумажные, керамические и т.д.

Если обкладки конденсатора соединить с выводами источника постоянного тока, то на них образуются положительные и отрицательные заряды, поступившие от источника. Заряд каждой из обкладок Q пропорционален напряжению U источника, к которому присоединён конденсатор, т.е.

Q = CU 1.4.

Коэффициент пропорциональности С называют ёмкостью конденсатора.

Единицей ёмкости в SI является фарада (Ф; F).

Ёмкость конденсаторов, используемых на практике, обычно составляет микро- или пикофарады (мкФ, пФ; µF, pF).

1мкФ=10-6Ф; 1пФ=10-12Ф

Ёмкость конденсатора зависит от площади его обкладок (чем она больше, тем ёмкость больше), толщины диэлектрика (чем она меньше, тем ёмкость больше) и от вида диэлектрика.

Ёмкость, наряду с сопротивлением является одним из электрических параметров, которыми могут обладать отдельные элементы электрической цепи и вся цепь в целом. Ёмкостью обладают не только конденсаторы, но и такие электротехнические изделия, как

двухпроводные линии электропередач, обмотки трансформаторов, электрических машин и т.д.

Кроме конденсаторов, о которых шла речь выше, широко используются электролитические конденсаторы. Одной обкладкой этих конденсаторов является алюминиевая или танталовая фольга, а другой – ткань или бумага, пропитанные густым электролитом. Тонкая плёнка окиси между фольгой и электролитом является диэлектриком. При одинаковых габаритах с неэлектролитическими конденсаторами электролитические конденсаторы обладают большей ёмкостью. Электролитические конденсаторы в отличие от других можно использовать только в цепях постоянного тока.

2. Соединение конденсаторов.

 

Конденсаторы могут соединяться между собой последовательно и параллельно.

При последовательном соединении (рис. 1.4) , от источника питания заряды Q поступают лишь на внешние обкладки цепи конденсаторов, а на соединенных между собой внутренних обкладках смежных конденсаторов происходит лишь перенос такого же по значению заряда с одной обкладки на другую (наблюдается электростатическая индукция). Поэтому и на них появляются равные и разноименные электрические заряды Q. 

Напряжение источника, приложенное к соединению конденсаторов равно сумме напряжений на каждом из низ, т.е.

U = U1+U2+U3 1.5

где: U – напряжение между концами участка с последовательным соединением 3-х конденсаторов;

U1;U2; U3 – номинальные значения напряжения конденсаторов.

Из 1.4 следует:

Несколько последовательно соединённых конденсаторов можно заменить эквивалентным конденсатором, имеющим эквивалентную ёмкость или

 

Таким образом, величина, равная обратной ёмкости последовательно соединённых конденсаторов равна сумме обратных ёмкостей всех конденсаторов.

 

При параллельном соединении конденсаторов (рис. 1.5) все конденсаторы находятся под одним и тем же напряжением источника U. Заряды на обкладках конденсаторов пропорциональны их ёмкостям, т.е.