Общая электротехника с основами электроники

Общая электротехника с основами электроники

Попов В. С., Николаев С. А. Общая электротехника с основами электроники, М., «Энергия», 1972, — 504 c. В книге рассмотрены электрические цепи, электрические машины и трансформаторы, электротехнические намерения и приборы, электропривод и аппаратура управления, передача и распределение электрической энергии, электронные лампы, газоразрядные приборы, полупроводниковые приборы, фотоэлектрические приборы, усилители и генераторы, Книга предназначена для учащихся техникумов неэлектротехнических специальностей. Оглавление Предисловие Введение Часть первая. Общая электротехника 1-1. Основные понятия 1-2. Электрическое напряжение. Потенциал 1-3. Электропроводность 1-4. Электрическая емкость. Конденсаторы 1-5. Соединение конденсаторов 1-6. Энергия электрического поля 1-8. Электроизоляционные материалы Глава вторая. Электрические цепи постоянного тока 2-1. Электрический ток 2-2. Электрическая цепь и ее элементы 2-3. Закон Ома 2-4. Электрические сопротивление и проводимость 2-5. Зависимость сопротивления от температуры 2-6. Проводниковые материалы 2-7. Работа и мощность 2-8. Преобразование электрической энергии в тепловую 2-9. Электрическая нагрузка проводов и защита их от перегрузки 2-10. Потеря напряжения в проводах 2-11. Первый закон Кирхгофа 2-12. Последовательное соединение сопротивлений — приемников энергии 2-13. Параллельное соединение сопротивлений — приемников энергии 2-14. Смешенное соединение сопротивлений 2-15. Два режима работы источника питания 2-16. Второй закон Кирхгофа 2-17. Расчет сложных цепей 2-18. Химические источники питания 2-19. Соединение химических источников питания 2-20. Нелинейные электрические цепи 2-21. Лабораторная работа. Потеря напряжения в линии Глава третья. Электромагнетизм 3-1. Магнитное поле тока. Магнитная индукция. Магнитный поток 3-2. Электромагнитная сила 3-3. Взаимодействие параллельных проводов с токами 3-4. Магнитная проницаемость 3-5. Напряженность магнитного поля. Магнитное напряжение 3-6. Закон полного тока 3-7. Магнитное поле катушки с током 3-8. Ферромагнетики, их намагничивание и перемагничивание 3-9. Ферромагнитные материалы 3-10. Магнитная цепь и ее расчет 3-11. Электромагниты 3-12. Электромагнитная индукция 3-13. Принцип работы электрического генератора 3-14. Принцип работы электродвигателя 3-15. Вихревые токи 3-16. Индуктивность. Электродвижущая сила самоиндукции 3-17. Энергия магнитного поля 3-18. Взаимная индуктивность Глава четвертая. Электрические машины постоянного тока 4-1. Назначение машин постоянного тока 4-2. Устройство машины постоянного тока 4-3. Принцип работы машины постоянного тока 4-4. Устройство обмотки якоря 4-5. Электродвижущая сила обмотки якоря 4-6. Электромагнитный момент на валу машины 4-7. Механическая мощность машины постоянного тока 4-8. Реакция якоря машины постоянного тока 4-9. Коммутация тока 4-10. Понятие о номинальных данных и характеристиках электрических машин 4-11. Генератор с независимым возбуждением 4-12. Генератор с параллельным возбуждением 4-13. Генератор со смешанным возбуждением 4-14. Электродвигатели постоянного тока 4-15. Электродвигатель с параллельным возбуждением 4-16. Электродвигатель с независимым возбуждением 4-17. Электродвигатели с. последовательным и со смешанным возбуждением 4-18. Потери и коэффициент полезного действия 4-19. Лабораторная работа. Электродвигатель с параллельным возбуждением 4-20. Лабораторная работа. Генератор с параллельным возбуждением Главе пятая. Основные понятия, относящиеся к переменным токам 5-1. Переменный ток 5-2. Получение синусоидальной э. д. с. 5-3. Сдвиг фаз 5-4. Действующие значения тока и напряжения 5-5. Векторная диаграмма Глава шестая. Цепи переменного тока 6-1. Особенности цепей переменного тока 6-2. Цепь с сопротивлением 6-3. Цепь с индуктивностью 6-4. Цепь с активным сопротивлением и индуктивностью 6-5. Неразветвленная цепь с активными сопротивлениями и индуктивностями 6-6. Разветвленная цепь с активными сопротивлениями и индуктивностями 6-7. Цепь с емкостью 6-8. Колебательный контур 6-9. Резонанс напряжений 6-10. Резонанс токов 6-11. Коэффициент мощности 6-12. Активная и реактивная энергия 6-13. Лабораторная работа. Цепь переменного тока с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью 6-14. Лабораторная работа. Параллельное соединение катушки и конденсатора Глава седьмая. Трехфазные цепи 7-1. Трехфазные системы 7-2. Соединение обмоток генератора звездой 7-3. Соединение обмоток генератора треугольником 7-4. Соединение приемников энергии звездой 7-5. Соединение приемников энергии треугольником 7-6. Лабораторная работа. Трехфазные цепи Глава восьмая. Электротехнические измерения и приборы 8-1. Основные понятия 8-2. Классификация электроизмерительных приборов 8-3. Измерительные механизмы приборов 8-4. Измерение тока и напряжения 8-5. Измерение мощности 8-6. Измерение электрической энергии 8-7. Измерение сопротивлений 8-8. Измерение неэлектрических величин электрическими методами 8-9. Лабораторная работа. Измерение сопротивлений 8-10. Лабораторная работа. Поверка индукционного счетчика 8-11. Лабораторная работа. Измерение мощности в трехфазной цепи Глава девятая. Трансформаторы 9-1. Назначение трансформаторов 9-2. Принцип действия и устройство однофазного трансформатора 9-3. Холостой ход однофазного трансформатора 9-4. Работа нагруженного трансформатора и диаграмма магнитодвижущих сил (м. д. с.) 9-5. Изменение напряжения трансформатора при нагрузке 9-6. Мощность потерь в обмотках нагруженного трансформатора 9-7. Трехфазный трансформатор 9-8. Регулирование напряжения трансформаторов 9-9. Автотрансформаторы 9-10. Трансформаторы для дуговой электросварки 9-11. Измерительные трансформаторы 9-12. Коэффициент полезного действия трансформатора 9-13. Нагрев и охлаждение трансформаторов 9-14. Лабораторная работа. Однофазный трансформатор Глава десятая. Электрические машины переменного тока 10-1. Назначение машин переменного тока. Асинхронные электродвигатели 10-2. Получение вращающегося магнитного поля 10-3. Обмотка статора асинхронного электродвигателя 10-4. Обмотка ротора асинхронного двигателя 10-5. Принцип действия асинхронного двигателя 10-6. Электродвижущие силы в обмотках статора и ротора 10-7. Сопротивления обмотки ротора 10-8. Токи в обмотке ротора 10-9. Вращающий момент двигателя 10-10. Пуск в ход асинхронных двигателей 10-11. Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя 10-12. Однофазный асинхронный двигатель 10-13. Потери и к. п. д. асинхронного двигателя 10-14. Синхронные машины 10-15. Универсальный коллекторный двигатель 10-16. Лабораторная работа. Трехфазный асинхронный электродвигатель Глава одиннадцатая. Электропривод и аппаратура управления 11-1. Система электропривода 11-2. Нагрев и охлаждение электрических машин 11-3. Выбор мощности двигателя при продолжительном режиме 11-4. Выбор мощности двигателя при кратковременном режиме 11-5. Выбор мощности двигателя при повторно-кратковременном режиме 11-6. Рубильники 11-7. Пакетные выключатели 11-8. Реостаты для пуска и регулирования электродвигателей 11-9. Контроллеры 11-10. Плавкие предохранители 11-11. Автоматические воздушные выключатели 11-12. Контакторы 11-13. Реле 11-14. Схема управления асинхронным двигателем с помощью реверсивного магнитного пускателя 11-15. Схема включения двухскоростного асинхронного двигателя 11-16. Автоматический пуск асинхронного двигателя с кольцами 11-17. Автоматический пуск двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением 11-18. Лабораторная работа. Сборка и проверка работы схемы релейноконтакторного управления трехфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором Глава двенадцатая. Передача и распределение электрической энергии 12-1. Схемы электроснабжения промышленных предприятий. 12-2. Трансформаторные подстанции и распределительные устройства промышленных предприятий 12-3. Электрические сети промышленных предприятий 12-4. Защитное заземление Часть вторая. Основы промышленной электроники 13-1. Классификация и применение электронных приборов 13-2. Движение электронов в электрическом поле 13-3. Движение электронов в магнитном поле 13-4. Электронная эмиссия 13-5. Катоды электровакуумных приборов 13-6. Двухэлектродные электронные лампы — диоды 13-7. Применение двухэлектродных ламп Глава четырнадцатая. Трехэлектродные лампы. Четырех- и пятиэлектродные лампы. Усилители 14-1. Устройство и принцип работы триода 14-2. Статические характеристики триода 14-3. Параметры триода 14-4. Простейший каскад усиления 14-5. Характеристики и параметры простейшего каскада усиления 14-6. Типы триодов 14-7. Четырехэлектродные лампы — тетроды 14-8. Пятиэлектродные лампы — пентоды 14-9. Комбинированные и многосеточные лампы. Типы ламп 14-10. Общие понятия, относящиеся к усилителям 14-11. Режимы работы усилителей 14-12. Многокаскадные ламповые усилители 14-13. Обратная связь в усилителях 14-14. Лабораторная работа. Снятие анодных и анодно-сеточных характеристик триода и определение по ним статических параметров 14-15. Лабораторная работа. Снятие частотных характеристик усилителя напряжения низкой частоты Глава пятнадцатая. Газоразрядные приборы и их применение 15-1. Виды газового разряда и его вольт-амперная характеристика 15-2. Ионные приборы с несамостоятельным дуговым разрядом 15-3. Приборы с тлеющим разрядом 15-4. Ионные приборы с самостоятельным дуговым разрядом 15-5. Обозначения газоразрядных приборов 15-6. Лабораторная работа. Снятие анодносеточных и пусковых характеристик тиратрона Глава шестнадцатая. Электронные генераторы. Осциллографы 16-1. Генераторы синусоидальных напряжений 16-2. Зарядка и разряд конденсатора 16-3. Релаксационные генераторы (генераторы пилообразного напряжения) 16-4. Мультивибраторы 16-5. Электроннолучевые трубки 16-6. Электроннолучевой осциллограф 16-7. Обозначения электроннолучевых трубок 16-8. Лабораторная работа. Экспериментальное, определение кривых напряжений в схемах выпрямителей Глава семнадцатая. Полупроводниковые приборы и их применение 17-1. Собственная электропроводность полупроводников 17-2. Примесная электропроводность полупроводников 17-3. Полупроводниковый вентиль 17-4. Германиевые и кремниевые диоды 17-5. Меднозакисные и селеновые диоды 17-6. Применение полупроводниковых вентилей и схемы выпрямителей 17-7. Обозначения полупроводниковых диодов 17-8. Кремниевые стабилитроны (опорные диоды) 17-9. Транзисторы 17-10. Применение транзисторов для усиления колебаний 17-11. Схемы включения и характеристики транзисторов 17-12. Обозначения полупроводниковых триодов 17-13. Лабораторная работа. Снятие характеристик транзистора Глава восемнадцатая. Фотоэлектронные приборы и электронные реле 18-1. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом 18-2. Фоторезисторы 18-3. Полупроводниковые фотоэлементы 18-4. Электронные и ионные реле 18-5. Лабораторная работа. Электронное реле — триггер

Ohm’s Law Lab — Physics 12 Портфолио Проект

Введение

Фундаментальная взаимосвязь между тремя важными электрическими величинами ток , напряжение и сопротивление была открыта Георгом Саймоном Омом. Соотношение и единица электрического сопротивления были названы в его честь в ознаменование его вклада в физику. Одно из утверждений закона Ома состоит в том, что ток через резистор пропорционален напряжению на резисторе и обратно пропорционален сопротивлению. В этом эксперименте мы увидим, применим ли закон Ома, сгенерировав экспериментальные данные с помощью моделирования PhET:

https://phet.colorado.edu/en/simulation/legacy/ohms-law

Ток и напряжение может быть трудно понять, потому что их нельзя наблюдать напрямую. Чтобы прояснить эти термины, некоторые люди проводят сравнение между электрическими цепями и водой, протекающей по трубам. Вот схема трех электрических единиц, которые мы будем изучать в этом эксперименте.

Электрическое количество	​Описание	Единица измерения	Аналогия воды
Напряжение или разность потенциалов	Мера разницы энергии на единицу заряда между двумя точками цепи.	Вольт (В)	Давление воды
Текущий	Мера потока заряда в цепи.	Ампер (А)	Количество протекающей воды
Сопротивление	Мера того, насколько сложно току течь в цепи.	Ом (\( \Омега \))	​Показатель сложности протекания воды по трубе.

Рисунок 1

Цели

• Определить математическую зависимость между током, разностью потенциалов и сопротивлением в простой цепи.
• Изучите зависимость потенциала от тока резистора и тока от сопротивления для фиксированного потенциала.

Материалы.0016

• Откройте новое окно/вкладку в браузере. Запустите симуляцию PhET, найденную здесь. Должен появиться экран, показанный на рисунке 1.
• Загрузите ZIP-файл справа и извлеките его содержимое.
• Запустите Logger Pro и используйте его, чтобы открыть файл под названием «Ohms_Law_PhET.cmbl» (найден в zip-файле). Отобразится график зависимости потенциала от тока. Вернитесь к моделированию закона Ома в PhET.​

Ohms_Law_PhET.zip

Скачать файл

---

• Установив ползунок сопротивления на \(550 \Омега\) (по умолчанию), переместите ползунок напряжения, наблюдая, что происходит с током.
  • Если напряжение удвоится, что произойдет с током?
    • ​Если напряжение удвоится, удвоится и ток. Кажется, они связаны.
  • Как вы думаете, какая связь существует между напряжением и током?
    • Я считаю, что напряжение и ток прямо пропорциональны.

• Установив ползунок «Напряжение» в положение \(4,5 \text{В} \) (по умолчанию), переместите ползунок «Сопротивление», наблюдая за изменением тока.
  • Если сопротивление удваивается, что происходит с током?
    • Если сопротивление удваивается, ток делится на два. Они также кажутся связанными.
  • Какой тип взаимосвязи, по вашему мнению, существует между током и сопротивлением?
    • Я считаю, что ток и сопротивление обратно пропорциональны.

Процедура

• Установите ползунок сопротивления в положение \(300 \Омега\). Используйте ползунок «Напряжение», чтобы настроить потенциал (или напряжение) в соответствии со значениями в таблице данных 1, а также записать результирующие электрические токи.

Таблица данных 1
Сопротивление: \( R = 300 \Омега\)

Ток (мА)	Потенциал (В)	Ток (мА)	Потенциал (В)
5,0	1,5	20,0	6,0
10,0	3,0	25,0	7,5
15,0	4,5	30,0	9,0

Наклон графика = \( 0,3 \frac{ \text{V} }{ \text{мА} } \)
Наклон, умноженный на 1000 = \( 300 \Omega \)
% Ошибка наклона, умноженная на 1000, с \( R \) = \( 0 \% \)

Переключиться на Logger Pro . Введите данные из таблицы данных 1 в набор данных 1. Выполните «линейную подгонку» данных. Запишите наклон графика ниже Таблицы данных 1.

Рассчитайте значение сопротивления, взяв наклон графика и умножив его на 1000. Сравните это новое значение со значением сопротивления, установленным в моделировании, вычислив процент ошибки.

• Вернитесь к моделированию PhET.
• Установите ползунок сопротивления на \( 600 \Омега\). Используйте ползунок «Напряжение», чтобы настроить потенциал (он же напряжение) в соответствии со значениями в таблице данных 2, также записывая результирующие электрические токи.

Таблица данных 2
Сопротивление \( R = 600 \Ом)

Ток (мА)	Потенциал (В)	Ток (мА)	Потенциал (В)
2,5	1,5	10,0	6,0
5,0	3,0	12,5	7,5
7,5	4,5	15,0	9,0

Наклон графика = \( 0,6 \frac{ \text{V} }{ \text{мА} } \)
Наклон, умноженный на 1000 = \( 600 \Omega \)
% Ошибка нарастания, умноженная на 1000 с \( R \) = \( 0 \% \)

Переключиться на Logger Pro . Введите данные из таблицы данных 2 в набор данных 2. Выполните «линейную подгонку» данных. Запишите наклон графика ниже Таблицы данных 2.

Рассчитайте значение сопротивления, взяв наклон графика и умножив его на 1000. Сравните это новое значение со значением сопротивления, установленным в моделировании, вычислив % ошибки.

Вставьте полученные графики для обоих наборов данных, показывая подгонки:

Хорошо ли работает линейная функция с обоими наборами данных \(V\) и \(I\) данных? Да.

• Вернитесь к моделированию PhET.
  
• Верните ползунок напряжения в положение \( 4,5 \text{V} \). Теперь мы будем использовать ползунок сопротивления, чтобы настроить сопротивление в соответствии со значениями в таблице данных 3, также записывая результирующие электрические токи.

Таблица данных 3
Электрический потенциал или напряжение: \( В = 4,5 \text{В} \)

R (\( \Омега \))	Ток (мА)	Р (\(\Омега\))	Ток (мА)
100	45,0	600	7,5
200	22,5	700	6,4
300	15,0	800	5,6
400	11,3	900	5,0
500	9,0	1000	4​. 5

Константа обратной подгонки графика \( I \) vs \( R \) = \( 4500 \Omega \text{mA} \)
Константа обратной подгонки, деленная на 1000 = \( 4.5 \text{V} \ )
% Ошибка аппроксимирующей константы, деленная на 1000 с \( V \) = \( 0 \% \)

​Переключиться на Logger Pro . Перейдите на страницу 2 на дисплее. Введите свои данные из таблицы данных 3 в набор данных 3. Используя «Подгонка кривой», выполните «обратную» подгонку данных. Запишите константу обратной аппроксимации ниже Таблицы данных 3.
​
Рассчитайте значение напряжения, взяв константу обратной аппроксимации и разделив ее на 1000. Сравните это новое значение со значением напряжения, заданным при моделировании, вычислив % ошибки.

Вставьте полученный график для набора данных 3, показав соответствие:

Обеспечивает ли обратная функция хорошее соответствие вашим данным? Да.

Анализ

• Подтверждают ли экспериментальные данные, что электрический ток в резисторе прямо пропорционален электрическому потенциалу, обеспечиваемому батареями?
  • Да, подтверждено. На графике мы могли легко увидеть, что существует прямая зависимость между током и электрическим потенциалом благодаря постоянному наклону.
• Подтверждают ли экспериментальные данные, что электрический ток обратно пропорционален сопротивлению при фиксированном электрическом потенциале?
  • Да, подтверждено. На графике мы могли легко увидеть, что существует обратная зависимость между током и сопротивлением благодаря экспоненциальному спаду, который мы наблюдаем в наклоне.

Заключение

Закон Ома 2 — Действие

(0 оценок)

Нажмите здесь, чтобы оценить

Quick Look

Уровень: 10 (9-12)

Необходимое время: 3 часа

(можно разделить на разные дни)

Расходные материалы Стоимость/группа: 10,00 долларов США

10 долларов — это стоимость материалов для всего класса, а 9 долларов можно использовать повторно.

Размер группы: 3

Зависимость от действий: Нет

предметных областей: Физика, наука и техника

Поделиться:

TE Информационный бюллетень

Резюме

В этом дополнении к упражнению «Закон Ома I» учащиеся наблюдают, сколько времени требуется, чтобы израсходовать «соки» в батарее, и лучше ли использовать батареи последовательно или параллельно. Это расширение подходит для демонстрации учителю и может быть запущено до того, как учащиеся начнут работу над заданием «Закон Ома I».

Инженерное подключение 906:00

Закон Ома лежит в основе всех электрических систем. Инженеры-электрики используют это уравнение для проектирования электрических систем. Учащимся необходима прочная основа закона Ома при самостоятельном проектировании схем.

Цели обучения

Применение следующего:

• Закон Ома
• последовательных/параллельных цепей (способы их соединения и влияние на V и I)
• компоненты схемы
• мощность
• устройства, которые можно использовать для измерения напряжения и тока

Образовательные стандарты

Каждый урок или занятие TeachEngineering соотносится с одной или несколькими науками K-12, технологические, инженерные или математические (STEM) образовательные стандарты.

Все более 100 000 стандартов K-12 STEM, включенных в TeachEngineering , собираются, поддерживаются и упаковываются Сеть стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты структурированы иерархически: сначала по источнику; напр. по штатам; внутри источника по типу; напр. , естествознание или математика; внутри типа по подтипу, затем по классам, и т.д. .

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология

ГОСТ

Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Подписаться

Подпишитесь на нашу рассылку новостей, чтобы получать внутреннюю информацию обо всем, что связано с TeachEngineering, например, о новых функциях сайта, обновлениях учебных программ, выпусках видео и многом другом!

PS: Мы никому не передаем личную информацию или электронные письма.

Список материалов

Мы предлагаем покупать следующие материалы оптом и использовать ежегодно:

• 4 батареи общего назначения AAA (C-Zn)
• Лампы накаливания 2,47 В, 300 мА
• 10–12 зажимов типа «крокодил» и проволоки
• секундомер

Рекомендуется:

• 4 отдельных держателя батарей
• 2 двойных держателя батареек
• 6 патронов для ламп

Рабочие листы и вложения

Вопросы для учащихся Раздаточный материал (pdf)

Вопросы для студентов Раздаточный материал (doc)

Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/wpi_ohm2_act_joy], чтобы распечатать или загрузить.

Больше учебных программ, подобных этому 906:00

Высший элементарный урок

Цепи: один путь для электричества

Учащиеся узнают, что движение заряда по цепи зависит от сопротивления и расположения компонентов цепи. В одном связанном практическом упражнении учащиеся строят и исследуют характеристики последовательных цепей. В другом упражнении учащиеся проектируют и строят фонарики.

Цепи: один путь к электричеству

Урок средней школы

Цепи

Студенты знакомятся с несколькими ключевыми понятиями электронных схем. Они узнают о некоторых физических принципах схем, ключевых компонентах схем и их распространенности в наших домах и повседневной жизни.

Схемы

Высший элементарный урок

Электроны в движении

Учащиеся узнают о текущем электричестве и необходимых условиях для существования электрического тока. Учащиеся строят простую электрическую цепь и гальванический элемент, чтобы понять, что такое напряжение, сила тока и сопротивление.

Электроны в движении

Высший элементарный урок

Параллельная схема и закон Ома: много путей для электричества

Студенты изучают состав и практическое применение параллельных схем по сравнению с последовательными схемами. Учащиеся проектируют и строят параллельные цепи, исследуют их характеристики и применяют закон Ома.

Параллельная схема и закон Ома: много путей для электричества

Введение/Мотивация

Вопрос:

У нас есть три лампочки, соединенные в параллельную цепь. Если батареи, используемые для их питания, также расположены параллельно, будут ли они работать дольше, чем батареи, расположенные последовательно?

Объяснение:

Производитель аккумуляторов хочет знать, как долго его аккумуляторы будут служить потребителям. Напряжение очень легко измерить, однако найти ток намного сложнее. Итак, давайте поставим эксперимент, чтобы измерить время автономной работы по последовательным и параллельным схемам.

Аккумуляторы одной серии излучают более яркий свет; однако они работают примерно вдвое меньше, чем батареи, подключенные параллельно.

Батареи, включенные в параллельную цепь, дают менее интенсивный свет, но служат в два раза дольше, чем батареи, соединенные последовательно.

Процедура

1. Соберите цепь из 3 лампочек, соединенных параллельно, и 2 батарей, соединенных параллельно, как показано на рис. 1. Рис. 1
2. Соберите цепь из 3 ламп, соединенных параллельно, и 2 батарей, соединенных последовательно, как показано на рисунке 2. Рисунок 2
3. Предложите учащимся угадать, как долго продлится каждая цепь.
4. Измерьте общий ток, протекающий по каждой цепи.
5. Время, через которое лампочки перестанут светиться.